固定直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)模擬電子技術(shù)要點(diǎn)

1、成績課程設(shè)計(jì)說明書題目固定直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)課程名稱： 模擬電子技術(shù)學(xué)院：電子信息與電氣工程學(xué)院學(xué)生姓名：學(xué) 號：專業(yè)班級：指導(dǎo)教師：2015年 6月 6日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目固定直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)學(xué)生姓名疋4宀電子信息與電氣工士 ,仁如工斤所在學(xué)院丁口嚴(yán)憶宀專業(yè)、年級、班程學(xué)院設(shè)計(jì)要求：1設(shè)計(jì)制作一個(gè)直流穩(wěn)壓電源電路；2、 輸入電壓為220V的交流電壓，頻率為 50Hz ；3、輸出直流電壓為+5V、-5V兩種穩(wěn)定電壓；4、取大輸出電流為lomax=0A ；5、紋波電壓小于 10mV，穩(wěn)壓系數(shù) Sr小于5%。學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù)：1、 通過查閱資料設(shè)計(jì)固定直流穩(wěn)壓電源的電路，并用Multisim進(jìn)行

2、仿真。2、 運(yùn)用Altium Designer對仿真電路進(jìn)行原理圖繪制，PCB設(shè)計(jì)。3、制作電路板并焊接元器件。4、調(diào)試電路板使其正常工作。5、上交電路板，書寫課程設(shè)計(jì)論文。參考文獻(xiàn)：1 童詩白模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2005.2 臧春華電子線路設(shè)計(jì)與應(yīng)用M.北京：高等教育出版社，2005.3 邱關(guān)源，羅先覺.電路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.4 劉文洲，谷樹忠.Altium Desig ner教程M.北京：電子工業(yè)出版社，2010.工作計(jì)劃：5. 26 5. 27課程設(shè)計(jì)說明、 Multism電路仿真與設(shè)計(jì)；5. 29 5. 30 用 Altium Desi

3、gner 設(shè)計(jì)原理圖、 PCB 圖；6. 3-6.4制板，發(fā)器件，焊接；6. 5安裝調(diào)試書寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告；6. 6指導(dǎo)教師驗(yàn)收課程設(shè)計(jì)電路結(jié)果。固定直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 摘 要：本文主要是采用變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓的流程思路將輸入220V交流電轉(zhuǎn)換成輸出穩(wěn)定電壓 5V的直流電源。其中，穩(wěn)壓電路米用 三端固定輸出集成穩(wěn)壓器 LM805 達(dá)到穩(wěn)壓效果，因此系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際 需要對其設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方便簡單、易學(xué)易改、成本 低廉、功能實(shí)用。關(guān)鍵詞 ：變壓；整流；濾波；穩(wěn)壓目錄1. 設(shè)計(jì)背景 11.1背景分析 11.2直流電源的組成及各部分的作用 12. 設(shè)計(jì)方案 22. 1整流電路 22.2

4、穩(wěn)壓電路 22.3固定直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì) 23. 方案實(shí)施 33. 1 Multisim 電路仿真 33. 2 Altium Designer設(shè)計(jì)原理圖及 PCB設(shè)計(jì)43. 3電路板的制作與調(diào)試 54. 結(jié)果與結(jié)論 55. 收獲與致謝 66. 參考文獻(xiàn) 67. 附件1. 設(shè)計(jì)背景1.1背景分析電子設(shè)備中都需要穩(wěn)定的直流電源，功率較小的直流電源大多數(shù)都是將50Hz的交流電經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓后獲得。變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪?交流電；整流電路用來將交流電壓變換為單向脈動(dòng)的直流電壓；濾波電路用來濾除 整流后單向脈動(dòng)電壓中的交流成分，使之成為平滑的直流電壓；穩(wěn)壓電路的作用是 當(dāng)輸入交流電

5、壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。1.2直流電源的組成及各部分的作用穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)部分組成，如圖1.1所示。圖1.1穩(wěn)壓電源的組成框圖變壓器副邊電壓通過整流電路從交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，即將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動(dòng)電壓，半波整流電路和全波整流電路的輸出波形如上圖所示。 可以看出，整流后還含有較大的交流分量，會(huì)影響負(fù)載電路的正常工作。為了減小電壓的脈動(dòng)，需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。理想情況 下，應(yīng)將交流分量全部濾掉，使濾波電路的輸出電壓僅為直流電壓。然而，由于濾 波電路為無源電路，所以接入負(fù)載后會(huì)影響其濾波效果。對于穩(wěn)定性

6、要求較高的電 子電路，需要對其進(jìn)行穩(wěn)壓處理。交流電壓通過整流、濾波后雖然變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓，但是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或者負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，其平均值也將隨之變化。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直 流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻的變化而變化，從而獲得足夠高的穩(wěn)定 性，滿足要求較高的電子電路的供電。2. 設(shè)計(jì)方案2.1整流電路整流電路采用橋式整流電路，電路如圖 2所示。在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導(dǎo)通，D3 D4截止；u2的負(fù)半周內(nèi)，D3 D4導(dǎo)通，D1、D2截止。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過的負(fù)載電阻 RL且方向是一致的。電路的輸出波形如圖 3所示。圖2.2整流輸出電路（a）橋式整流 （b）輸出波

7、在橋式整流電路中，每個(gè)二極管都只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)電， 所以流過每個(gè)二極管1的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即lf=2I。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）。2. 2穩(wěn)壓電路因?yàn)橐筝敵鲭妷簽橥?5V,所以選擇固定的三端集成穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器，常見主要有78L+、78M+、LM7805、LM7905。 78系列穩(wěn)壓器輸出正電壓，79系列穩(wěn)壓器負(fù)電壓， 最大輸出電流lomax為1.5A。穩(wěn)壓內(nèi)部含有過流、過熱保護(hù)電路， 具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。如果將調(diào)整管、比較放大電路、基準(zhǔn)電源、取樣電路及連接導(dǎo)線等制作在一片硅片上，就構(gòu)成了集

8、成穩(wěn)壓電路。其中，三端集成穩(wěn)壓器因其體積小、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉、使用方便，目前得到了廣泛應(yīng)用。2.3固定直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)變壓器的選?。和ㄟ^查詢7805,7905芯片手冊得知兩芯片的輸入電壓得達(dá)到 13V 才能正常工作，故變壓器輸出電壓有效值U2 .13/1.2、11V，由于要求輸出的電壓為正負(fù)兩組，所以設(shè)計(jì)中選取 220V轉(zhuǎn)土 15V交流變壓器。整流二極管的選取：選取整流二極管時(shí)，主要考慮其反向耐壓值，在整流電路 中，最大電壓不超過1.1 2U223V，整流二極管耐壓值大于其即可，設(shè)計(jì)中選取1N4007，其反向耐壓值為1000V,滿足設(shè)計(jì)要求。濾波電容的選?。哼x取濾波電容是主要考慮其耐壓值

9、及其容值， 在濾波電路中， 同整流電路，最大電壓不超過1.1. 2U2 : 23V，根據(jù)公式RLC =(35)T/2，可以算 出C。設(shè)計(jì)中選取容值2200uF，耐壓值50V的電容。三端穩(wěn)壓芯片的選?。河捎谠O(shè)計(jì)要求輸出+/-5V兩組穩(wěn)定電壓，所以選取LM7805，LM7905兩組芯片，即可穩(wěn)定輸出兩組電壓。3. 方案實(shí)施3.1 Multisim電路仿真對固定直流穩(wěn)壓電源仿真的電路如圖 3.1所示，仿真結(jié)果如圖3.2所示，正向 輸出壓為+5.003V，反向輸出電壓為-5.675V,考慮到由于Multisim內(nèi)部器件參數(shù)的 影響，使仿真產(chǎn)生較大誤差，總體滿足設(shè)計(jì)要求。XSC1VI220 Vrms50

10、 Hi1N4001GPLISEU1 LM780&CTLM79O5CT1N4CTO1GP圖3.1電路仿真圖3.2仿真結(jié)果3. 2 Altium Designer設(shè)計(jì)原理圖及 PCB設(shè)計(jì)根據(jù)Multisim仿真的電路圖繪制原理圖（如圖 3.3所示），選取合適的封裝， 導(dǎo)入到PCB設(shè)計(jì)界面中，對器件進(jìn)行整體布局，設(shè)置布線規(guī)則，對其進(jìn)行布線， 在繪制PCB過程中，應(yīng)注意焊盤不應(yīng)過小，導(dǎo)線不易過細(xì)且不交叉，繪制后的PCB 如圖3.4所示。圖3.3原理圖-6 -3.3 電路板的制作與調(diào)試將繪制好的 PCB 圖打印出來，通過熱轉(zhuǎn)印機(jī)將其轉(zhuǎn)印到覆銅板上， 放到腐蝕液 中進(jìn)行腐蝕，之后用鉆臺(tái)給板子鉆孔，

11、擦去油墨，焊接元器件。在焊接過程中，應(yīng) 注意電容和二極管的正負(fù)極。對焊接好的電路板進(jìn)行調(diào)試，檢查是否有虛焊以及短 路情況。檢查無誤后就可以上電檢測，并用萬用表測試其輸出電壓。4. 結(jié)果與結(jié)論由于采用的是由變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓的流程思路將 220V交流電壓變換成 5V的直流電源，而其中主要是以三端固定穩(wěn)壓器。LM7805 構(gòu)成的穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)作為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)核心內(nèi)容。三端固定穩(wěn)壓器LM7805的使用使系統(tǒng)具有功能強(qiáng)、性能可靠、成本低、方便易學(xué)等的特點(diǎn)。為滿足 設(shè)計(jì)需要，使用濾波電路的過濾， 輸出端產(chǎn)生了精度高、 穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。 在我們設(shè)計(jì)和調(diào)試的過程中，也發(fā)現(xiàn)一些問題，濾波電路濾除整流后

12、電壓中總是還 含有交流成分，使之不能成為平滑的直流電壓，從而為整個(gè)電路的下步步驟帶來了 較大的影響。另外，當(dāng)輸入交流電源電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，直接影響了輸 出直流電源穩(wěn)定。因此，如果設(shè)計(jì)能夠單一化，那么整個(gè)電路的誤差將會(huì)大大的減 小，為整個(gè)電路帶來更精確的結(jié)果，是調(diào)試現(xiàn)象更加顯著。5. 收獲與致謝通過本次設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了知識和技能。在本次的設(shè)計(jì)中，我選擇了直流穩(wěn)壓電 源為設(shè)計(jì)題目。這是一個(gè)主要以模電為核心的設(shè)計(jì)課題。通過這次設(shè)計(jì)強(qiáng)化了我在 大學(xué)期間所學(xué)的基礎(chǔ)課及專業(yè)課的認(rèn)識和理解，鞏固了我的整體知識體系結(jié)構(gòu)，并 且通過自行設(shè)計(jì)電路圖我熟悉了各種制圖的工具軟件，其實(shí)主要使用了AltiumDe

13、signer 這一工具軟件。另外，在設(shè)計(jì)過程中，熟悉掌握了電路元器件的選擇方法， 特別是集成三端固定穩(wěn)壓器的型號參數(shù)及應(yīng)用。最后，通過調(diào)試使我掌握了直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試與測試方法最后，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)還使我了解了科學(xué)論文的寫作規(guī)范，熟悉了 Office 辦 公軟件的使用。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)對我而言并不是簡單的完成一個(gè)課題，而是鞏固了 我的專業(yè)知識，練習(xí)了我的實(shí)踐操作能力和解決問題的能力。6. 參考文獻(xiàn)1 劉文洲，谷樹忠 . Altium Designer 教程 M . 北京：電子工業(yè)出版社， 2010.2 邱關(guān)源，羅先覺 . 電路（第五版） M . 北京：高等教育出版社， 2006.3 童詩白 . 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) M . 北京：高等教育出版社， 2005.4 臧春華 . 電子線路設(shè)計(jì)與應(yīng)用 M . 北京：高等教育出版社， 2005.7. 附件圖 7.1 與圖 7.2 為電路實(shí)物圖- 8 -表7.3為本次課程設(shè)計(jì)用到的元器件清單表。表7.3元器件清單排針21N400