直流稳压电源电路设计

实验报告

院系：物理与电子工程 专业：自动化 题目：直流稳压电源电路设计 学 号：班 级：

姓 名：李创响 指导老师：李光明

设计时间：

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一． 前言

1. 设计题目：直流稳压电源电路设计；

2. 设计任务：设计并制作用变压器、整流二极管、滤波电容、可调电阻和可调式三端稳压器组成直流稳压电源；

3. 设计要求：（1）输出电压3~9v可调；

（2）掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法；

二．方案设计与论证

1.直流稳压电源基本原理

电路原理方框图及波形转换:

(1)电源变压器：是降压变压器，它的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器的变比由变压器的副边按确定，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n，式中n是变压器的效率。

(2)整流电路：利用单向导电元件，将50HZ的正弦交流电变换成脉动的直流电。

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(3)滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分滤除。滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。

(4)稳压电路:稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。

2.设计方案

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采用LM317可调式三端稳压器电源：

LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压. 不过它只能连续可调的正电压,稳压器内部含有过流,过热保护电路;由一个电阻(R)和一个可变电位器(RP)组成电压输出调节电路,输出电压为:Vo=1.25(1+RP/R).

三.单元模块设计

1.集成三端稳压器：

LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。调整端使用滤波 电容能得到比标准三端稳压高得多的纹波抑制比。

2.选择电源变压器：

根据性能指标要求：Uomin?3V Uomax?9V 可确定变压的副边电 压： U2=18V

3.选择整流电路中的二极管：

变压器的伏变电压 U2=18V

桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：√2U2=25.5V 查手册选整流二极管IN4007,其参数为：反向击穿电1000V>>25.5V

4.滤波电路中滤波电容的选择：

滤波电容C，根据设计要求可求得滤波电容C=2200uf

四.仿真与调试

1.仿真图、pcb图：

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2.原件清单：

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3.安装与调试

按PCB图所示，制作好电路板。安装时，先安装比较小的原件，所以先安装整流电路，在安装稳压电路，最后再装上电路（电容）。安装时要注意，二极管和电解电容的极性不要接反。检查无误后，才将电源变压器与整流滤波电路连接，通电后，用万用表检查整流后输出LM317输入端电压Ui的极性，若Ui的极性为负，则说明整流电路没有接对，此时若接入稳压电路，就会损坏集成稳压器。然后接通电源，调节Rw的值，若输出电压满足设计指标，说明稳压电源中各级电路都能正常工作，此时就可以进行各项指标的测试。 五.仿真结果：

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滑动变阻器调到最大阻值时，

Uo=3.072v

滑动变阻器调到最小阻值时，Uo=8.917v

七．结论与心得

这次课程设计实验已经接近了尾声，在这短短的几周时间里，我回顾了很多模电的知识，感觉收获很大。 在设计的过程中，感受到了将所学知识转化为7

实物的喜悦，更加激励了自己今后的专业学习；在焊接的过程中难免会有一些错误，通过仔细的寻找错误，让我更加深刻的了解了电路原理，积累了检查电路的经验，培养了自己钻研求实的耐心与精神；我还与同学一起查阅资料，了解到许多课外的知识，也认识到了自己还有许许多多的不足，需要加紧努力，充实自己；在与同学合作的过程中，更加深了大家的了解，培养了团队合作的精神与经验。 每一次的课程设计都能很好地锻炼我们的动手能力。通过这次的课程设计，让我加深了对于所学模电知识的理解，真正做到了将理论与实际结合起来，切身体会到了理论与实际差别。例如像对于可调电阻的计算，可以十分的精确，但是在选管时可能会有许多的麻烦，所以在允许范围内可以有一定的偏差，这对于实际的应用没有太大的影响，但是对于系统的设计制作会有十分大的便捷。而且也让我很明确得意识到自己在模电上有很多的知识漏洞，以后应该多钻研一下，同时也感谢指导老师和同学们在设计过程中的辅导。

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第二篇：模拟电路设计正负15V直流稳压电源

目 录

第一章　设计原理分析

   1.1单相桥式电路工作原理……………………………………………………1

   1.2 电容滤波电路工作原理  …………………………………………………2

   1.3 稳压管电路工作原理  ……………………………………………………2

第二章　试验设计

   2.1 试验设计电路图……………………………………………………………4

   2.2实验设计设备及器件………………………………………………………4

   2.3 实验设计测量及数据记录…………………………………………………4

   2.4误差分析及电路改进………………………………………………………5

第三章　课程设计心得体会 ………………………………………………………6

参考文献   …………………………………………………………………………7

第一章            设计原理分析

直流稳压电源是电子设备中最基本、最常用的仪器之一。它作为能源，可保证电子设备的正常运行。直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路三部分组成，如图1

图1 直流稳压电源结构框图

1.1    单向桥式电路工作原理

 

图2 单向桥式整流电路及电容滤波电路

图3 整流堆管脚图及内部结构

1）整流电路的作用

电路中用了四个二极管，接成电桥形式，利用二极管的单向导电性，将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压

2）主要参数计算

a．直流电压Uo

b．直流电源Io

 

c．波动系数

3）选管原则

  根据二极管的电流ID和二极管所承受的最大反向峰值电压URM进行选择，即

 

1.2电容滤波工作原理

1）电容滤波电路作用

利用电容元件储能的特性，将整流后输出的电压的能量储存起来，然后缓慢的释放给负载。尽可能地将单向脉动电压中的脉动成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。

2）主要参数计算

a. 耐压电流

b．放电时间常数范围

c．输入输出关系

d．波动系数

3）电容滤波电路的特点

（1）电容滤波电路适用于小电流负载。

（2）电容滤波电路的外特性比较软。

（3）采用电容滤波时，整流二极管中将流过较大的冲击电流。必须选用较大容量的整流二极管。

（4）电容滤波后，输出直流电压提高了，同时输出电压的脉动成分也降低了，而且输出直流电压与放电时间常数有关RLC→∞，Uo=1.4U2，S=0。

4）选电容原则

电容放电的时间常数 τ =RLC 愈大，放电过程愈慢，则输出电压愈高，同时脉动成分也愈少，即滤波效果愈好。故应该选择一个

1.3   稳压电路工作原理

图4 直流稳压电路

1） 直流稳压电路作用

使输出的直流电压，在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。本次课程设计中，稳压电路选择用三段集成稳压器W7815和W7915以及电容组成

2） 三端集成稳压器介绍

随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件。由于集成稳压器具有体积小，外接线路简单、使用方便、工作可靠和通用性等优点，因此在各种电子设备中应用十分普遍，基本上取代了由分立元件构成的稳压电路。W7800、W7900系列三端式集成稳压器的输出电压是固定的，在使用中不能进行调整。W7800系列固定输出正电压，W7900固定输出负电压，档位一般有5V、6V、9V、12V、15V、18V 、24V。

（1）W7815和W7915外形及连接图

   

图5  W7815外形及连接图                 图6  W7915外形图及连接图

 

（2）以W7812为例说明电路组成   

    

  

图7 由W7815构成的串联型稳压电源

图7 是用三端式稳压器W7812构成的单电源电压输出串联型稳压电源的实验电路图。滤波电容C1、C2一般选取几百～几千微法。当稳压器距离整流滤波电路比较远时，在输入端必须接入电容器C3（数值为0.33μF ），以抵消线路的电感效应，防止产生自激振荡。输出端电容C4(0.1μF)用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态响应。

 

第二章实验设计

2.1实验设计电路图

图8 直流稳压电源结构图

注意

（1）在搭接电路时一定要断开电源，在所有部分搭接完毕确认无误后方能开启电源。

（2）连个四个电解电容的正负极一定要接对，否则电容将被反向击穿。

（3）电路中所有的的接地端都要共地，时刻观察电路中的器件，当发现器件过热时一要及时关闭电源使之冷却。

（4）电路经初测进入正常工作状态后，才能进行各项指标的测试。

2.2实验设计设备及器件

（1）模拟电子实验台

（2）变压器 输入交流电，幅度220V，频率50Hz

（3）整流堆 输入电压范围0V—25V

（4）电容 470uF电容两个，0.1uF电容8个，100UF电容两个

（5）三端集成稳压器 W7815，W7915各一块

（6）数字万用表

（7）470欧姆滑动变阻器

（8）连接导线若干

2.3实验设计测量及数据记录

1）实验设计测量步骤

（1）观察桥式整流后波形，按图2连接电路，交流电源选择17.5V输出，整流电路正常工作，在滤波电容C1前断开，数字万用表选用交流电压档，测量Ui大小

（2）然后将线路接通至滤波电容C1，断开稳压块，观察滤波后波形V2，示波器选择交流耦合，选择合适的Ｙ轴增益水平，观察并测量纹波电压峰峰值Vpp1，用万用表直流电压档测量U2有效值。

