集成直流穩(wěn)壓電源 課程設計說明書

1、課程設計任務書課程設計任務書 學生姓名：學生姓名： 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 通信通信 指導教師：指導教師： 工作單位：工作單位： 信息工程學院信息工程學院 題題 目目: 集成直流穩(wěn)壓電源 初始條件：初始條件： multisim10 要求完成的主要任務要求完成的主要任務: 1.繪制具有一定規(guī)模、一定復雜程度的電路原理圖*.sch（自選） ?？梢陨婕澳M、 數(shù)字、高頻、單片機、或者一個具有完備功能的電路系統(tǒng)。 2.繪制相應電路原理圖的雙面印刷版圖*.pcb 3.對電路原理圖進行仿真，給出仿真結果（如波形*.sdf、數(shù)據(jù)）并說明是否達到設 計意圖。 時間安排：時間安排： 序號序號階段內容階段內容時間時

2、間 1安排任務第 20 周 2電路選擇與繪制第 20 周 3撰寫報告第 20 周 4答辯第 21 周 合 計2 周 指導教師簽名：指導教師簽名： 年年 月月 日日 系主任（或責任教師）簽名：系主任（或責任教師）簽名： 年年 月月 日日 集成直流穩(wěn)壓電源集成直流穩(wěn)壓電源 摘摘 要要 直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器，整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。變壓器把市電 交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟?。整流器把交流電變?yōu)橹绷麟?。?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再 把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。本設計主要采用多路輸出直流穩(wěn)壓構成 集成穩(wěn)壓電路，通過變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓過程將 220v 交流電，變?yōu)榉€(wěn)定的直流電， 并

3、實現(xiàn)電壓可在+3+9v 可調和實現(xiàn)固定輸出電壓比如 12v,+5v。 關鍵詞：關鍵詞：直流；穩(wěn)壓；變壓 目錄目錄 一、緒論一、緒論 現(xiàn)代工業(yè)和自動化生產(chǎn)過程中，會涉及大量的動態(tài)檢測和控制問題，其中振動和 沖擊的精確測量顯得尤其重要。對于振動和沖擊信號的獲取，最常見的是用壓電加速 度傳感器，它將力學的輸入信號轉變?yōu)殡娦盘?。但是，這個輸出信號必須要做適當?shù)?處理才能應用。因此，壓電加速度傳感器的后續(xù)適調電路，即電荷放大器的研究就顯 得非常重要。我們用 tl081 芯片來取代傳統(tǒng)電荷放大器所用的大量分離元件，優(yōu)化了 電路設計。但是，由于 tl081 芯片需12v 的直流供電，而其它芯片需+5v 電源

4、驅動， 因此，需要設計合適的多輸出直流穩(wěn)定電源。直流穩(wěn)壓電源一般分為線性和開關電源 兩類。對于單片機數(shù)字控制的電路系統(tǒng)，通常采用基于 pwm 控制的開關電源；而對 于放大器的模擬控制系統(tǒng)，采用線性直流穩(wěn)壓電 3 源則更具有優(yōu)勢。線性直流穩(wěn)壓電 源具有穩(wěn)壓和濾波的雙重作用，產(chǎn)生的干擾很小，隨著集成電路技術的發(fā)展，較高輸 出電流和數(shù)值可調的集成穩(wěn)壓器相繼出現(xiàn)，由此而構成的線性直流穩(wěn)壓電源結構簡單， 維修方便，功率 200w 以下時，整機的體積也不大。一般來講，線性直流穩(wěn)壓電源的 紋波抑制比，電壓調整率和噪聲抑制等性能比開關直流穩(wěn)壓電源要好。更重要的是工 作可靠，故障率低，更適合于放大器的模擬控制系

