《模拟电子技术》课程设计报告

设计题目：串联式稳压电源设计

 

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      设计时间： 2012.12.25—2012.1.10

 

摘要

直流稳压电源一般由变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市交流电压220V变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电变成稳定的直流电，并实现电压在6—12V可调。

关键词：稳压 变压 整流

一、       实验目的

（1）掌握集成稳压电源的实验方法

（2）掌握用变压器、整流二极管、滤波电容和集成稳压器来设计直流稳压电源

（3）掌握直流稳压电源的主要性能参数及测试方法

（4）进一步培养工艺素质和提高基本技能

二、实验要求

1）用晶体管组成设计串联式直流稳压电源电路

2）要求输出：

输出直流电压Vo＝12V±0.2V

输出直流电流I_o＝0-200mA

电网电压(220V)波动范围为10%

输出内阻r_o<＝0.1Ω

输出纹波电压V_oac<＝2mV

有过流保护

3) 画出电路图，写总结报告《模拟电子技术课程设计》

三、实验原理与方案选择

1、稳压电源的组成原理

直流稳压电源一般有电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路所组成，基本框图和波形变换如下：

（1）    电源变压器：将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需的低电压。

（2）    整流电路：一般由具有单向导电性的二极管构成，经常采用单相半波、单相全波和单相桥式整流电路。应用最为广泛的是桥式整流电路，4个二极管轮流导通，无论正半周还是负半周，流过负载的电流方向是一致的，形成全波整流，将变压器输出的交流电压变成了脉动的直流电压。

 

       输出波形：

    

   

（3）    滤波电路：加入电容滤波电路后，由于电容是储能元件，利用其充放电特性，使输出波形平滑，减小直流电中的脉动成分，以达到滤波的目的。为了使滤波效果更好，可选用大电容的电容为滤波电容。因为电容的放电时间常数越大，放电过程越慢，脉动成分越少，同时使得电压更高。

 

输出波形：

                                           

  （4） 稳压电路：稳定输出电压。稳压电路种类很多，包括稳压管，串联稳压，集成稳压器等。该实验中我们选用的是三端式固定输出稳压器7805，7812

2、方案选择

串联型稳压电源有两种方案可供选择：分立元件串联调整稳压电路和集成稳压块稳压电路。

1）分立元件串联型稳压电路

典型的串联型稳压电路见下图2所示。是由调整环节，比较放大环节，基准环节和取样环节所组成的电压负反馈闭环系统。

取样环节：由R1、R2和R_P组成的分压电路。它将输出电压U0的变化取回一部分U_F（称取样电压）送刀比较放大器的基极。

基准环节：由限流电阻R3和稳压管D_Z组成，为比较放大器T2的发射极提供一个稳定的基准电压U_Z     。

比较放大环节：由T2、R4组成，R4为T2的集电极负载电阻。比较放大器对取样电压U_F和基准电压U_Z的差值进行放大，去控制T1的基极。

调整环节：由基极偏置电阻R4及调整管组成。实际它是一个射极输出器调整管T1起电压调节作用，其C，E极间的管压降U_CE1受比较放大器误差电压的控制，由于起电压调节作用的调整管T1与负载是串联的，故称为串联型稳压电路。

