直流集成穩(wěn)壓電源

1、摘 要 本文設(shè)計(jì)了一個(gè)集成直流穩(wěn)壓電源。設(shè)計(jì)采用變壓器變壓，橋式整流電路進(jìn)行整流，電容對(duì)脈動(dòng)電壓進(jìn)行濾波，最后用可調(diào)電阻和三端集成穩(wěn)壓器來實(shí)現(xiàn)直流電壓在正負(fù)1.25V到25V之間的連續(xù)可調(diào)的正負(fù)12V電壓和固定輸出正負(fù)5V電壓。該穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：變壓器、橋式整流、濾波、集成穩(wěn)壓器、穩(wěn)壓電源 ABSTRACTIn this paper, an integrated dc regulated power supply. Design USES transformer, bridge rectifier circuit rectifier, capacita

2、nce of a pulsating voltage for filtering, and finally with adjustable resistance and three end integrated regulator to realize dc voltage in positive and negative 1.25 V to 25 V continuous adjustable between positive and negative 12 V voltage and fixed output positive and negative 5 V voltage. The r

3、egulated power supply has stable performance, simple structure, convenient adjustment etc. Keywords : Transformer, bridge rectifier, filter, integrated voltage stabilizer, Power supply目錄1、簡(jiǎn)介與設(shè)計(jì)思路.31.1簡(jiǎn)介.31.2Multisi m仿真軟件介紹及其特點(diǎn).31.3PROTEL99SE軟件介紹及特點(diǎn).51.4PROTEL99SE系統(tǒng)構(gòu)成.61.5設(shè)計(jì)原理.61.6設(shè)計(jì)步及思路72、芯片介紹.72.1三

4、端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器.7 LM317.7 LM337.92.2三端固定式集成穩(wěn)壓器.11 LM7805.11 2.2.2L7905CV.123、詳細(xì)設(shè)計(jì)與仿真.133.1電源變壓器13.3.2整流電路13.3.3濾波電路153.4穩(wěn)壓電路173.5直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo).20 3.6電路原理圖.22 3.7仿真分析.234、設(shè)計(jì)總結(jié).275、參考文獻(xiàn).28附件：PCB圖301、簡(jiǎn)介與設(shè)計(jì)思路1.1簡(jiǎn)介本次設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。設(shè)計(jì)要求是采用220V作為電源，輸入交流 ±18V，輸出±5V、±12V（可調(diào)）。本次設(shè)計(jì)的意義是通過本設(shè)計(jì)加深對(duì)電子技術(shù)課程

5、的理解，了解一般設(shè)計(jì)過程，掌握一種電子電路設(shè)計(jì)軟件的使用方法。本次設(shè)計(jì)應(yīng)解決的主要問題是：如何產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓，怎樣對(duì)輸出電壓進(jìn)行數(shù)碼顯示，基本掌握仿真軟件和PROTEL的使用方法。從七十年代開始,我國(guó)集成穩(wěn)壓器的研制和生產(chǎn)得到了飛速地發(fā)展,現(xiàn)已能生產(chǎn)上百個(gè)品種,初步形成了完整的系列產(chǎn)品集成穩(wěn)壓器在較短時(shí)期內(nèi)能夠獲得迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,乃是基本它的通用性強(qiáng)的特點(diǎn).因?yàn)椴还苁悄姆N電子設(shè)備,幾乎毫無例外地都需應(yīng)用直流穩(wěn)壓系統(tǒng).隨著電子設(shè)備功能日趨復(fù)雜和性能不斷提高,設(shè)備內(nèi)部所應(yīng)用的各種元器件和組件也日益復(fù)雜化和多樣化,而這些元器件和組件所要求的供電電壓并不完全相同.這樣,在電子設(shè)備中必須引入多種穩(wěn)壓

6、電源系統(tǒng)才能滿足需要.如果仍沿用過去由分離元器件組成的穩(wěn)壓電源系統(tǒng).必將大大的增加電子設(shè)備的體積、重量和成本.當(dāng)采用集成穩(wěn)壓電源后,整個(gè)復(fù)雜設(shè)備只要求提供一個(gè)經(jīng)過簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單整流的電源系統(tǒng),然后針對(duì)設(shè)備中不同部分所要求的供電電壓值,分別應(yīng)用一塊相應(yīng)的集成穩(wěn)壓器進(jìn)行穩(wěn)壓就可以了.這樣做的明顯好處是簡(jiǎn)化了設(shè)備中各個(gè)單元之間的去藕隔離問題.應(yīng)用分離元器件組裝的穩(wěn)壓系統(tǒng)要達(dá)到很高的穩(wěn)壓精度很不容易,只有利于集成工藝技術(shù)的穩(wěn)壓器,才能實(shí)現(xiàn)高精度、成本低的目標(biāo).這是現(xiàn)時(shí)集成穩(wěn)壓器獲得蓬勃發(fā)展的主要原因之一.1.2Multisim仿真軟件介紹及其特點(diǎn)Multisim是Interactive Image Tech

