穩(wěn)壓電源課程設(shè)計報告

1、目錄引言 .11 設(shè)計目的及要求 21.1 設(shè)計目的 21.2 設(shè)計要求 22 設(shè)計原理及其方案比較. 22.1 方案一 22.2 方案二 32.3 方案比較與實(shí)施方案 33 單元電路的設(shè)計 43.1 電源變壓器 43.2 整流電路 43.3 濾波電路的設(shè)計 53.4 穩(wěn)壓電路的設(shè)計 64 電路仿真與電路板制作. 74.1 模擬仿真 74.2 焊接和實(shí)物 74.2.1 焊接 84.2.2 電路實(shí)物圖 94.2.3 硬件調(diào)試 95 總結(jié)思考與致謝 10參考文獻(xiàn) 10附錄一 電路原理圖 11附錄二 元器件清單 12引言在電子電路中，電子系統(tǒng)都要求用穩(wěn)定的直流電源，日用電器通常都需要 電壓穩(wěn)定的直流

2、穩(wěn)壓電源供電，而人們在日常生活中都使用 220V 交流電源， 因此，需要將交流電變換成直流電。將交流電壓變換為直流電壓并使之穩(wěn)定的 設(shè)備就是直流穩(wěn)壓電源，它主要由電源變壓器，整流電路，濾波電路及穩(wěn)壓電 路四部分組成。本文介紹了一種采用 7812，7912 系列穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)功能， 融入了整流橋式的 整流作用以及電容的濾波作用，共同實(shí)現(xiàn)多路直流穩(wěn)壓電源的輸出。主要闡述 如何使用以上集成芯片完成對生活中經(jīng)常要用到小功率穩(wěn)壓電源的設(shè)計，其中 對包括參數(shù)的選取、實(shí)際情況對電路的影響的解釋，以及對今后設(shè)計同類電路 的總結(jié)。 在設(shè)計過程中主要運(yùn)用 Multisim 進(jìn)行軟件仿真， 展現(xiàn)了 Multisim 在

3、硬 件設(shè)計過程中的強(qiáng)大功能。其便捷性對我們今后的硬件設(shè)計提供了重大幫助 ! 關(guān)鍵詞：單相橋式、穩(wěn)壓電源、 Multisim 、濾波1多路輸出直流穩(wěn)壓電源1設(shè)計目的及要求1.1設(shè)計目的1、通過集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計，安裝和調(diào)試，學(xué)會選擇變 壓器、整流二極管、濾波電路、集成穩(wěn)壓器及相關(guān)元器件設(shè)計直流穩(wěn)壓電源；2、掌握直流穩(wěn)壓電路的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測試方法。1.2設(shè)計要求1、 要求設(shè)計制作一個多路輸出直流穩(wěn)壓電源，可將220V/50HZ交 流電源輸出±2V直 流電壓；2、選定電路方案，完成對確定方案電路的設(shè)計。計算電路元件參數(shù)，選擇正確的元器件、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理；3、

4、用protel 99畫出電路原理圖，并用 multisim對電路進(jìn)行仿真；4、安裝調(diào)試后焊接并書寫課程設(shè)計報告書。2設(shè)計原理及方案比較2.1 方案一多路輸出直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計需要電源變壓器，整流電路，濾波電路及穩(wěn)壓電路四個部分，基本框圖和各部分相對應(yīng)的波形圖如圖2-1所以：電網(wǎng)電壓圖2.1基本框圖和各部分相對應(yīng)的波形圖1、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。2、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）。3、脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾

5、掉，保留其直流成份。4、濾波后的直流電壓，再通過 7812, 7912穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)功能，得到基本不受外界影 響的±2V穩(wěn)定直流電壓。2.2 方案二多路輸出直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計需要電源變壓器，整流電路，濾波電路及穩(wěn)壓電路四 個部分，基本框圖和各部分相對應(yīng)的波形圖如圖2-2所以：電壓圖2.2基本框圖和各部分相對應(yīng)的波形圖1. 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。2. 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）。3. 脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將

6、交流成份 濾掉，保留其直流成份。4. 濾波后的直流電壓，再通過可調(diào)式穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)功能，得到基本不受外界影響的 穩(wěn)定直流電壓。2.3 方案比較與方案實(shí)施2.3.1方案比較方案一與方案二相比較主要是最后穩(wěn)壓電路所用穩(wěn)壓器的不同；方案一用7812,7912四個穩(wěn)壓器，得到四個輸出端分別輸出 ±2V穩(wěn)定直流電壓；方案二是得到可調(diào)的 直流穩(wěn)壓電壓。依據(jù)設(shè)計要求綜合考慮之后決方案一較為貼近設(shè)計要求。2,3.2方案實(shí)施本次設(shè)計首先，根據(jù)根據(jù)以上的方案一設(shè)計思路估計初步的參數(shù)值，然后畫出草圖;其次，在protel 99中華出原理圖；然后，在Multisim軟件中進(jìn)行仿真，在仿真過程中不斷地調(diào)節(jié)參數(shù)已達(dá)