2）集成稳压块稳压电路

集成稳压器多采用串联型稳压电路，组成框图如图3所示。除基本稳压电路外，常接有各种保护电路，当集成稳压器过载时，使其免于损坏。

            图3 三端集成稳压器电路框图

由于分立串联型稳压电路输出电流较大，稳压精度较高，应用广泛，满足本设计指标要求，故本实验采用分立元件串联调整稳压电源。

最终电路图设计

四 、材料清单：

1.      整流二极管 1n4001           4只

2.      电解电容  1000u/25V         2只

3.      三极管    9013              4只

4.      大功率三极管 3A/50V          1只

5.      红色发光二极管             1只

6.      大电阻：    2.7Ω/1W         1只

7.      1/4W电阻：510Ω，1.5K，2K ，5.6K，10K， 各1只

8.      电位器（可调电阻）：2.5       2只

9.      瓷片电容： 0.01μ          2只

10.  变压器：  15V/220V  5W   1只

11.    80×100mm² 万能印刷板       1块

12.  导线、焊锡若干

13.  二芯带插头电源线           1根

五、元件参数计算

（1）整流电路参数

输出电压平均值：

输出电流平均值：

平均整流电流：

最大反向电压：

整流二极管的选择（考虑电网%波动）：

六、安装与调试

1．元器件的识别与检测

在将元器件插装到印制电路板上之前，应对所装配的元器件进行识别与检测，保留合格品，更换不合格品。

2．元器件的插装和焊接

1） 首先在通用板上布局好各元器件的焊接位置。

2） 焊接顺序：电阻、二极管、IC插座、三极管、电容器，逐一焊接。先焊平面的，后焊立体的，原则是有利于焊接。要求卧装水平、竖装垂直、相同元件等高。要特别注意元器件的安装方向！元件的安装高度是否适中。

3）焊接要点：将元件整形后插入对应位置，电路板平放在台面上，一手握烙铁对焊盘和引脚同时接触预热，另一手持焊锡丝与焊盘处烙铁接触，使锡丝熔化，当锡丝熔化一定量时（多了不好少了不行），立即将锡丝离去，烙铁继续保持少许时间，让焊锡围绕焊盘自由流动，形成一个完全覆盖焊盘的钟形（忌讳球形）焊点。切勿将焊锡先溶化在烙铁上再去焊接，这样锡丝里的助焊剂在未焊接前先挥发了，不利于焊接，而且焊点没有光泽。

4）按照接线要求位置，将连接线焊接到对应的插孔。注意导线颜色！

5）剪脚：元件焊好后，将多余引脚剪掉，剪脚后的焊点应露出引脚0.5-1mm。

6）检查元件有无错焊、漏焊，引脚是否正确无误。

7）通电测试。

   3．通电调试与故障排除

通电调试前，应将焊好的电路板认真检查，看看各个元器件有无插错，电容的极性是否正确，三极管（或集成块）的管脚是否正确，整流二极管接反了没有，确定无误后再通电调试。

通电观察：通电后不要急于测量电气指标，而要观察电路有无异常现象，例如有无冒烟现象，有无异常气味，手摸晶体三极管（或集成电路）外封装，是否发烫等。如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后再通电。

4．直流稳压电源主要技术指标的测试            

   （1）输出电压可调范围的测量

   按电路图所示接线通电，用螺丝刀调节电路中电位器的大小，用万用表直流电压档测量电源输出电压的值，记录对应的输出电压U_Omin和U_Omax。则该稳压电源输出电压的可调范围为U_Omin ~ U_Omax 。

   （3）输出电阻Ro

   将输入端短接，在输出端加一个直流电源U，用万用表直流电流档测量输出端电流I,输出电阻R=U/I.

   （4）最大输出电流和输出保护电流的测量

   按图接好电路，在空载下调节电路板上的电位器，用万用表测量输出端电压，使输出端电压为12V。在输出端接一个负载电位器，通电，用螺丝刀调节负载电位器，用万用表电流档测量负载电位器上的电流，测出最大输出电流。

五、结论与心得

首次接触这些电子元器件，刚开始制作无从下手，购买到工具后没有急着制作。第一步，查找电路实验设计相关资料，了解实验原理，确定好实验设计方案，画出电路图，认真分析电路图并进行相关计算。

第二步，先是查找资料及说明书，在网上看操作视屏，了解万用表、电烙铁等工具的使用方法。

第三步，接着就是用万用表以及网上查找资料识别和测量电子元器件的相关信息。

第四步，就是开始将元器件焊接到电路板上。

第五步，仔细检查焊接结果后通电测试。

其中第四步的焊接我感觉对初学者有些难度，缺乏焊接经验。对电烙铁的选择，使用，以及在焊接中锡丝融化的多少才合适，烙铁头接触锡丝以及元器件的时间长短，还有助焊剂松香的搭配使用，元件的剪脚等都会影响焊接的结果。我们整整花了5个多小时的焊接才大致完成焊接过程。

在这次制作实验中我学到了很多东西，对此也很感兴趣，也学到了不少焊接的经验，学会对一些简单的元器件的识别与检测，了解了一些工具的使用方法。最令我感到有成就感的是在大家很多测试不成功的电路板中我们的电路板直接一次性通过测试，完全没有改接。唯一感到有所遗憾的是电路板焊接反了。

这样的实验培养了我们的动手能力，所谓熟能生巧，在布线，焊接，检查电路各种方面我们都有很大的提高。一个实验只要认真对待，不管结果怎样，我们一定会有收获。

六、参考文献

[1] 童诗白，华成英主编. 模拟电子技术基础[第四版]. 高等教育出版社，2006.