7、nologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。NI Multisim軟件是一個(gè)專門用于電子電路仿真與設(shè)計(jì)的EDA工具軟件。Multisim軟件有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1、直觀的圖形界面：整個(gè)操作界面就像一個(gè)電子實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測(cè)試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點(diǎn)鼠標(biāo)可用導(dǎo)線將它們連接起來，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實(shí)物相似，測(cè)量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實(shí)儀器上看到的。2、豐富的元器件：提

8、供了世界主流元件提供商的超過17000多種元件，同時(shí)能方便的對(duì)元件各種參數(shù)進(jìn)行編輯修改，能利用模型生成器以及代碼模式創(chuàng)建模型等功能，創(chuàng)建自己的元器件。3、強(qiáng)大的仿真能力：以SPICE3F5和Xspice的內(nèi)核作為仿真的引擎，通過Electronic workbench 帶有的增強(qiáng)設(shè)計(jì)功能將數(shù)字和混合模式的仿真性能進(jìn)行優(yōu)化。包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、電路向?qū)У裙δ堋?、豐富的測(cè)試儀器：提供了22種虛擬儀器進(jìn)行電路動(dòng)作的測(cè)量，這些儀器的設(shè)置和使用與真實(shí)的一樣，動(dòng)態(tài)互交顯示。除了Multisim提供的默認(rèn)的儀器外，還可以創(chuàng)建LabVIEW的自定義儀器，使得圖形環(huán)境中可以

9、靈活地可升級(jí)地測(cè)試、測(cè)量及控制應(yīng)用程序的儀器。5、完備的分析手段：Multisimt提供了許多分析功能，集成LabVIEW和Signalexpress快速進(jìn)行原型開發(fā)和測(cè)試設(shè)計(jì)，具有符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的交互式測(cè)量和分析功能。6、獨(dú)特的射頻(RF)模塊：提供基本射頻電路的設(shè)計(jì)、分析和仿真。射頻模塊由RF-specific（射頻特殊元件，包括自定義的RF SPICE模型）、用于創(chuàng)建用戶自定義的RF模型的模型生成器、兩個(gè)RF-specific儀器（Spectrum Analyzer頻譜分析儀和Network Analyzer網(wǎng)絡(luò)分析儀）、一些RF-specific分析（電路特性、匹配網(wǎng)絡(luò)單元、噪聲系數(shù)）等

10、組成。 7、強(qiáng)大的MCU模塊：支持4種類型的單片機(jī)芯片,支持對(duì)外部RAM、外部ROM、鍵盤和LCD等外圍設(shè)備的仿真，分別對(duì)4 種類型芯片提供匯編和編譯支持；所建項(xiàng)目支持C代碼、匯編代碼以及16進(jìn)制代碼,并兼容第三方工具源代碼； 包含設(shè)置斷點(diǎn)、單步運(yùn)行、查看和編輯內(nèi)部RAM、特殊功能寄存器等高級(jí)調(diào)試功能。 8、完善的后處理：對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行的數(shù)學(xué)運(yùn)算操作類型包括算術(shù)運(yùn)算、三角運(yùn)算、指數(shù)運(yùn)行、對(duì)數(shù)運(yùn)算、復(fù)合運(yùn)算、向量運(yùn)算和邏輯運(yùn)算等。9、詳細(xì)的報(bào)告：能夠呈現(xiàn)材料清單、元件詳細(xì)報(bào)告、網(wǎng)絡(luò)報(bào)表、原理圖統(tǒng)計(jì)報(bào)告、多余門電路報(bào)告、模型數(shù)據(jù)報(bào)告、交叉報(bào)表7種報(bào)告。10、兼容性好的信息轉(zhuǎn)換：提供了轉(zhuǎn)換原理圖和仿

11、真數(shù)據(jù)到其他程序的方法，可以輸出原理圖到PCB布線；輸出仿真結(jié)果到MathCAD、Excel或LabVIEW；輸出網(wǎng)絡(luò)表文件；向前和返回注；提供Internet Design Sharing（互聯(lián)網(wǎng)共享文件）。 1.3PROTEL99SE軟件介紹及特點(diǎn)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，集成電路被廣泛應(yīng)用，電路越來越復(fù)雜，集成度越來越高，加之新型元件層出不窮，使得越來越多的工作已經(jīng)無法用手工來完成，因此計(jì)算機(jī)輔助電路板設(shè)計(jì)已經(jīng)成為電路板設(shè)計(jì)制作的必然趨勢(shì)。Protel 99SE具有豐富的設(shè)計(jì)功能，能進(jìn)行原理圖的設(shè)計(jì)、印制電路板的設(shè)計(jì)、PCB板的設(shè)計(jì)等功能，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行介紹：Protel 99SE采用數(shù)據(jù)庫(kù)

12、的管理方式。Protel 99SE軟件沿襲了Protel以前版本方便易學(xué)的特點(diǎn)，內(nèi)部界面與Protel 99大體相同，新增加了一些功能模塊，功能更加強(qiáng)大。新增的層堆棧管理功能，可以設(shè)計(jì)32個(gè)信號(hào)層，16個(gè)地電層，16個(gè)機(jī)械層。新增的3D功能讓您在加工印制版之前可以看到板的三維效果。增強(qiáng)的打印功能，使您可以輕松修改打印設(shè)置控制打印結(jié)果。Protel 99SE容易使用的特性還體現(xiàn)在“這是什么”幫助，按下右上角的小問號(hào)，然后輸入你所要的信息，可以很快地看到特性的功能，然后用到設(shè)計(jì)中，按下狀態(tài)欄末端的按鈕，使用自然語(yǔ)言幫助顧問。 protel 99se是現(xiàn)今應(yīng)用較廣泛，功能較齊全的版本，它基本滿足了工

