稳压电源

电气1201班1课题名称：半导体直流稳压电源的设计和测试专业名称：电气自动化班级：电气1201班学生姓名：江志林学生学号：1230530113指导老师：雷美艳学校代码：10184学号：2084020313湖南工学院模拟电路课程设计电气1201班2前言为培养运用基本知识进行简单电路设计的能力，扎实基础理论，我们现初次进行模电课程设计。本课程设计的编写是以实验研究为主线，以科学实验研究所运用的实验技术为主要内容，按照实验是什么，为什么，做什么，怎么做的逻辑思维体系和实验的构成要素为教材内容展开。通过本课题的设计，培养学生掌握电子技术的科学实验规律，实验技术，测量技术等实验研究方法，使其具有独立实验研究的能力，以便在未来的工作中开拓创新。为了全面介绍科学实验研究的技术方法，在加强的直接实验方法的同时，力求使学生尽快掌握当前先进科学技术，本课题设计所用到的Protel99等技术的新手段，新工具。在这次课程设计中，非常感谢老师及同学的帮助！由于时间仓促及个人水平有限，本说明难免有错，敬请老师同学提出批评并指正。设计者：江志林2014年1月1日电气1201班3模拟电子技术课程设计一、课程设计的任务和目的学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《模拟电子技术》中所学的理论知识和实验技能，掌握常用模拟电路的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。二、课程设计的基本要求1、掌握电子电路分析和设计的基本方法。包括：根据设计任务和指标初选电路；调查研究和设计计算确定电路方案；选择元件、安装电路、调试改进；分析实验结果、写出设计总结报告。2、培养一定的自学能力、独立分析问题的能力和解决问题的能力。包括：学会自己分析解决问题的方；对设计中遇到的问题，能通过独立思考、查询工具书和参考文献来寻找解决方案，掌握电路测试的一般规律；能通过观察、判断、实验、再判断的基本方法解决实验中出现的一般故障；能对实验结果独立地进行分析，进而做出恰当的评价。3、掌握普通电子电路的生产流程及安装、布线、焊接等基本技能。4、巩固常用电子仪器的正确使用方法，掌握常用电子器件的测试技能。5、以下四个课题任选一个，四人一组，要求完成实物制作和设计报告，设计报告格式符合要求，本学期第十七周交作品和报告，并进行答辩。半导体直流稳压电源的设计和测试（一）设计目的1、学习直流稳压电源的设计方法；2、研究直流稳压电源的设计方案；3、掌握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法；（二）设计要求和技术指标1、技术指标：要求电源输出电压为±12V（或±9V/±5V），输入电压为交流220V，最大输出电流为Iomax=500mA，纹波电压△VOP-P≤5mV，稳压系数Sr≤5%。2、设计要求（1）设计一个能输出±12V/±9V/±5V的直流稳压电源；电气1201班4（2）拟定测试方案和设计步骤；（3）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；（4）要求绘出原理图，并用Protel、Visio画出印制板图；（5）测量直流稳压电源的内阻；（6）测量直流稳压电源的稳压系数、纹波电压；（7）撰写设计报告。（三）设计提示1、设计电路框图如图所示图（1）直流稳压电源电路结构框图稳压电路若使用分离元件要有取样、放大、比较和调整四个环节，晶体管选用3DD或3DG等型号；若用集成电路选78XX和79XX稳压器。测量稳压系数：在负载电流为最大时，分别测得输入交流比220V增大和减小10%的输出Δvo，并将其中最大一个代入公式计算Sr，当负载不变时，Sr=ΔVoVI/ΔVIVO。测量内阻：在输入交流为220V，分别测得负载电流为0及最大值时的ΔVo，ro=ΔVO/ΔIL。纹波电压测量：叠加在输出电压上的交流分量，一般为mV级。可将其放大后，用示波器观测其峰－峰值△VOP-P；用可用交流毫伏表测量其有效值△VO，由于纹波电压不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定误差。2、实验仪器设备自耦变压器一台、数字万用表、交流毫伏表、面包板或万能板、智能电工实验台、示波器3、设计用主要器件变压器、整流二极管、集成稳压器（7812/7912/7809/7909/7805/7905）、电容、电阻若干负载稳压电路滤波电路整流电路变压器电气1201班53、参考书《电工学》电子工业出版社；《晶体管直流稳压电源》辽宁科技出版社；《电子线路设计·实验·测试》华中科技大学出版社《模拟电子技术基础》高等教育出版社……………（四）设计报告要求1、选定设计方案；2、拟出设计步骤，画出电路，分析并计算主要元件参数值；3、列出测试数据表格。4、调试总结。（五）设计总结1、总结直流稳压电源的设计方法和运用到的主要知识点，对设计方案进行比较。2、总结直流稳压电源主要参数的测试方法。电气1201班6目录一前言·····························································1二设计任务····························································3三方案的选择及论证···············································7四原理分析······················································10五参数选择···························································13六原理图······························································15七仿真·································································16八制作过程及内容··················································16九电路的调试与检测···············································19十调试与检测注意事项············································21十一设计总结···························································21十二心得体会···························································22十三致辞·································································23十四附录·································································23十五参考文献···························································24电气1201班7方案的选择及论证半导体直流稳压电源主要由滤波电路、稳压电路决定，采用不同的滤波电路、稳压电路可以设计出不同的设计方案。方案一：简单的并联型稳压电源并联型稳压电源的调整元件与负载并联，因而具有极低的输出电阻，动态特性好，电路简单，并具有自动保护功能；负载短路时调整管截止，可靠性高，但效率低，尤其是在小电流时调整管需承受很大的电流，损耗过大，因此在本实验中此方案不适合。方案二：输出可调的开关电源；开关电源的功能元件工作在开关状态，因而效率高，输出功率大；且容易实现短路保护与过流保护，但是电路比较复杂，设计繁琐，在低输出电压时开关频率低，纹波大，稳定度极差，因此在本实验中此方案不适合。案三：由固定式三端稳压器（7812、7912）组成由固定式三端稳压器（7812、7912,7805,7905）输出脚V0、输入脚Vi和接地脚GND组成，它的稳压值为+12V和-12V，+5V,-5V.它属于CW78**和CW79**系列的稳压器，输入端接电容可以进一步滤波，输出端接电容可以改善负载的瞬间影响，此电路比较稳定。根据实验设计要求，本实验采用方案三。任务书要求输入220伏的交流电，输出为正负12V、9V、5V的稳压直流电，则首先应该进行降压处理，然后要对降压后的交流电进行整流，再其次是对含有交流成分的脉动直流电进行滤波处理，最后对直流点进行最后的稳压处理。（一）降压的过程，直接选用实物降压器进行降压，并且要根据电路中所需的合适电压适当选择降压器，具体情况根据实际需求而定。在此次我们选用的是12V变压器。（二）然后是整流过程，自然而然选择了优点突出的桥式整流电路，它由1个整流桥构成，连接方法此不做说明，在以后的原理图中将做详细的说明。（三）对于滤波过程，我们用电容滤波电路来实现，它的方法是在桥式整流电路输出端并联一个较大的电容C来构成一个电容滤波电路。（四）最后的稳压器选择，我们选择了集成电路，又根据任务书中的提示，选择了三端可调输出集成稳压器，它主要由LM7805，LM7812,LM7905,LM7912芯片和4个电气1201班8电解电容以及4个二极管和若干电阻和电容构成，具体不再介绍，后面的原理图将会给出三端可调输出集成电路的构成图。(五)直流稳压电源也可由硅稳压二极管稳压电路来实现，下面仅做简单的论述，本次课程设计主要论述三端可调输出集成稳压器。硅稳压管的伏安特性及符号如图1所示。滤波电路：将脉动的直流电变成平滑的直流电。稳压电路：抑制电网电压和整流电路负载的变化引起的输出电压变化，将平滑的直流电变成稳定的直流电。1．硅稳压二极管的特性(1)稳压管工作在反向击穿状态。(2)当工作电流ZI满足BZAIII条件时，稳压管两端电压ZV几乎不变。2．稳压二极管的主要参数(1)稳定电压ZV——稳压管在规定电流下的反向击穿电压。(2)稳定电流IZ——稳压管在稳定电压下的工作电流。(3)最大稳定电流IZmax——稳压管允许长期通过的最大反向电流。(4)动态电阻rZ——稳压管两端电压变化量与电流变化量的比值，即rZVZ/IZ。此值越小，管子稳压性能越好。图1硅稳压管的伏安特性及符号3．稳压管稳压电路的工作原理(1)电路图稳压管稳压电路如图2所示。V为稳压管，起电流调整作用；R为限流电阻，起电压调整作用。电气1201班9(2)电路的稳压过程：VO↓→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑(3)应用：小功率场合。图2硅稳压管的伏安特性及符号电路优点是结构简单，调试方便；缺点是输出电流较小、输出电压固定，稳压性能较差。因此，只适用于小型电子设备。4）电路图见下图，如图3所示：图3硅稳压电路图（1）稳压管稳压电路如上图所示。Dz为稳压管，起电流调整作用；R为限流电阻，起电压调整作用。(2)电路的稳压过程：VO↓→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑5）测量硅稳压管两端电压得6.33v用开短路法测得测量硅稳压管两端电流、电阻分别为：59.8mA106Ω电气1201班10原理分析1．直流稳压电源的基本原理流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如图2直图4直流稳压电源基本框架图2.各部分的作用：（1）电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器副边与原边的功率比为P2/P1=η，式中η是变压器的效率。（2）整流滤波电路：整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。图5全波整流滤波电气1201班11图6桥式整流滤波各滤波电容C满足RL-C＝（3~5）T/2，或中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。图7等效电路图（3）三端集成稳压器：根据设计所要求的性能指标，选择7812和7912组成的多路集成三端稳压器。核心