7、到最理想的效果，并根據(jù)出現(xiàn)的最好結(jié)果最終確定參數(shù)值；最后，畫PCB圖，在實(shí)驗室進(jìn)行硬件仿真，調(diào)試出結(jié)果后，就開始電路板制作。3單元電路的設(shè)計3.1電源變壓器12圖3.1 電源變壓器部分仿真圖1、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。2、選擇電源變壓器因為我們現(xiàn)在選擇的三端穩(wěn)壓器7812,7912的要求的輸入電壓與輸出電壓差至少要有4V的區(qū)別，我們現(xiàn)在選最大的輸出的電壓為12V，則三端穩(wěn)壓器輸入端得電壓至少得為 V2=12+4=16V，我們現(xiàn)在手頭上有一 220V-18V的變壓 器，理論上該變壓器經(jīng)整流濾波

8、后的電壓為：V=1.414U=1.414*18=25.452>16。3.2整流電路1、整流電路：禾I用單向?qū)щ娫?50Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電。2、在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內(nèi)導(dǎo)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，即 X詁J。電路中的每只二極管承受的最大 反向電壓為.2U2(U2是變壓器副邊電壓有效值)。3、選擇整流電路中的二極管變壓器的副邊電壓U2=18V查手冊選整流二極管1N4001，其參數(shù)為：反向擊穿電壓 Ubr=50V>17V，但由 于貨源的原因，只買到1N4007,它與1N4001只存在反向擊穿電壓不同，為1000V

9、, 所以可以用1N4007來替換1N4001進(jìn)行變壓器及單相橋式整流電路部分仿真。3.3 濾波電路圖3.4濾波電路部分仿真圖1、濾波電路：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。2、在設(shè)計中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點(diǎn)，將電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形基本平滑的 目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uoi=(1.11.2)U2，直流輸出電流：1 2101二砰2)(1 2是變壓器副邊電流的有效值。)，穩(wěn)壓電路可選集成三端穩(wěn)壓器電路。3、濾波電路中濾波電容的選擇濾波電容的選擇應(yīng)根據(jù)其所在回

10、路的時間常數(shù)及其所能承受的耐壓值來確定，電容 的值應(yīng)滿足：C»(T*I)/(2U), 般選擇電容的值為C=(3-5)(T*I)/(2U).其中T為輸入正 弦信號的周期，我們現(xiàn)在用的市電頻率都為50Hz，故有其周期為T=1/f=0.02s,l為三端 穩(wěn)壓器的最大輸入電流，U為三端穩(wěn)壓器的最小輸入電壓(14.5V)，帶入各項計算的：C=2758uF經(jīng)過調(diào)試與仿真，我們最終確定用 2200uF電容注意：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，形成咼頻干 擾，所以穩(wěn)壓器的輸入、輸出端常 并入瓷介質(zhì)小容量電容用來抵消電感效應(yīng), 抑制咼頻干擾。3.4 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路主要由7

11、8系列（輸出正電壓）和79系列（輸出負(fù)電壓）構(gòu)成。通常表示電壓 大小，根據(jù)設(shè)計要求選擇：LM7812和LM7912兩個三端穩(wěn)壓器，構(gòu)成兩個輸出端；4電路仿真與電路板制作4.1電路仿真圖1、器部ms4GND時間涌適申通道上Liy- 邛L願.|保存36Q.0Q7rn5713.019 mVL119VExt TriQil&jSEI tooSig A比劇SowT2TJ7(3NDtt0l I io ms/Dtvx 亟o-ACa dc a圖4.1電路變壓器部分仿真圖及電壓輸出波形圖2、變壓器及單相橋式整流電路部分仿真圖及電壓輸出波形圖GND:m 1M46CI74-GND:ai!:02：:CM：狎or

12、4.2和可卸一i甬退右 謝進(jìn)弓一M左m 阿返比創(chuàng)泗伽 一 m 阿迺匚自迪沿 廳丄|廠 *位盞 F詢盂 H丫位舌帀電平 廠剖«1冊I詵|航|口灰 轎|c|q匡二擰牌 正白標(biāo)堆|E圖4.2變壓器及單相橋式整流電路部分仿真圖及電壓輸出波形1、整理電路仿真圖及輸出電壓值圖4.3圖4.3 整理電路仿真圖及輸出電壓值圖4.2 焊接與實(shí)物4.2.1焊接首先準(zhǔn)備好電路圖里所需要的元器件，以及焊接所需的電烙鐵、錫絲、松香、鉗子、接線頭、吸筒和若干導(dǎo)線。然后按照電路圖在萬能板上按順序和空間大小擺好元器件， 力求做到上下對稱。擺好元器件后，就可以開始焊接了。焊接過程中要注意相近的引腳之間的距離，不要把相鄰

13、的引腳焊到一起，避免出現(xiàn)短接的情況。其次由于變壓器的功 率稍大，因此兩個三端穩(wěn)壓器 LM781告口 LM791需要加上散熱片，以免電流過大而燒壞 三端穩(wěn)壓器。焊好后還需要仔細(xì)檢查，看是否有導(dǎo)線漏連了或是連錯了。焊好后的實(shí)物 圖如下所示。4.2.2多路輸出直流穩(wěn)壓器實(shí)物圖4.4圖4.4423硬件調(diào)試電路調(diào)試原理：1檢查電路是否連接正確，是否有短路、斷路現(xiàn)象。 2在地線中接入一個保險絲， 防止電路有問題而損壞變壓器。3連接電源，在確認(rèn)電路沒有問題（電容不發(fā)熱、保險 絲沒有斷等）后，用萬用表測量輸出端的輸出電壓。根據(jù)以上原理，焊接好電路以后，用萬用表測得輸出電壓分別為-12.13V、+12.13V基

14、本符合設(shè)計要求。與電路仿真結(jié)果相比，實(shí)際連接電路后的測試結(jié)果更接近理論值， 誤差也更小。說明了硬件電路的正確性，從而說明此次模擬電路課程設(shè)計基本成功，也 說明了在實(shí)際情況中會出現(xiàn)與軟仿真不完全符合的結(jié)果，仿真結(jié)果和實(shí)際結(jié)果之間總會有誤差存在，這就要求我們在實(shí)際的焊接過程中適當(dāng)?shù)母脑谲浖抡鏁r所選擇元件參 數(shù)以達(dá)到更加理想的結(jié)果，當(dāng)然誤差是不能避免的，一定的誤差也是工程所允許的。5. 總結(jié)思考與致謝 本次課程設(shè)計至此已經(jīng)接近尾聲，雖然時間不是很充裕，但在電子技術(shù)課程設(shè)計過 程中收獲頗豐。由于電路的設(shè)計的要求明確，需要通過翻閱復(fù)習(xí)以前學(xué)過的知識確立了 實(shí)驗總體設(shè)計方案，然后逐步細(xì)化進(jìn)行各模塊的設(shè)

15、計；其次，就要根據(jù)設(shè)計的草圖進(jìn)行 仿真，在電路仿真的過程中總會出現(xiàn)一些問題，考驗我對仿真軟件的操作熟悉度，使得 我在仿真中逐步完善自己的電路圖。然而，此次課程設(shè)計讓我感受最深的是在焊接電路板時遇到的問題由于對實(shí)際元件 及其焊接方法了解，因而在焊接實(shí)物時出現(xiàn)了短接。在經(jīng)過了耐心和長時間的排錯后終 于發(fā)現(xiàn)錯誤所在，LM7812和7912的引腳在初次焊接時不小心焊到了一起，在檢查后重 新焊接，焊好后又發(fā)現(xiàn) 7912 的引腳功能和對應(yīng)引腳配對出現(xiàn)了錯誤，在閱讀了相關(guān)資 料后發(fā)現(xiàn) 7912的 1 腳應(yīng)該是接地， 2腳和 3腳分別對應(yīng)接輸入和輸出。 整個設(shè)計期間花 費(fèi)了自己大量的時間和精力，之前仿真圖幾度

16、不成功，輸出電壓正負(fù)不對或者輸出電壓 值過高或過低，不過令人慶幸的是最終還是找到了錯誤，所以這兩周下來，我們對電路 故障的排查能力有了很大的提高；再次，通過此次課程設(shè)計，我們對設(shè)計所用到的軟件 如 multisim 和 protel 99 有了更加深刻地了解，體會到軟件在硬件設(shè)計中的重要作用， 其便捷性更是深有體會。這對我們以后的工作和學(xué)習(xí)的幫助都很有用處。感謝學(xué)校給我們這次機(jī)會，鍛煉了我們的動手能力。通過這次課設(shè)讓我明白了理論 和實(shí)際操作之間差距，讓我知道了在今后的設(shè)計中對于這些仿真、原理軟件的熟練操作 的重要性，而且也讓我很明確得意識到自己在模電上有很多的知識漏洞，以后應(yīng)該多鉆 研。與此同時深刻體會到對元件結(jié)構(gòu)精確了解的重要性。最后，衷心的感謝寧志剛指導(dǎo) 老師在設(shè)計過程中對我的的耐心輔導(dǎo)以及其他同學(xué)的幫助 !參考文獻(xiàn)1 康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）第五版 M 北京：高等教育出版社， 2006.1 2 吳友宇模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) M 北京：清華大學(xué)出版社， 2009.5 3 （日）尾崎弘電子電路模擬部分 M 北京：科學(xué)出版社， 20044 （日）藤并信生電子實(shí)用手冊 J 北京：科學(xué)出版社 ,2001 5 莊俊