13、業(yè)生產(chǎn)與電子設(shè)計(jì)上的要求。 所有Protel 99SE設(shè)計(jì)文件都被儲(chǔ)存在唯一的綜合設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并顯示在唯一的綜合設(shè)計(jì)編輯窗口。在Protel 99SE中與設(shè)計(jì)的接口叫設(shè)計(jì)管理器。使用設(shè)計(jì)管理器，可以進(jìn)行對(duì)設(shè)計(jì)文件的管理編輯、設(shè)置設(shè)計(jì)組的訪問權(quán)限和監(jiān)視對(duì)設(shè)計(jì)文件的訪問。 1）管理方式 protel 99se采用全新的管理方式，即數(shù)據(jù)庫(kù)的管理方式。Protel 99 是在桌面環(huán)境下第一個(gè)以獨(dú)特的設(shè)計(jì)管理和團(tuán)隊(duì)合作技術(shù)為核心的全方位的印制板設(shè)計(jì)系統(tǒng)。所有Protel99設(shè)計(jì)文件都被存儲(chǔ)在唯一的綜合設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并顯示在唯一的綜合設(shè)計(jì)編輯窗口。 2）特點(diǎn) protel 99se軟件沿襲了Protel

14、以前版本方便易學(xué)的特點(diǎn)，內(nèi)部界面與前作大體相同，新增加了一些功能模塊。在protel 99se中集成了信號(hào)完整性工具，精確的模型和板分析，幫助在設(shè)計(jì)周期里利用信號(hào)完整性分析可獲得一次性成功和消除盲目性。 1.4PROTEL99se系統(tǒng)構(gòu)成 protel 99se主要由原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)、印制電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)兩大部分組成。 1）原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng) 這是一個(gè)具有大量元件庫(kù)的原理圖編輯器，主要用于原理圖的設(shè)計(jì)。它可以為印制電路板設(shè)計(jì)提供網(wǎng)絡(luò)表。該編輯器除了具有原理圖編輯功能以外，其分層組織設(shè)計(jì)功能、設(shè)計(jì)同步器、電氣設(shè)計(jì)檢驗(yàn)功能及打印輸出功能，使用戶可以輕松完成所需的設(shè)計(jì)任務(wù)。 2）印制電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)它是一個(gè)印

15、制電路板設(shè)計(jì)編輯器，具有非常專業(yè)的交互式布線及元件布局的特點(diǎn)，用于印制電路板（PCB）的設(shè)計(jì)并最終產(chǎn)生PCB文件。 同時(shí)它還包含一個(gè)PCB信號(hào)完整性分析工具、打印管理系統(tǒng)、一個(gè)PCB三維視圖預(yù)覽工具1.5設(shè)計(jì)原理直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)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(gè)環(huán)節(jié)才能完成，見圖:T 工頻交流脈動(dòng)直流 直流整流濾波穩(wěn)壓負(fù)載 直流穩(wěn)壓電源方框圖欲設(shè)計(jì)一可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。該電源的技術(shù)參數(shù)：直流穩(wěn)壓輸出范圍 DC 012V。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

16、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(dòng)大）。由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，脈動(dòng)大的直流電壓須經(jīng)過濾波從而得到平滑的支流電壓。脈動(dòng)小的直流電，即將交流成分濾掉，保留其直流成分。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)（一般有正負(fù)10%左右的波動(dòng)），負(fù)載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。當(dāng)負(fù)載要求功率較大，效率較高時(shí)，常采用開關(guān)穩(wěn)壓電源。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(fù)載RL。1.5設(shè)計(jì)步驟及思路綜合考慮設(shè)計(jì)為如下圖的集成

17、穩(wěn)壓直流電源設(shè)計(jì)原理框架圖： 集成穩(wěn)壓直流電源設(shè)計(jì)原理框架圖 2、芯片介紹2.1三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器是指輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓器，它與三端固定式穩(wěn)壓器的外形和管腳的編號(hào)相同，但管腳功能有區(qū)別，是在三端固定式穩(wěn)壓器的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，只需少量的外圍元件就可以組成精密可調(diào)的穩(wěn)壓電路。在要求穩(wěn)壓精度較高，且輸出電壓須在一定范圍內(nèi)做任意調(diào)節(jié)的場(chǎng)合，可選用這種集成穩(wěn)壓器。例如：輸出正電壓的CW117/CW217/CW317系列和輸出負(fù)電壓的CW137/CW237/ CW337系列。各系列的內(nèi)部電路和工作原理基本相同，但工作溫度不同，分別為（-55150）、（-25150）和（0125）。