[2] 陈大钦. 电子技术基础实验（电子电路实验，设计，仿真），高等教育出版社
[3] 上网查找的资料

第二篇：直流稳压电源实验报告--liu

齐齐哈尔大学

综合实践1

题    目：         直流稳压电源                

学    院：                         

专业班级：                      

学生姓名：                            

指导教师：                       

成    绩：                                       

1. 概述

1.1直流稳压电源简介

当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路--电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。袖珍计算器则是简单多的电池电源电路。不过你可不要小看了这个电池电源电路，比较新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。可以说电源电路是一切电子设备的基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备。

　　由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。

　　直流稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，反映直流稳压电源的固有特性，如输入电压、输出电压、输出电流、输出电压调节范围；另一类是质量指标，反映直流稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。

1.2直流稳压电源技术指标

直流稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，反映直流稳压电源的固有特性，如输入电压、输出电压、输出电流、输出电压调节范围；另一类是质量指标，反映直流稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。

1、特性指标

　　（1）输出电压范围

　　符合直流稳压电源工作条件情况下，能够正常工作的输出电压范围。该指标的上限是由最大输入电压和最小输入－输出电压差所规定，而其下限由直流稳压电源内部的基准电压值决定。

　　（2）最大输入－输出电压差

　　该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所允许的最大输入－输出之间的电压差值，其值主要取决于直流稳压电源内部调整晶体管的耐压指标。

　　（3）最小输入－输出电压差

　　该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所需的最小输入－输出之间的电压差值。

　　（4）输出负载电流范围

　　输出负载电流范围又称为输出电流范围，在这一电流范围内，直流稳压电源应能保证符合指标规范所给出的指标。

2、极限指标

　　（1）最大输入电压

　  保证直流稳压电源安全工作的最大输入电压。

　　（2）最大输出电流

保证稳压器安全工作所允许的最大输出电流。

2.设计原理

2.1实验设计步骤及其原理图的制作

1.实验设计步骤

稳压电源设计分三个步骤：一是根据稳压电源的输出电压最大输出电流 Iomax，确定集成稳压器的型号及电路结构形式。二是根据稳压器的输入电压，确定电源变压器二次绕组电压的有效值。根据稳压电源的最大输出电流 。确定流过电源变压器二次绕组的电流和电源变压器二次绕组的功率；根据，查出变压器的效率 η，从而确定电源变压器原边的功率。然后根据所确定的参数，选择电源变压器。三是确定二极管的正向平均电流 I、整流二极管承受的最大反向工作电压 U和滤波电容的电容量和耐压值。根据所确定的参数，选择二极管。

2.实验的原理及PCB的制作

首先要对所要设计的电路的功能有所了解，了解直流稳压电源的原理并对各个部分的功能有所了解并精心初步的设计分析直流稳压电路的特点可有以下部分的功能模块组成。

（1）  电源变压器：

电源变压器的作用是将220V交流电网电压变换为整流电路所需要的交流电压，需要计算变压器的转换效率η=/。

（2）  整流电路：

      整流电路的作用是将交流电压变换成单向脉动的直流电压在直流稳压电源中常采用桥式整流电路。在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为=，流过每只二极管的平均电流为：。其中：R为负载电阻；是流过负载电阻的电流；整流二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管的平均电流；即；二极管的最大反向工作电压  必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压；即。由上述计算得到的和来选择整流二极管。

（3）  滤波电路

      经整流后的直流输出电压脉动性很大，不能直接使用。为了减少其交流成分，通常在整流电路后接有滤波电路。滤波电路的主要任务是将整流后的单向脉动直流电压中的纹波滤除掉，使其变成平滑的直流电。在小功率电路中常采用电容滤C直接并联在波电路，将滤波电容负载 R两端，就可组成电容滤波电L路。由于电容的储能作用，使得输出直流电压波形比较平滑，脉动成分降低，输出直流电压的平均值增大。采用电容滤波电路可以得到脉动性很小的直流电压，但输出电压受负载变动的影响较大，其主要用于要求负载电流较小，负载基本不变的 

场合R 为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数 RC应满足：。其中：T=20ms是 50Hz交流电压的周期。由此确定滤波电容的容量。滤波电容一般采用电解电容，使用时注意极性不能接反，电容器的耐压应大于它实际工作时所承受的最大电压。通常电容器的耐压取（1.5～2）V2。

（4）稳压电路：

     稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化能使输出直流电压不受影响，从而维持稳定的输出。稳压电路的类型很多，通常采用集成稳压器。在小功率稳压电源中，经常使用的是三端集成稳压器。集成稳压器的类型很多，按输出电压类型不同可分为固定式和可调式，按输出电压极性不同可分为正电压输出和负电压两种类型。

     按照所示的要求完成各个部分的功能电路，并将各部分的电路组合成直流稳压电路的原理图并进行各各元件的参数设置以实现直流稳压电路的功能。

利用DXP软件进行设计的过程：

先要对对软件进行熟悉操作，了解基本的菜单功能及制作流程：如下图所示为一个PCB项目所包含的基本文件：

图（1）

在了解了PCB项目文件的制作流程之后就开始进行操作，新建一个PCB项目文件并保存在在项目中添加原理图文件并保存后就开始绘制所要的电路图

如下所示：将手绘制的图转换成PCB的原图。

                           图（2）

                     

接下来执行命令进行自动布线后并进行划定板子的范围效果如下图所示：

图（8）

完成之后转化，观察其3D效果图：

图（10）

确定其无误后即完成了基本的PCB项目的流程制作。

2.2选取元件及制作电路板

2.2.1元件的选取：电容2个，电阻2个，二极管4个，稳压管1个，变压器

1个

2.2.2电路板的制作：

首先将PCB图用打印机打印在纸上，打印的时候确保油墨充足，线条清晰，然后将纸张有油墨的一面覆盖在单面覆铜板有铜的一面，放入到制版机当中，经过制版机的高温压制后输出，待覆铜板冷却之后，将纸张快速撕掉，纸张上的电路图就会印在覆铜板上。将表面印有原理图的板子放入到装有三氯化铁的腐蚀箱中腐蚀。经过一段时间的腐蚀，当覆铜板除电路图墨线外其余地方的铜均被腐蚀后取出电路板。

2.3元件参数的设定及焊接

2.3.1元件参数的设定：  C1=100uF               C2=100uF  

R1=350Ω               R2=230Ω   

电源变压器 12V        稳压二极管 6V

二极管  反向击穿电压UBR=1000V>17V ，

最大整流电流IF=1A>0.4A 

参数选定之后，需要在multisim软件中进行仿真，仿真图如下：

仿真过程中万用表的示数为5.06 V与理论值5V相近，所以可以证明我们设置的参数是合理的，然后就可以进行焊接工作

2.3.2焊接

焊接注意事项：

1．焊接时要对各个功能模块电路进行单个测试，需要时可设计一些临时电路用于调试。

2．测试电路时，必须要保证焊接正确，才能打开电源，以防元器件烧坏。

3. 按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。

4.焊接前一定要保持版面清洁干净，否则焊接不牢固。

5.焊接前对面板各个焊点进行测试，防止短路。

6．焊接时切勿离人过近，以免烫伤他人。

7.焊接时要保证温度足够，否则会出现虚焊的现象。

3.总结

通过本次设计,让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标.也让我们认识到在此次设计电路中所存在的问题;而通过不断的努力去解决这些问题.在解决设计问题的同时自己也在其中有所收获.我们这次设计的这个直流稳压电源电路运用的桥式电路，使我们对其原理有了更深刻的认识，增加了学习兴趣，实践了动手能力。而且我们也知道了团队协作的重要性，我们之间的密切配合也是我们完成此次设计实验所不可缺少的，还有就是我们更加细心一些，应该每个细节都做到很细，这样我们的作品才会更加完美。

参考文献：

1. 童诗白，华成英《模拟电子技术基础》          高等教育出版社

2. 姜思敏.《PADS电路原理图和PCB设计》       机械工业出版社    

3. 马淑华，高原《电子设计自动化》               北京邮电大学出版社

4. DXP2004教程                                网络

5  Protel DXP的电路板备板制作技巧             网络