5、統(tǒng)。因此，針對電荷放大器的需要， 本文提出了一種基于集成穩(wěn)壓器的多輸出線性直流穩(wěn)壓電源的設計。 二、多路直流穩(wěn)壓電源的設計二、多路直流穩(wěn)壓電源的設計 2.1、設計目的 (1).學習基本理論在實踐中綜合運用的初步經(jīng)驗，掌握模擬電路設計的基本方法、設計 步驟，培養(yǎng)綜合設計與調試能力。 (2).學會直流穩(wěn)壓電源的設計方法和性能指標測試方法。 (3).培養(yǎng)實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。 2.2、設計任務及要求 （1）設計并制作一個連續(xù)可調直流穩(wěn)壓電源，主要技術指標要求： 輸出電壓 vo 及最大輸出電流 iomax; i 檔 vo=12 v 對稱輸出，iomax=100ma; ii 檔 vo=

6、+5v, iomax=300ma; iii 檔 vo=（+3+9）v 連續(xù)可調，iomax=200ma 紋波電壓：vop-p5ma; 穩(wěn)壓系數(shù)：sv0.005； (1).設計電路結構，選擇電路元件，計算確定元件參數(shù)，畫出實用原理電路圖。 (2).自擬實驗方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，交指 導教師審核。 (3).批準后，進實驗室進行組裝、調試，并測試其主要性能參數(shù)。 2.3、設計步驟 (1).電路圖設計 確定目標：設計整個系統(tǒng)是由那些模塊組成，各個模塊之間的信號傳輸，并畫出直 流穩(wěn)壓電源方框圖。 系統(tǒng)分析：根據(jù)系統(tǒng)功能，選擇各模塊所用電路形式。 參數(shù)選擇：根據(jù)系統(tǒng)指

7、標的要求，確定各模塊電路中元件的參數(shù)。 總電路圖：連接各模塊電路。 (2)電路安裝、調試 為提高學生的動手能力，學生自行設計印刷電路板，并焊接。 在每個模塊電路的輸入端加一信號，測試輸出端信號，以驗證每個模塊能否達到所 規(guī)定的指標。 重點測試穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)。 將各模塊電路連起來，整機調試，并測量該系統(tǒng)的各項指標。 2.4、總體設計思路和總體電路圖 2.4.1直流穩(wěn)壓電源設計思路 電網(wǎng)供電電壓交流 220v(有效值)50hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源 變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。 降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大） 。 脈動大的直

8、流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉， 保留其直流成份。 濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流 電壓輸出，供給負載 rl。 2.4.2直流穩(wěn)壓電源原理 直流穩(wěn)壓電源是一種將 220v 工頻交流電轉換成穩(wěn)壓輸出的 直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成，見圖 1。 圖 1 直流穩(wěn)壓電源方框圖 其中： 電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng) 220v 交流電壓變換成符合需要的交流電 壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。 整流電路：利用單向導電元件，把 50hz 的正弦交流電變換成脈動的直流電 濾波電

9、路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較 平滑的直流電壓。 穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負載的 變化而變化。 2.4.3 總體電路圖 見附錄 a 2.5、單元電路設計與原理說明 2.5.1 電源變壓器 電源變壓器是將交流電網(wǎng) 220v 的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，?送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。 2.5.2 整流電路 整流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖 2 所示。在 u2 的正半周內，二 極管 d1、d2 導通，d3、d4 截止；u2 的負半周內，d3、d4 導通，d1、d2 截止。 正負半周內部都

10、有電流流過的負載電阻 rl，且方向是一致的。電路的輸出波形如圖 所示 在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內導電，所以流過每個二極管的平均 電流等于輸出電流的平均值的一半 。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為 (u2 是變壓器副邊電壓有效值)。 2.5.3、濾波電路 濾波電路選用一個 3300 f 的大容量電解電容 c1 和一個 0.33 f 的小容量滌綸 cl11 型電容 c2 并聯(lián)濾波，如圖 3 所示。理論上，在同一頻率下容量 大的電容其容抗小，這樣一大一小電容相并聯(lián)后其容量小的電容 c2 不起作用。但是， 由于大容量的電容器存在感抗特性，等效為一個電容與一個電感串聯(lián)。在高頻情況

