模拟电子课设：直流稳压电源

课程设计任务书半导体直流稳压电源的设计和测式一、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,温压系数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；（2）要求绘出原理图，并用Protel画出印制板图；（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画出印制版图；（5）在万能板或面包板或PCB板上制作一台直流稳压电源；（6）测量直流稳压电源的内阻；（7）测量直流稳压电源的稳压系数、纹波电压；（8）撰写设计性报告。三、设计提示21、设计电路框图如图所示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△Vo，并将其中最大一个代入公式计算Sr，当负载不变时，Sr=△VoVI/△VIVo.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△Vo，Ro=△Vo/△II.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、数字电压表、变压器、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、电容、电阻若干稳压电路滤波电路整流电路变压器交流电源按、34.参考书：《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.测试总结。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.总结直流稳压电源的主要参数的测试方法。4目录第1章设计内容1.1设计内容………………………………………1.2设计要求与技术指标………………………………………...1.3设计流程…………………………………………………第2章设计方案………………………………………………...2.1方案的总体分析………………………………2.2方案的确定………………………………………….第3章电路图………………………………………………..3.1原理图………………………………………3.2板图PCB印制………………………………………3.3元件清单………………………………………第4章电路的调试与检测4.1调试前的检测………………………………………114.2调试…………………………………………………………124.3技术指标的测量…………………………………………第5章误差分析…………………………………………………第6章心得体会…………………………………………………第7章鸣谢…………………………………………………第8章参考文献…………………………………………………5第一章设计内容1.1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；1.2设计要求和技术指标1.2.1设计要求：①、设计一个能输出正负12V的直流稳压电源；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、绘出原理图和印制板图；⑤、在万能板上连接电路。⑥、测量直流稳压电源的内阻；⑦、测量直流稳压电源的稳压系数、纹波电压；⑧、撰写设计性报告。1.2.2技术指标：①、电源输出电压为正负12V；②、输入电压220V③、最大输出电流为Iom=500mA；④、纹波电压小于等于5mA；⑤、稳压系数Sr小于等于5％.1.3设计流程:1.3.1设计电路框图如图所示:6U1U2U3U4U5（b）整流与稳压过程集成电路选用CM7812、CM7912稳压管，测量稳压系数，在负载电流最大时，分别测量输入交流比220V增大和减小10%的输出ΔVo，并将其中最大一个带入公式计算Sr，当负载不变时,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△Vo，Ro=△Vo/△IL.交流电源变压器整流电路滤波电路稳压电路常数常数oITIIvUUUUS007第二章设计方案￣2.1方案的总体分析在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率稳压电路的组成是由变压器，整流，滤波和稳压电路等四部分组成。电源变压器将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将电压变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的波纹，必须加以滤波电路滤除，从而得到平滑的直流电压。这样就可以在电网电压波动，负载和温度变化的时候，维持输出直流电压稳定。2.2方案的确定2.2.1电源变压器：电源变压器的作用是将220V的交流电压V1变换成整流滤波电路所需要的交流电压V2。变压器副边与原边的功率比为P2/P1=η式中，为变压器的效率。一般小型变压器的效率如表所示。小型号变压器的效率表2-1副边功率AVP2＜1010～3030～8080～200效率0.60.70.80.852.2.2整流电路的确定：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。8各滤波电容C满足RC＝（3～5）T/2，式中T为输入交流信号周期，R为整流滤波电路的等效负载电阻。2.2.2滤波电路的确定：通常认为：滤波电容越大越好。这是因为整流特性与时间常数RL*C的值有关，他的数值越大，电容放电越慢，滤波效果越好。滤波电容C1≥（3～5）T/2R，T=1/50=0.02s,R≈V2/Iomax=15/0.5=30Ω，所以C1≥1667uF,取C1=2200uF。