18、根據(jù)輸出電流的大小，每個(gè)系列又分為L(zhǎng)型（0.1A）、M型（0.5A），如果不標(biāo)M或L，輸出電流最大為1.5A。三個(gè)管腳分別為輸入端Ui、電壓調(diào)整端ADJ和輸出端Uo，沒有地端。當(dāng)輸入電壓在340V范圍內(nèi)變化時(shí)，電路均能正常工作，此時(shí)輸出端與調(diào)整端的電位差為1.25V，如果把調(diào)整端接地，它就成為輸出為1.25V的固定輸出三端穩(wěn)壓器。 LM317 LM317是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路，其輸出范圍是1.25V到37V，負(fù)載電流最大為1.5安。他的使用非常簡(jiǎn)單，外接兩個(gè)電阻就可以設(shè)置輸出電壓，此外他的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好，LM317內(nèi)置有過流保護(hù)和安全區(qū)保護(hù)

19、等多種電路，通常也不需要外接電容。特性簡(jiǎn)介：可調(diào)整輸出電壓到1.25V。 保證1.5安輸出電流。 典型線性調(diào)整率0.01%. 典型負(fù)載調(diào)整率0.1%。 80dB 紋波抑制比。 輸出短路保護(hù)、過熱過流保護(hù)、調(diào)整管的安全工作區(qū)保護(hù)輸入與輸出工作壓差：340V電壓范圍：輸入輸出最下壓降為1.25VLM317/LM337 1.25V至37V可調(diào)。LM317與LM337集成穩(wěn)壓器的特性滿足設(shè)計(jì)要求的輸出電壓Vo: ±1.25 - ±12V連續(xù)可調(diào)封裝形式TO-220 塑料封裝，T0-3鋁殼封裝，TO-202 塑料封裝，TO-39 金屬封裝    LM31

20、7外形及典型電路工作原理：輸出電壓，所以輸出電壓取決于外接電阻R1、可調(diào)電阻R2的分壓比。選取合適發(fā)的兩個(gè)電阻的阻值變可以得到理想的輸出電壓，LM317輸出端與調(diào)整端之間的電位差恒等于1.25V，調(diào)整端1的電流極小，所以流過R1、R2的電流幾乎相等（約幾毫安電流），通過改變電位器的阻值就能改變輸出電壓。LM317穩(wěn)壓器為了保持輸出電壓的穩(wěn)定性，要求流經(jīng)R1的電流要小于5mA，所以R2/R1的比值范圍只能是0-28.6，經(jīng)計(jì)算可知R1的最大取值為R10.83K，R2的最大取值為R223.74K，必須保證R10.83K，R223.74K兩個(gè)不等式同時(shí)成立，才能保證317穩(wěn)壓塊在空載時(shí)能夠穩(wěn)定地工作

21、。 LM337LM337是比較常見的降壓型線性穩(wěn)壓器，LM337 的輸出電壓范圍是 -1.2V 至 -37V，負(fù)載電流最大為 0.42.2A。它的使用非常簡(jiǎn)單，僅需兩個(gè)外接電阻來設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。LM337 內(nèi)置有過載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。通常 LM337 不需要外接電容。特性簡(jiǎn)介：可調(diào)整輸出電壓到負(fù)1.25V。典型線性調(diào)整率 0.01%。 典型負(fù)載調(diào)整率 0.1%。 80dB 紋波抑制比。 輸出短路保護(hù)。 過流、過熱保護(hù)。 調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)。 輸入輸出最小壓差降為0.2V電壓范圍：輸入輸出最下壓降為負(fù)1.25VLM317/LM3

22、37 1.25V至37V可調(diào)。LM317與LM337集成穩(wěn)壓器的特性滿足設(shè)計(jì)要求的輸出電壓Vo: ±1.25 - ±12V連續(xù)可調(diào)封裝形式TO-220 塑料封裝，T0-3鋁殼封裝，TO-202 塑料封裝，TO-39 金屬封裝LM337外形及典型電路工作原理：輸出電壓，所以輸出電壓取決于外接電阻R1、可調(diào)電阻R2的分壓比。選取合適發(fā)的兩個(gè)電阻的阻值變可以得到理想的輸出電壓，LM317輸出端與調(diào)整端之間的電位差恒等于1.25V，調(diào)整端1的電流極小，所以流過R1、R2的電流幾乎相等（約幾毫安電流），通過改變電位器的阻值就能改變輸出電壓。LM317穩(wěn)壓器為了保持輸出電壓的穩(wěn)定性，要

23、求流經(jīng)R1的電流要小于5mA，所以R2/R1的比值范圍只能是0-28.6，經(jīng)計(jì)算可知R1的最大取值為R10.83K，R2的最大取值為R223.74K，必須保證R10.83K，R223.74K兩個(gè)不等式同時(shí)成立，才能保證337穩(wěn)壓塊在空載時(shí)能夠穩(wěn)定地工作。2.2 三端固定式集成穩(wěn)壓器這類固定輸出的通用型線性穩(wěn)壓器，有輸入、輸出和公共端3個(gè)端子，一般來說正電壓輸出的用四位數(shù)字78XX（或中間加一位字母）表示基本型號(hào)。舉例來說，7805表示正5V輸出的線性穩(wěn)壓器額定電流是1000mA。7800系列的輸出電壓為5，6，9，12，15，18，24V共7個(gè)檔次，7806、7808、7809、7812、78

