直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計

1、 課程設(shè)計直流穩(wěn)壓電源 課程設(shè)計報告設(shè)計題目：直流穩(wěn)壓電源 學(xué) 院：理學(xué)院 專業(yè)班級：11級電子信息科學(xué)與技術(shù)（2）班 學(xué) 號：201031120201 201131120203 201131120226 姓 名：蔡楚集 陳俊杰 楊越 電子郵件：704315725 時 間：2013年3月 成 績： 指導(dǎo)教師：劉丹 華 南 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 理 學(xué) 院 應(yīng) 用 物 理 系課 程 設(shè) 計（報告）任 務(wù) 書一 、題目 集成直流穩(wěn)壓電源2、 任務(wù)與要求1、 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計組裝集成直流穩(wěn)壓電源電路2、 設(shè)計要求 1）輸出穩(wěn)定的+9v、-9v、+5v、-5v的電壓 2）畫出正確的電路圖，寫出完整的設(shè)計報告3

2、、 內(nèi)容摘要 集成直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路以及穩(wěn)壓電路組成。采用電源變壓器220v交流電壓變成所需要的低壓交流電，并通過由四個二極管組成的橋堆把交流電變成直流電，經(jīng)電容濾波后，采用三端穩(wěn)壓器把不穩(wěn)定的直流電壓變成穩(wěn)定的直流電壓輸出。本設(shè)計將介紹整流、濾波、穩(wěn)壓的詳細情況以及簡要介紹各種三端穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)原理和使用方法。關(guān)鍵詞：直流穩(wěn)壓電源、電源變壓器、穩(wěn)壓器Integrated DC power supply is generally composed by a power transformer, rectifier circuit, filter circuit, a

3、nd a voltage regulator circuit. Become the need of low-voltage AC power transformer 220v AC voltage through four diodes bridge heap alternating current into direct current, unstable DC voltage into a stable, three-terminal regulator after capacitor filter the DC voltage output. The design will be in

4、troduced to the rectifier, filter, regulator, and a brief introduction to the structure principle and the use of a variety of three-terminal regulatorKeywords: DC power supply, power transformers, voltage regulators.4、 引言 隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子設(shè)備與電氣設(shè)備被廣泛應(yīng)用于我們的日常生活、科學(xué)研究與學(xué)習(xí)等各個方面。因此，作為電子設(shè)備不可或缺的一部分，對于電源的需求與要求在日

5、益增加。在家庭用電中，我們使用的是220v、50Hz的交流電，這使得無法對一些電子設(shè)備以及電器直接供電，需要將220v的交流電轉(zhuǎn)換成需求的伏值的、穩(wěn)定的直流電源。本設(shè)計通過變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓等各個電路，主要應(yīng)用變壓器、二極管、各類型號的三端穩(wěn)壓器，并且通過調(diào)節(jié)電位器來調(diào)節(jié)所需的輸出電壓值。其設(shè)計清晰簡單、性能優(yōu)良、具有絕對的穩(wěn)定性，因此被廣泛應(yīng)用與電子設(shè)計領(lǐng)域。5、 設(shè)計原理1 總體設(shè)計流程 穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成，如圖1所示。 電 源 整 流 濾 波 穩(wěn) 壓 變壓器 電 路 電 路 電 路 圖1 集成直流穩(wěn)壓電源總體框圖 2 總電路圖 圖2 仿真

6、電路圖 3 整流電路常見的整流電路有半波整流與全波整流。本設(shè)計中整流電路采用橋式整流電路，電路如圖3所示。在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2的負半周內(nèi)，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2截止。正負半周內(nèi)部都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4所示、 圖3 單相橋式整流電路在橋式整流電路中，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 電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為 圖4 單相橋式整流電路輸出波形 4 濾波電路 常見的濾波電路有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波等。本設(shè)計中的濾波電路采用電容濾波電路。在上