为了防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高电频，电路中接入C2=0.33uF，C3=1uF电容的作用是瞬时增减负载电流时不会引起输出电压有较大的波动。R1≥12/500mA=24Ω，可以取R1=470π。发光二极管用来检测电路是否接通。负载输出端的电路与正输入端对称，所以C4=0.33uF,C5=1uF。整流二极管D1—D4组成单相桥式电路,将交流电压V2变成脉动的直流电压，再经过滤波电容C滤除纹波电压Vi。Vi与交流电压V2的有效值V,2的关系为22.1~1.1VVi每只二极管承受的最大反向电压22VvRM通过每只二极管的平均电流式中,R为整流滤波电路的负载电阻。它为电容C提供放电回路，RC放电时间常数应满足:2/5~3,TRC式中T为50Hz的交流电压的周期，即20ms。RVIIRD245.02192.2.3直流稳压电源的确定：电流小的电容，如果是电解电容的话，则电容量要比图中的增加10倍。调节器整管T1与负载电阻RL组成串联式稳压电路。T2与稳压管Dz组成采样比较放大电路，当稳压器的输出负载变化时，输出电压V0应该保持不变，稳压过程如下。设输出负载电阻RL变化，使V0，则01122VVIVVCEBCb直流稳压电源的类型有多种，就这个问题我用下面两种方案来进行设计。方案一用CW78系列和CW79系列的稳压电路。集成稳压电源设计的主要内容是根据性能指标，选择合适的电源变压器、集成稳压器、整流二极管及滤波电容。首先我们介绍一下集成稳压器常见的稳压器有固定三端与可调式三端稳压器，我们先介绍固定三端稳压器及其典型应用。我们通常所用的7800和7900系列的稳压管如下图2.1所示：CW78xx123CW78xx2130.33u0.1u++--123CW79xxCW79xx2.2u1u23+-+-1ViV0ab2.1固定三端式稳压稳压器的典型应用（a）CW78xx系列典型应用（b）CW79xx系列典型应用在CW78xx系列中1脚接输入，2脚接地，3脚接输出。CW79xx系列中1脚接地，2脚接输入，3脚接输出。其中CW78xx系列中输出为正电压，如7815则它的输出电压为+15V而CW79xx系列中输出为负电压，如7915则输出电压为-15V，（它们的输出额定电流以字母为标志，L表示0.1A,M表示0.5A,无字母表示1.5A）但不管是输出为正电压的78系列还是输出为为负电压的79系列，它们的输入端所接入的电容Ci的功能是进一步滤除纹波，输出端接入的电容C0能改善负载的瞬态影响，使电路稳定工作。Ci和C0最好用漏电流小的电容，如果是电解电容的话，则电容量要比图中的增加10倍。10选择固定集成稳压器CW7812，CW7912，其特性参数：Vo=12V,Iomax=500mA,Vi=14～35，副边电压V2≥Vimin/1.1=14/1.1=12.7V,取V2=15V，所以应选择输出12V的变压器。芯片说明：cw7812、cw7912芯片由于它只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端式稳压器。它由启动电路，基准电压电路，取样比较放大电路，调整电路和保护电路等部分组成。第3章电路图3.1经过方案确定和元件参数选择后可得出此原理：113.3元件清单元件名称元件型号与数目变压器12V交流变压器一个整流桥一个芯片CW7812、CW7912各一个电容2200uF一个、0.33uF、1uF各两个第4章电路的调试与检测4.1调试前的检测：电子安装完毕，通常不宜急于通电，先要认真检查一下。检查内容包括：1.连线是否正确a.检测的方法通常有两种方法：C2200uFC2200uF3KGNDVin1GND2+12V3LM7812CTVin2GND1-12V3LM7912CT1234D?3Kc1o.33uFC20.1uFC20.1uFC1o.33uF+12V-12V12这种方法的特点是，根据电路图连线，按一定顺序一一检查安装好的线路，由此，可比效容易查出错线和少线。b.按照实际线路来对照原理图电路进行查线这是一种以元件为中心进行查线的方法。把每个元件引脚的连线一次查清，检查每个去处在电路图上是否存在，这种方法不但可以查出错线和少线，还容易查出多线。为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做出标记，最好用指针式万用表“欧姆1”档，或用数字万用表的“二极管档”的蜂鸣器来测量元器件引脚，这样可以同时发现接触不良的地方。2.器件的安装情况（1）检查元器件引脚之间有无短路；连接处有无接触不良；二极管的极性和集成元件的引脚是否连接有误。（2）电源供电，信号源连接是否正确。（3）电源端对地是否有短路的现象。注：在通电前，断开一根电源线，用万用表检查电源端对地是否存在短路。若电路经过上述检查，并确认无误后，就可以转入调试。4.2调试：通电观察把经过准确测量的电源接入电路。观察有无异常现象，包括有无冒烟，是否有异味，手摸器件是否发烫，电源是否有短路现象等。如果出现异常，应立即断电源，待排除故障后才能再通电。然后测量各路总电源电压和各器件的引脚的电源电压，以保证元器件正常工作。1.静态调试当连好电路板的线路时，先不要急着通电，而应该从以下几个方面进行检测：A、对照原理图，用万用表一一检查线路的各个接口是否接通，是否有短路、断路或漏接的现象，如果有，因该及时改好电路连线。B、对照原理图，检查各元件是否接正确。2.动态调试接通220V的电源，用数字万用表对所设计的电路实物进行测试，得到正电源输出电压为+11.91V，负电源输出电压为-11.92V。4.3技术指标测量131、测量稳压系数，先调节自藕变压器使输入的电压增加10%，即Vi=242V,测量此时对应的输出电压Vo1；再调节自藕变压器使输入减少10%，即Vi=1