24、15、7818、7824分別表示6V、8V、9V、12V、15V、18V、24V電壓輸出、額定電流1000mA的線性穩(wěn)壓器，如果在中間加一個(gè)字母L（例如78L05）表示額定電流為100mA，如果加字母M表示額定電流為500mA，如果加字母H表示額定電流為5000mA，如果加字母P表示額定電流為10000mA；負(fù)電壓輸出的用四位數(shù)字79XX（或中間加一位字母）表示基本型號(hào)。舉例來說，7905表示負(fù)5V輸出的線性穩(wěn)壓器額定電流為1000mA，其他和78XX系列相同。但是各廠家的型號(hào)前綴和后綴各不相同，比如同為7805，ON的產(chǎn)品前綴是MC，型號(hào)是MC7805，松下的產(chǎn)品前綴是AN，ST的產(chǎn)品前綴是

25、L，NS的產(chǎn)品前綴是LM等等，這類產(chǎn)品具有使用方便、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。 LM7805LM7805輸出為+5V，輸入端接電容Ci可以進(jìn)一步濾除紋波，輸出端接電容Co能改善負(fù)載的瞬態(tài)影響，使電路穩(wěn)定工作。Ci，Co最好采用漏電流小的鉭電容，如果采用電解電容，則電容量要比圖中數(shù)值增加10倍。特性簡(jiǎn)介：輸出電流可達(dá) 1A 輸出電壓有：5V 過熱保護(hù) 短路保護(hù) 輸出晶體管 SOA 保護(hù) 三端固定正穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖： LM7805外形和典型電路 L7905CV輸出為-5V，輸入端接電容Ci可以進(jìn)一步濾除紋波，輸出端接電容Co能改善負(fù)載的瞬態(tài)影響，使電路穩(wěn)定工作。特性簡(jiǎn)介：

26、 輸出電壓- 5 V輸出電流0.5 A線路調(diào)整率100 mV負(fù)載調(diào)節(jié)100 mV回動(dòng)電壓（最大值）1.4 V最大輸入電壓- 35 V三端固定正穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖： L7905CV外形及典型電路3、詳細(xì)設(shè)計(jì)與仿真3.1電源變壓器電源變壓器：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。因?yàn)樽儔浩饔摄~線繞成，所以會(huì)有一定的內(nèi)阻R，致使電流流過變壓器時(shí)，就會(huì)造成一定的損耗。設(shè)整流濾波電路的輸出電流為，輸出電壓為,流過變壓器的工作電流為，則為輸出電壓降的比率，為輸出電壓的比率，為變壓器的工作電流與輸出電流的比率。由于，,，則，

27、所以，其中，約0.1V的偏差為變壓器上的損耗。又因?yàn)檎驅(qū)ǖ拿總€(gè)二極管上大約有1V的損耗，所以事實(shí)上輸出電壓約為14V。對(duì)于中心抽頭式全波整流電路，由于每次只有一個(gè)二極管正向?qū)?，所以輸出電壓值稍大些。所以?yīng)選擇額定電流大于0.64V的變壓器。實(shí)際的變壓器中當(dāng)變壓器輸出電流小于額定電流時(shí)，變壓器輸出電壓的峰值將大于15V，也可以得到整流電路的輸出電壓可能大于14V。若選擇中心抽頭式變壓器，在輸出電壓降比率相同的情況下，變壓器所需的額定電流要小一些。3.2整流電路整流電路：是利用整流二極管的導(dǎo)通特性將交流電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的半波電壓。根據(jù)整流二極管連接形式的不同，又可半波整流電路和橋式整流電路

28、。（1）半波整流就是利用二極管的單向?qū)щ娦阅?，使?jīng)變壓器出來的電壓V只有半個(gè)周期可以到達(dá)負(fù)載，造成負(fù)載電壓V是單方向的脈動(dòng)直流電壓，見圖半波整流電路（2）全波整流電路是利用副邊有中心抽頭的變壓器和兩個(gè)二極管構(gòu)成如下圖所示的全波整流電路。從圖中可見，正負(fù)半周都有電流流過負(fù)載，提高了整流效率。其特點(diǎn)為輸出電壓V高；脈動(dòng)?。徽?fù)半周都有電流供給負(fù)載，因而變壓器得到充分利用，效率較高。全波整流電路（3）橋式整流濾波電路，見下圖。與半波整流電路相比，在V2，RL相同的條件下，輸出的直流電壓提高了一倍；電流脈動(dòng)程度減?。蛔儔浩髡?fù)半周都有對(duì)稱電流流過，既得到充分利用，又不存在單向磁化的問題。所以他的應(yīng)用較

29、為廣泛。但需要4個(gè)整流二極管，線路稍復(fù)雜。橋式整流電路以上舉例均以單相電路為例，這樣能更好的說明其原理和區(qū)別。設(shè)計(jì)采用的則為三相電路。三相半波整流電路由于整流元件的單向?qū)щ娦?，只允許每相一個(gè)周期的正半周（或者負(fù)半周）經(jīng)過整流元件，形成單向的脈動(dòng)電流；三相全波：每相的正半周和負(fù)半周分別經(jīng)兩組整流元件輸出，再同極性疊加，形成單向電流提供給負(fù)載。半波整流用元件少、電路簡(jiǎn)單，效率較低，輸出的平均電壓較低；全波整流電路較復(fù)雜、用整流元件較多，對(duì)整流元件耐壓要求較高，但效率高，電源利用率高，輸出電流脈動(dòng)較小、直流品質(zhì)較好，與半波相比能提供給負(fù)載較大更穩(wěn)定的電流。橋式整流是因?yàn)槠潆娐愤B接為電橋的形式。綜合各

30、電路優(yōu)缺點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)將使用三相橋式整流電路。整流電路中的二極管的選擇。因?yàn)樽儔浩鞯母边呺妷簽?8V，所以橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓18V，橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流0.3A。查手冊(cè)選整流二極管IN4007，其參數(shù)為：反向擊穿電壓,最大整流電流。3.3濾波電路濾波電路：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。交流電經(jīng)整流電路后可變?yōu)槊}動(dòng)直流電流，其中含有較大的交流分量，為了使設(shè)備能用上純凈的直流電，還必須用濾波電路濾除脈動(dòng)電壓中的交流成分。濾波電路一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻的兩端并聯(lián)上電容器C，或在負(fù)載中串聯(lián)上電感器L，或由電

31、容，電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。（1）電容濾波就是在整流電路后面，用大量的電解電容與負(fù)載并聯(lián)。電容濾波電路簡(jiǎn)單，制作方便。但是它的輸出電流不宜太大，而且要求輸出電壓的脈動(dòng)成分較小時(shí)，必須增加電容器的容量，因此電路的體積大也不經(jīng)濟(jì)。為此，RC-型濾波電路在實(shí)際電路中也經(jīng)常使用。電容濾波電路RC-型濾波電路（2）電感濾波是利用電感具有阻止電流變化的特點(diǎn)，在整流電路的負(fù)載回路中串聯(lián)電感L，如下圖所示。電感濾波電路 當(dāng)整流后的脈動(dòng)電流增大時(shí)，電感L將產(chǎn)生反電勢(shì)，阻止電流增大；相反，當(dāng)電流減小是，電感L將阻止電流減小，從而使負(fù)載電流脈動(dòng)成分大大降低，達(dá)到濾波的目的。由于電感交流電阻很大，而直流電阻很

32、小，輸出直流分量在電感上損失很小，所以它適用于負(fù)載電流比較大的場(chǎng)合，而且外特性較好，即負(fù)載電流變化時(shí)，輸出直流電壓變化較小，另外，電感濾波的二極管導(dǎo)通角不會(huì)減小，避免了浪涌電流的產(chǎn)生。為了進(jìn)一步改善濾波效果，可以采用LC濾波電路，它是在電感濾波電路的基礎(chǔ)上，再在負(fù)載電阻RL上并聯(lián)電容器C，如下圖：LC型濾波電路 在大功率輸出的電源穩(wěn)壓電路中，由于輸出電流較大，為了減少功率損耗，一般不用電阻做濾波器件，經(jīng)常使用的是LC元件構(gòu)成的型濾波電路。為了增大電感量，一般來說，L選鐵芯電感，C選用電解電容如下圖所示： 型LC濾波電路本設(shè)計(jì)選用一個(gè)2200F的大容量電解電容C1和一個(gè)0.1F的小電容量滌綸CL

33、11型電容C2并聯(lián)濾波。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(gè)電容與一個(gè)電感串聯(lián)。在高頻情況下的阻抗反而大于低頻時(shí)的阻抗，小電容的容量小，在制造時(shí)可以克服電感性，幾乎不存在電感。在大電容C1上并聯(lián)一個(gè)小電容C2可以補(bǔ)償其在高頻下的不足。當(dāng)電路的工作頻率比較低時(shí)，小電容不工作（容抗大相當(dāng)于開路）。大電容的容量越大濾波效果越好。當(dāng)電路的工作頻率比較高時(shí)（輸入信號(hào)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(shí)高頻干擾成分通過小電容流到底線，濾除各種高頻干擾成分。3.4穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓

34、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(fù)載的變化而變化。經(jīng)過整流和濾波后的直流電壓，會(huì)由于交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)以及負(fù)載電阻的變動(dòng)而發(fā)生變化。在絕大多數(shù)情況下，這種輸出電壓的變化波動(dòng)顯得太大，仍需要進(jìn)一步對(duì)其穩(wěn)定，這就需要采用穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓管基本應(yīng)用電路（1）硅穩(wěn)壓管也稱為齊納二極管，其伏安特性如圖所示。從伏安特性可以看到，當(dāng)流過穩(wěn)壓管的電流在一個(gè)較大范文內(nèi)變化時(shí)，穩(wěn)壓管兩端的電壓幾乎不變。穩(wěn)壓管的這一特性將穩(wěn)壓管和負(fù)載并聯(lián)，若能保證穩(wěn)壓管中的電流在一定范圍內(nèi)，則負(fù)載電壓就能再一定程度上得到穩(wěn)定，因此，穩(wěn)壓電路的關(guān)鍵就是限定穩(wěn)壓管中的電流。因?yàn)槿绻ぷ麟娏魈?，則電壓隨電流的變化很大