11、下 的阻抗反而大于低頻時的阻抗，小電容的容量小，在制造時可以克服電感特性，幾乎 不存在電感。在大電容 c1 上并聯(lián)一個小電容 c2 可以補償其在高頻下的不足。當電 路的工作頻率比較低時，小電容不工作（容抗大相當于開路） 。大電容的容量越大濾波 效果越好。當電路的工作頻率比較高時（輸入信號的高頻干擾成分） ，大電容由于感抗 大而處于開路狀態(tài)。這時高頻干擾成分通過小電容流到地線，濾除各種高頻干擾成分。 電路的輸出波形如圖所示 2.5.4、穩(wěn)壓電路 1、穩(wěn)壓電路選用三端集成直流穩(wěn)壓器，其電路連接方式一般如圖 4 所示。 性能上，常用的集成穩(wěn)壓器有三端固定式、三端可調式和開關式。以三端固定式為例， 其

12、正輸出為 7800（后兩位代表輸出的額定穩(wěn)壓值，00 是統(tǒng)稱）系列，負輸出為 7900 系列，常見的有 05、06、08、09、12、15、18、24 八種。一般要求最小的輸入、輸 出電壓差（ui-u0）為 2 v 3 v；輸出穩(wěn)壓的容差約為 5%；最大輸出電流 iomax 有 0.1 a （如 78l12） ，0.3 a （如 78m12）和 1.5 a（如 7812）等多種，部分器件的最大 輸出電流可達 2.2 a；其最大輸入電壓 uimax 一般是 7818 檔以下為 35 v，7824 檔為 40 v；電壓調整率 su 一般為 0.01%/v；輸出電阻 r0 小于 0.1 ；紋波抑制比

13、 svp 一般為 50db；溫度系數(shù) st 一般為每度 1mv 2.4 mv。圖 4 中，引腳 1 為電壓變換 的輸入端，引腳 2 為電壓變換后的輸出端，引腳 3 為接地端。電容 ci 作用是改善紋 波和抑制輸入的過電壓，一般取值為 0.33 f。 c0 作用是改善負載的順態(tài)響應，一 般可選取 0.1 f 的電容，當采用大容量的電解電容時效果更好。穩(wěn)壓電源的輸入輸出 端要跨接一個二極管，以防止集成穩(wěn) 8 壓器輸出調整管損壞。 2、穩(wěn)壓電路的設計 本設計是把幾個供電模塊集成到一個供電電源上，能夠同時提供 固定輸出+5 v （最大輸出電流 0.3 a） 和固定輸出12 v （最大輸出電流 0.1

14、a）的 直流電輸出，此外，還有一路+3 v 到+9 v（最大輸出電流 0.2a）連續(xù)可調的電壓輸 出。 (1)輸出+5 v：核心器件選用 78m05 三端集成穩(wěn)壓器，其輸出電壓為+5 v，額定電流 0.1 a。當變壓器變壓后輸出 6.3 v 交流電，經(jīng) kbpc810 硅整流橋，整流后輸出約 6 v 電壓，濾波后由 78m05 三端集成穩(wěn)壓電源處理，輸出+5 v 電壓，電流最大輸出為 0.3 a。 (2)輸出+/-12 v：核心器件選用穩(wěn)壓器 78l12 和 79l12，組合應用這兩個穩(wěn)壓器件與一 個硅整流橋相接，按圖 5 好電路就能輸出+/-12 v 的電壓。組合用 78l12 和 79l1

15、2 時， 公共輸出接地端用的是變壓器輸出端口的+12 v 并分別接入 78l12 的接地引腳 （gnd）和 79l12 的電壓輸入引腳（vin） ；硅整流橋的正、負輸出端口則分別接入 78l12 的電壓輸入端（vin）和 79l12 的接地端；濾波電容用了兩個 1000 uf 首尾相 接，連接處接公共輸出接地端。 （3）輸出+3v+9v，0.2a：該部分的核心器件為可調式三端集成直流穩(wěn)壓器 lm317 和滿量程 696 的電位器 rw。通過添加一些元件可以構成電壓從+3v+9 v 連續(xù)可 調直流穩(wěn)壓電源。并且解決了利用固定式穩(wěn)壓器和電位器進行調壓而引起的精度下降 問題。但是要保證其輸入電壓 u