（3）接通稳压块，用数字万用表测量空载时输出电压V0大小，接入负载，用示波器观察阻负载上的波形V3，并和V2比较波形在示波器Y方向的位置高低，再换到交流耦合档，选择5mv/Div或合适的Y轴增益水平，观察并测量纹波电压峰峰值Vpp2。用数字万用表测量负载输出电压有效值V0l。

2）数据记录

表1

表2

输出纹波电压<10 mV

输出电流<1 A

2.4误差分析及电路改进

1）误差分析

（1） 整流之后的V2<0.9 Ui大理论值大小，原因是整流堆中的二极管也会产生压降。

（2）滤波后输出电压在示波器上显示波形不够平滑，脉动系数较大，原因是滤波电容不够大

（3）加稳压电路后，负载大小变化时，输出电压发生较小的改变，原因是采用电容滤波，电路外特性不够硬。

2）电路改进

（1）对现有滤波电路中的滤波电容改用容值较大的电容，使滤波输出后的电压更加平滑。

（2）在W7915和W7815输入输入端各并联进一个二极管，保护集成稳压器内部的调整管。

（3）为了使电路外特性更好，将滤波电路改为LC滤波电路，使直流稳压器能使用与更多的场合

第三章      课程设计心得体会

为期一周的课程设计已经结束了，虽然期间有很多波折和失败，但最终还是圆满的完成了课程设计要求，这一期间，我收获良多。

我们组三个人分到的题目是设计正负15V输出的直流稳压电源，由于老师说题目都比较简单，就没有进行详细的讲解，要我们自己从课本或网上找合适的电路。刚接到这个题目我心中一阵窃喜，直流稳压电源最后一节课我们刚刚讲过，对各个知识点的记忆还很清晰，而且老师提示我们可以用集成稳压器W7815和W7915，这更是大大降低器件选择，参数计算和电路搭接的难度，可后来实践证明我高兴的太早了。

虽然小组有三个人，但老师要求每个人的都要独立设计，参数不能相同，所以我们分头行动了。首先我把课本上关于直流稳压源那一张的内容仔细浏览了一遍，理出了设计直流稳压电源四个主要部分的功能，器件参数要求和电路搭接。然后上网大致搜索了一下直流稳压源的设计电路，但发现和课程设计要求匹配的不多，还是要自己设计。最后我画出了初步的电路图，开始在实验室里搭接电路，真正的考验开始了。

我以为这个是个很简单的电路，各个部分结构都很清晰，而且我非常自信的认为我的电路很正确。可最终的结果是我们烧毁了一个W7915稳压器，一个电容和一个电阻。我被实验台上不时冒出的青烟和烧焦味彻底吓住了，不敢再有任何动作。同时我清醒的认识到这个题目并没有我想象中那么简单。以前实验时用的直流电压都是进过实验台里自带的直流稳压器调整过的，所以就算电路搭错也不会有很大的电流或电压，而现在我们要做是要把220V的交流电压变成低压的直流电压，稍有一点失误，就会产生很大的电流，将器件烧毁。最后通过请教老师，小组同学通力合作，我们一点一点地解决了问题，烧毁器件的主要的问题将从整流堆出来接W7915的极性接反了，为了得到负电压输出，应该从整流堆负极接入，同时接W7915的电解电容也要反接，而且为了保护集成稳压器要在其输入输出端接进去一些电容。在分析清楚这些问题后，我们开始小心翼翼的连接电路，每一步都反复检查，生怕再出现问题。经过一番检查、修正和调试，我们终于将电路搭接了出来，由于一个实验台上只有一个变压器，而电路要求同时用两个变压器，我们只能将电路拆成两部分，在两个各实验台上搭接，一个部分输出正电压，另一部分输出负电压，问题得到了完整的解答。

通过这次课程设计我收获了很多，我体会最深刻的三点是：第一，要敢于失败并承担失败，不能因为一两次的失败就畏手畏脚，要从失败中汲取教训，从失败中总结经验，然后应用到下次的实践当中，不断地失败不断地重新开始，直至成功。第二，不能盲目自信，很多事不能想当然，遇事都要进过谨慎周密的考虑后再行动，如果只是凭自己的感觉就行动结果往往会带来严重的后果。第三，团队合作很重要，通过这次的课程设计我深刻的体会到一个人的力量和智慧是有限的，要完成一项任务或工作需要大家在一起共同探讨共同努力，这样会更加有效，同时也会使完成的过程更加有趣，我会把这次课程设计中学到的东西运用到以后的生活和学习中的。

最后要感谢老师的耐心的指导和建议。

参考文献

[1] 清华大学电子学教研组编，杨素行主编：《模拟电子技术基础简明教程》。第三版。高等教育出版社，2006