35、，達(dá)不到穩(wěn)壓的目的;但工作電流也不能太大，以免超過管子的額定功率，造成損壞。小功率穩(wěn)壓管的工作電流大致幾毫安至幾十毫安，大功率的穩(wěn)壓管可達(dá)到幾安培到十幾安培。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路具有線路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便等有優(yōu)點(diǎn)，但輸出電流受穩(wěn)壓管穩(wěn)定電流的限制，而且輸出電壓又不能任意調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓性能不高，只適用于輸出電流小，負(fù)載變動(dòng)不大和穩(wěn)定性能要求不高的場(chǎng)合，或作為輔助穩(wěn)壓源。若負(fù)載經(jīng)常變動(dòng)，要求輸出電壓連續(xù)可調(diào)，穩(wěn)定性能好，就要采用晶體管穩(wěn)壓源。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路（2）串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路比穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路要復(fù)雜的多，它是一個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)。所以必須具有執(zhí)行元件和反饋支路。一般情況下，它包括調(diào)整管、取樣電路、基準(zhǔn)電壓源及誤差

36、比較放大器等主要部分。調(diào)整管是閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其余部分都是反饋控制支路所必需的，原理框圖如圖所示。從框圖上可以看出輸入電壓經(jīng)過調(diào)整元件調(diào)節(jié)之后，變成穩(wěn)定的輸出電壓。串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路原理框圖（3）簡(jiǎn)單的串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路，圖2-13是一個(gè)最簡(jiǎn)單的串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路。晶體管VT做調(diào)整元件，VD做基準(zhǔn)電壓源，它給晶體管發(fā)射結(jié)提供一個(gè)固定的偏壓使其能正常工作。當(dāng)負(fù)載變小或輸入電壓變大，使得負(fù)載兩端的輸出電壓增大時(shí)，由于基準(zhǔn)電壓不變，所以晶體管的基極電位也不變，那么集-射極電壓將減小，從而減小，管壓降增大，使輸出電壓減小，抵消了由于電網(wǎng)電壓增加或負(fù)載減小引起的的增加，使輸出電壓保持

37、不變。如果當(dāng)輸入電壓減小或負(fù)載增大，使得輸出電壓下降時(shí)，調(diào)節(jié)過程與上述正好相反。串聯(lián)反饋型晶體管電路圖從上邊的穩(wěn)壓過程可以看出，當(dāng)輸入電壓增大或負(fù)載變小時(shí)，這種穩(wěn)壓電路是通過輸出電壓的變化反過來控制調(diào)整管VT的管壓降，從而使輸出電壓保持不變，以達(dá)到自動(dòng)穩(wěn)壓的作用，這實(shí)際是一種負(fù)反饋，所以這種電路叫做串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路。該電路存在兩個(gè)問題：其一，該電路是用輸出電壓的變化部分直接去控制調(diào)整管的基極，故控制作用小，穩(wěn)壓性能較差；其二，輸出電壓固定不可調(diào)。（4）帶有放大器的串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路。簡(jiǎn)單的反饋型晶體管穩(wěn)壓電路，是直接利用輸出電壓得變化量來控制調(diào)整管電壓變化的，所以其靈敏度和電壓穩(wěn)定性都

38、不夠理想。采用帶放大器的穩(wěn)壓電路，可以彌補(bǔ)這些不足。一個(gè)帶有放大器的典型電路，VT1是調(diào)整管，接成射極輸出器的形式，負(fù)載電阻RL是它的射極電阻。R1、R2與RL并聯(lián)組成分壓器，起到取出輸出電壓的作用，叫做取樣電路。VD是硅穩(wěn)壓二極管，它與限流電阻R3一起組成基準(zhǔn)電壓源。VT2是比較放大器，R4是它的集電極電阻，同時(shí)也是VT1管的偏流電阻。晶體管VT2把從取樣電路送來的輸出電壓上升或下降的變化信號(hào)與基準(zhǔn)電壓相比較，并把比較結(jié)果產(chǎn)生的差值電壓（或者叫做誤差電壓）加以放大，以此來控制調(diào)整管VT1的管壓降，從而使輸出電壓基本保持穩(wěn)定。因?yàn)榉糯笃鞯淖饔茫苄〉妮敵鲭妷鹤兓?，反?yīng)到調(diào)整管上就有比較大的變化

39、，大大提高了調(diào)整管的靈敏度，提高的輸出電壓的穩(wěn)定性。因?yàn)橐筝敵鲭妷嚎烧{(diào)，所以選擇三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器?？烧{(diào)式集成穩(wěn)壓器，常見主要有CW317、CW337、LM317、LM337。317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，337系列穩(wěn)壓器輸出連可調(diào)的負(fù)電壓，可調(diào)范圍為1.2V37V， 最大輸出電流為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)。輸出電壓表達(dá)式為: (1)式中，1.25是集成穩(wěn)壓塊輸出端與調(diào)整端之間的固有參考電壓，此電壓加于給定電阻R1兩端，將產(chǎn)生一個(gè)恒定電流通過輸出電壓調(diào)節(jié)電位器RP1，電阻R1常取值120140，在這里，用到10K的電

40、位器。我們RP1一般使用精密電位器，與其并聯(lián)的電容器C可進(jìn)一步減小輸出電壓的紋波。圖中加入了二極管D，用于防止輸出端短路時(shí)10µF大電容放電倒灌入三端穩(wěn)壓器而被損壞。（5）軟啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)軟啟動(dòng)電路由晶體管T、電阻R和電容器C組成。其作用是使電路輸出電壓有一個(gè)緩慢的上升過程，以適應(yīng)感性負(fù)載(如直流電機(jī))的啟動(dòng)特性。當(dāng)輸入電壓時(shí)，因C上的電壓不能突變，故T因基極電位較高而飽和導(dǎo)通，故U0很小，隨著C的充電，T的基極電位下降，其集電極電位升高，U0也升高。當(dāng)C充滿電時(shí)，T被截止，啟動(dòng)電路失去作用，U0也達(dá)到設(shè)定值。啟動(dòng)的時(shí)間可以通過改變C和R的值來進(jìn)行調(diào)整。3.5 直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)衡

41、量一臺(tái)穩(wěn)壓電源的好壞，一方面要從功能角度來看，即容量大小(輸出電壓和輸出電流)、調(diào)節(jié)范圍大小、效率高低等，人們稱其為使用指標(biāo)或性能指標(biāo)：另一方面要從外觀、形狀、體積、重量等直觀形象來看，這些稱為電氣指標(biāo)；更重要的是要看它的質(zhì)量高低，即輸出電壓的穩(wěn)定度等，一般稱為質(zhì)量指標(biāo)。下面重點(diǎn)介紹質(zhì)量指標(biāo)。1、描述輸入交流電壓變化對(duì)輸出電壓影響的技術(shù)指標(biāo)(l)穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)有絕對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)和相對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)兩種。絕對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)表示負(fù)載不變而輸入交流電壓變化時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出直流電壓變化量與輸入交流電壓變化量之比，即 （2）它表示輸入交流電壓變化。引起輸出電壓變化越小輸出電壓就越穩(wěn)定。相對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)表示負(fù)載不變時(shí)，穩(wěn)壓

42、電源輸出直流電壓Uo的相對(duì)變化量與輸入交流電壓的相對(duì)變化量之比，即 （3）(2)電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率表示負(fù)載電流為額定值時(shí)輸入交流電壓在額定值上下變化±10時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出電壓的相對(duì)變化量(百分?jǐn)?shù))，即 （4）一般直流穩(wěn)壓電源的電壓調(diào)整率為1%，0.1%，0.01%等。有的也可以用絕對(duì)值表示。2、描述負(fù)載變化對(duì)輸出電壓影響的技術(shù)指標(biāo)(1)負(fù)載調(diào)整率（也稱電流調(diào)整率）在交流電源額定電壓的條件下，負(fù)載電流從零變化到最大時(shí)，輸出電壓的最大相對(duì)變化量，用百分?jǐn)?shù)表示 （5）(2)輸出電阻（也稱內(nèi)阻）在額定輸出電壓的條件下，負(fù)載電流變化引起輸出電壓變化，則輸出電阻為 （6）3、紋波電壓（現(xiàn)稱周期

43、和隨機(jī)漂移，用PARD表示）(1)最大紋波電壓在額定輸出電壓和額定輸出電流條件下，輸出紋波（包括噪聲）電壓的絕對(duì)值大小，通常以峰值或有效值表示。(2)紋波系數(shù)在額定輸出電壓和額定電流條件下，輸出紋波電壓的有效值與輸出直流電壓之比，即 （7）4、溫度漂移和溫度系數(shù)環(huán)境溫度的變化會(huì)影響元器件參數(shù)的變化，從而引起穩(wěn)壓電源輸出電壓的變化，稱為溫度漂移。常用溫度系數(shù)表示溫度漂移的大小，溫度每變化l所引起輸出電壓值的變化稱為絕對(duì)溫度系數(shù)，單位是V/或mV/。溫度每變化1所引起的輸出電壓相對(duì)變化稱為相對(duì)溫度系數(shù)，單位是/5、漂移穩(wěn)壓電源在輸入電壓、負(fù)載電流和環(huán)境溫度保持一定的情況下，經(jīng)過一定的工作時(shí)間后元器件參數(shù)的不穩(wěn)定也會(huì)造成輸出電壓的變化，慢變化叫做漂移，快變化叫噪聲。在一般使用中只考慮漂移就可以了。表示漂移的方法有兩種，一種是用指定時(shí)間內(nèi)輸出電壓值的變化來表示：另種是用指定時(shí)間內(nèi)輸出電壓的相對(duì)變化，來表示。考察漂移時(shí)間可以定為1分鐘、10分鐘、l小時(shí)、8小時(shí)或更長(zhǎng)。3.6電路原理圖3.7仿真分析 仿真電路 仿真分析正負(fù)12V仿真直流正負(fù)12V真交流