16、i 與輸出電壓 uo 之差小于等于 40 v。 主要電路如圖 6 所示： 輸出電壓 uo=1.25【1+（rw+r2）/r1】v,r1 取 120，當；rw=0，r2=168 ，uo=+3 v。當 rw 滿量程時，輸出 uo 為+9 v。其中 c1（3300 f） ，c2（0.33 f）用來抑制高頻干擾；c3 用來提高穩(wěn)壓器紋波抑制比，減少輸出電壓中的紋波電壓； c4 用來克服 lm317 在深度負反饋工作下可能產(chǎn)生的自激振蕩，還可進一步減小輸出 電壓中的紋波分量。d1 的作用是防止輸入端短路時，電容 c4 放電而損壞穩(wěn)壓器；d2 的作用是防止輸出端短路時 c3 放電而損壞穩(wěn)壓器。 2.5.5

17、 元器件選擇和電路參數(shù)計算說明 1變壓器的選擇 1）確定副邊電壓 u2: 根據(jù)性能指標要求：uomin=3v uomax=12v 又 ui-uomax(ui-uo)min ui-uoin(ui-uo)max 其中：（ui-uo）min=3v，(ui-uo)max=40v 16vui43v 此范圍中可任選：ui=14v=uo1 根據(jù) uo1=(1.11.2)u2 可得變壓的副邊電壓。 2）確定變壓器副邊電流 i2 io1=io 又副邊電流 i2=(1.52)io1 取 io=iomax=200ma 則 i2=1.5*0.2a=0.3a 3）選擇變壓器的功率 變壓器的輸出功率：poi2*u2=4.

18、8w 二選擇整流電路中的二極管 變壓器的副邊電壓 u2=16v 橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為：16 橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為：0.3 查手冊選整流二極管 in4001，其參數(shù)為： 反向擊穿電壓 ubr=50v16v,最大整流電流 if=1a0.3a 3濾波電路中濾波電容的選擇 濾波電容的大小可用式 c= ui/( t*i) 求得： 1）求 ui: 根據(jù)穩(wěn)壓電路的的穩(wěn)壓系數(shù)的定義： 設計要求 uo5mv ，sv0.005, uo=-12v+12v, ui=16v 代入上式，則可求得 ui= uo/(uo*sv); 2）濾波電容 c 設定 io=iomax=0.2a，

19、 t=0.01s 則可求得 c。 注意： 因為大容量電解電容有一定的繞制電感分布電感，易引起自激振蕩，形成高頻 干擾，所以穩(wěn)壓器的輸入、輸出端常 并入瓷介質小容量電容用來抵消電感效應，抑制 高頻干擾。 2.6、電路仿真 2.6.1 測試要求 1測試并記錄電路中各環(huán)節(jié)的輸出波形。 2測量穩(wěn)壓電源輸出電壓的調整范圍及最大輸出電流。 3測量輸出電阻 ro。 4測量穩(wěn)壓系數(shù)。 用改變輸入交流電壓的方法，模擬 ui 的變化，測出對應的輸出直流電壓的變化，則 可算出穩(wěn)壓系數(shù) sv. （注意： 用調壓器使 220v 交流改變10。即 ui=44v） 5用毫伏表可測量輸出直流電壓中的交流紋波電壓大小，并用示波器觀察、記錄其波 形。 6分析測量結果，并討論提出改進意見。 2.6.2 測試結果和計算結果分析 1. 電壓輸出波形和紋波變化見仿真圖 見附錄 b 2. 穩(wěn)定系數(shù) sr 的理論值計算 2.6.3 電路的誤差分析與改進 1.綜合分析可以知道在測試電路的過程中可能帶來的誤差因素有: 測得輸出電流時接觸點之間的微小電阻造成的誤差; 電流表內阻串入回路造成的誤差; 測得紋波電壓時示波器造成的誤差; 示波器, 萬用表本身的準確度而造成的系統(tǒng)誤差; 2.可以通過以下的方法去改進此電路: