设计制作一串联型二路输出直流稳压正电源电路

课程设计说明书课程设计名称：模拟电路课程设计题目：设计制作一串联型二路输出直流稳压正电源电路学院名称：信息工程学院专业：通信工程班级：学号：姓名：评分：教师：20年月日模拟电路课程设计任务书2012－2013学年第2学期第1周－3周注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。题目设计制作一串联型二路输出直流稳压正电源电路内容及要求设计制作一串联型二路输出直流稳压正电源电路①一路输出直流电压12V；另一路输出5－12V连续可调直流稳压电源；②输出电流IOm=200mA；③稳压系数Sr≤0.05；进度安排2013.2.25-2013.3.3：布置课题，查阅资料，方案分析并进行电路仿真；2013.3.4-2013.3.10：完成系统的制作、焊接、调试；2013.3.11-2013.1.15：设计结果检查，完成设计报告。学生姓名：指导时间：2013.2.25-2013.3.15指导地点：E楼311室任务下达2013年2月25日任务完成2013年3月15日考核方式1.评阅□√2.答辩□3.实际操作□√4.其它□指导教师付崇芳系（部）主任付崇芳摘要直流稳压电源是能够为负载提供稳定的直流电源的电子装置。本课题设计的二路输出直流稳压正电源是可以在一路输出固定电压的基础上另一路输出范围内电压可调的电路。主要由降压、整流、滤波、稳压四个部分电路组成。可调环节由定值电阻和电位器构成的电阻网络实现。具有稳定性好、提供电源持续可调的特点。可为一些小型用电器和控制系统供电。关键词：整流；稳压；可调目录前言..................................................................1第一章电路组成及工作原理............................................21.1二路输出直流稳压可调电源的系统组成..............................21.2二路输出直流稳压可调电源的工作原理..............................2第二章单元电路设计及计算............................................32.1电源变压器的选择................................................32.2整流电路........................................................32.3滤波电路........................................................42.4稳压电路........................................................42.5可调电阻网络....................................................4第三章调试及测试结果与分析..........................................63.1仿真电路测试图..................................................63.2电源变压前后的测试..............................................63.3整流、滤波电路的测试............................................73.4稳压电路的测试..................................................73.5可调电阻网络在实际电路中的调整..................................8第四章结论..........................................................9参考文献.............................................................10附录一元件清单.....................................................11附录二电路实物图...................................................121前言随着电力电子技术的飞速发展，直流稳压电源应用越来越广泛。电源的优劣直接影响着电气设备或控制系统的工作性能，而一些小型用电电路，由于电路的精密，对电压的稳定性能要求更高。本课题就是要设计出这种稳定性高且电压能够持续可调的直流稳压电源电路。自1955年美国科学家罗那（G.H.Royer）首先研制成功利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器，利用这一技术的各种形式的直流变换器不断地被研制和涌现出来，从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转和机械振子示换流设备。到了60年代，直流变换器就可以直接由市电经整流、滤波后输出，演变成今天的直流稳压电源。为了应对市场对稳压电源功能不时进步的要求，直流稳压电源开始慢慢向高效率、高功率密度、低压大电流、低噪音、优越的动态特征以及宽输入局限等方面开展，薄型化、模块化、规范化并以积木的方法进行组合的电路获得了广泛的使用，如今的直流稳压电源具有高功率密度、高效率、低压大电流的优点。现在通讯系统中，直流稳压电源电压的种类不断添加，功率密度和集成度的进步亦添加了设计难度，传统的手工设计与验证已无法顺应疾速转变的市场需求。于是，稳压电源辅佐设计软件应运而生了。这些软件可指点元器件选择，并供应资料清单、电路仿真及热剖析，大大缩短了稳压电源设计的周期，进步了稳压电源的功能。因此，直流稳压电源在软件应用方面也蓬勃发展着。总之，直流稳压电源是今天的电子科技时代上不可或缺的一份子。2第一章电路组成及工作原理1.1二路输出直流稳压可调电源的系统组成直流稳压电源作为一些电子设备的能量提供者，它必须具备的特点是：输出电压的幅值稳定，平滑，变换频率高，稳定性好。根据此特点，本次设计电路的系统模块主要有整流电路、滤波电路和稳压电路三部分。其电路流程如下图所示。图1.1电路流程框图1.2二路输出直流稳压可调电源的工作原理先利用变压器将220V交流电转变成合适的低压交流电，再将此交流电压经过整流电路变成单向脉动的直流电；滤波电路的主要任务是滤除脉动直流电中的交流成分，提升脉动直流中的直流成分；最后利用稳压电路自动稳定输出电压，使输出电压不受电网电压波动和负载变化的影响，同时在稳压电路中另增添输出电压调节电路，实现输出电压的可调。220V交流电源整流电路滤波电路稳压电路一路输出二路输出降压3第二章单元电路设计及计算2.1电源变压器的选择电源变压器将220V的交流电压转变为整流电路所需要的低压交流电。变压器的选择需要根据电压和功率进行选择。考虑到后面采用的整流滤波和稳压电路的电压降，变压器转换后的电压由公式（1）得出约为15.57V,再根据式（2）计算得出应该选择变比约为10:1的变压器。4.12.1)5~3(02UU(1)57.15:2220:21NN(2)2.2整流电路单相桥式整流电路具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小、减小输出电压的脉动等优点。因此在设计中选用单相桥式整流电路对经变压器转换后的低压交流电进行整流。采用一体式的整流桥，作用就是能够通过二极管的单向导通的特性将电平在零点上下浮动的交流电转换为单向的直流电。图2.1单向桥式整流电路图图2.2电压、电流波形图单向整流电路图如图2.1，通过负载LR的电流Li以及电压Lv的波形如图2.2所示，可以看出，它们都是单方向的全波整流波形。整流二极管的选择主要考虑反向耐压RMU和平均电流DI。桥式整流电路中的反向电压应为变压器次级电压的最大值：42*57.15RMU（3）故整流电路中的反向电压约为22V，单向桥式整流器的平均电流应为输出电流的一半即为100mA。综合考虑到滤波电路电容充电电流的冲击，所以选择型号为3N247的整流器。2.3滤波电路经整流后的电压仍然具有较大的交流分量，不能直接输出使用，需通过滤波电路将交流分量过滤。尽量保留其输出中的直流分量，才能获得比较平滑的直流分量，使波形变得平滑，接近理想的直流电源。由于本设计采用的是单相桥式整流，故选择并联电容的方式滤波。电容滤波电路的特点是电路简单，负载直流电压较高，纹波也较小，适用于小电流电路。从理论上来讲，滤波电容越大，放电过程越慢，输出电压越平滑，平均值越高，但在实际上，电容的容量越大，不但体积越大，而却会使整流二极管流过的冲击电流更大。故选择适中的470µF的电容1C。2.4稳压电路尽管电压经过整流滤波，但是由于电网电压的波动，还是会影响到输出电压的稳定性，为消除输出电压的波动，故要在滤波电路之后加一个稳压电路。由于电路要求输出一端为固定的正12V电压，考虑使用正电压输出系列内的LM7812三端集成稳压器。正常工作时，其输入输出电压差为2~3V。电路中靠近引脚处还应接入电容2C、3C用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激震荡和抑制电路引入高频干扰，一般选用100nF的电容。4C是电解电容，用来减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰，一般选用1µF的电解电容。图2.3三端稳压器的接法2.5可调电阻网络在稳压管的公共端接入一个电阻网络，便可达到二路输出电压可调的效果。该电5阻网络设计使用一个定值电阻和一个电位器组成。通过调节电位器来实现输出电压可调。根据稳压器输出端与公共端电流恒定不变，电流I为0.2A，设计所需要的电压范围。021)(*URRI(4)电压的可调范围为5~12V，根据公式（4），当电位器1R接入阻值为0时有最低电压lU输出为5V，可计算出定值电阻2R的阻值应为25Ω，实验用24Ω的电阻代替。当1R输入最大阻值时有输出最大电压hU为12V，根据公式计算得电位器1R的最大阻值应为36Ω，实验用总阻值为34Ω的电位器代替。最后，为达到输出最大电流omI为200mA的要求，稳压器的输出端接上一个阻值为60Ω的负载电阻，由于没有符合要求的电阻，故使用10Ω电阻和51Ω的电阻串联来实现。6第三章调试及测试结果与分析3.1仿真电路仪器测试图根据选用的元件及电路形式，首先在Multisim软件中构建仿真环境，如图3.1即为最终电路图。使用一个单刀单置开关控制两路输出端，当开关闭合时，一路输出固定的电压值12V，开关断开，二路输出5~12V可调的电压。用示波器的A、B两通道分别显示输入交流电压和降压后电路电压波形。用万用表1测量稳压管输入端电压，万用表2测量稳压管输出电压。图3.1二路输出直流稳压可调电源仿真电路图3.2电源变压前后的测试仿真电路中对1、3节点进行瞬态分析，示波器测得变压前后的波形如图3.2所示。7图3.2降压前后的电压波形图在图3.2中，电压幅值较大的为输入电压，示波器测量为221.899V，电压幅值较小的是经过变压器降压的电压，示波器测量出的数据为28.274V，有效值是19.996V，与理论计算值15.57V大约相差4V。在实际电路操作中，由于变压器有限，使用的是降压后电压为12V的变压器，比理论计算值约小3V。经检查测试整个电路输出的结果，发现对电路结果的影响不大。3.3整流、滤波电路的测试对电路中的10节点进行瞬态分析，整流后的电路如图3.3所示。可见变压器降压后的交流电经过桥堆整流和电容的滤波作用已经变得比较平滑但不是理想的平滑，还夹带着纹波。经改变滤波电容，发现该电压波动不可消除。图3.3整流滤波后的电压波形3.4稳压电路的测试对电路中的9节点进行瞬态分析，可以看出经稳压管稳压后的电压已经变得稳定了，没有了输入端电压的波动。闭合开关，经万用表测得稳压管的一路输出端电压为12.022V，如图3.4所示。断开开