7、述的整流電路的輸出端即負載電阻R兩端并聯(lián)一個電容值較大的電解電容C，即構(gòu)成了電容濾波電路。如圖5所示。該部分主要的作用是濾除整流電路輸出電壓中的交流成分，保留原有的直流成分，使電壓波形變得平滑。在濾波電容的電容值滿足RC（35)T/2時（T為電網(wǎng)交流電壓的周期），可以認(rèn)為輸出直流電壓近似為1.2 U2。 圖5 整流濾波電路5 穩(wěn)壓電路5.1 整流電路把交流電變換成單方向的脈動電壓，而濾波電路降低了輸出電壓中的脈動成分。但是，整流濾波的電路的輸出電壓與理想的直流電源還有相當(dāng)距離，主要存在兩方面的問題：首先，當(dāng)負載電流變化時，由于整流濾波電路存在內(nèi)阻，因此輸出直流電壓將隨之發(fā)生改變。其次，當(dāng)電網(wǎng)電

8、壓波動時，因整流電路的輸出電壓與變壓器二次電壓有關(guān)，故也要相應(yīng)地變化。為了得到更加穩(wěn)定的直流電源，需要在整流濾波電路后面加上穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路其工作原理是利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會引起其電流有較大變化這一特點，通過調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。穩(wěn)壓電路可選集成三端穩(wěn)壓器電路。三端集成穩(wěn)壓器有固定輸出和可調(diào)輸出兩種不同的類型。其中固定輸出集成穩(wěn)壓器又分為正輸出和負輸出兩大類。本設(shè)計要求輸出穩(wěn)定的+9v、-9v、+5v、-5v的電壓。根據(jù)要求可選擇三端集成穩(wěn)壓器LM7809、LM7909、LM317、LM337。其中LM7809、LM7909可以輸出固定的

9、直流電壓，而LM317、LM337可調(diào)式集成穩(wěn)壓器，可通過調(diào)節(jié)電路中的電位器來輸出要求的電壓。由于LM7809、LM7909同為固定式穩(wěn)壓器，LM317、LM337同為可調(diào)式穩(wěn)壓器。下面以LM7809、LM317為例，介紹其電路組成、主要參數(shù)等。 5.2 集成穩(wěn)壓器簡介5.21 LM7809簡介固定式三端穩(wěn)壓電源LM7809是由輸出腳Vo,輸入腳Vi和接地腳GND組成,它的穩(wěn)壓值為+9V，輸入端接電容可以進一步的濾波輸出端也要接電容可以改善負載的瞬間影響,此電路的穩(wěn)定性也比較好。穩(wěn)壓內(nèi)部含有過流、過熱保護電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點。LM7809三端集成穩(wěn)壓器的封裝形

10、式有兩種，一種是金屬菱形式，另一種是塑料直插式。本設(shè)計采用塑料直插式穩(wěn)壓器。如下圖6. 圖6 LM7809集成穩(wěn)壓器上圖中三端從左至右依次為輸入端、接地端、輸出端。 對于固定輸出-9v的LM7909集成穩(wěn)壓器，三端從左至右依次為接地端、輸入端、輸出端。（圖略）LM7809特性參數(shù) 最大輸出電流為1.5A 輸出電壓為9V 熱過載保護 短路保護 輸出晶體管安全工作區(qū)保護5.22 LM317簡介LM317作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊，是可調(diào)節(jié)3端正電壓穩(wěn)壓器，在輸出電壓范圍1.2伏到37伏時能夠提供超過1.5安的電流，此穩(wěn)壓器非常易于使用。圖8為LM317的

11、結(jié)構(gòu)管腳。 圖7 LM317實物及管腳 （注：LM337中1為調(diào)整端，2為輸入端，3為輸出端）LM317的輸出電壓范圍是1.2V至37V，它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設(shè)置輸出電壓，如下圖8為其應(yīng)用電路。 圖8 LM317應(yīng)用電路其中輸出電壓表達式為:U。=1.25(1+R1/R2)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兩端，將產(chǎn)生一個恒定電流通過輸出電壓調(diào)節(jié)電位器R2，電阻常取值，其中，是集成穩(wěn)壓器件的輸出電壓，為1.25V。如圖所示，改變R2的值，Uo的值即可改變。當(dāng)R2短路時，Uo最小，為即1.25V；當(dāng)R2大于零時，Uo都大于，最大可達37

12、V。 LM317其特性參數(shù)： 輸出電壓可調(diào)范圍：1.2V37V 輸出負載電流：1.5A 輸入與輸出工作壓差U=Ui-Uo：340V 保證1.5A 輸出電流。 典型線性調(diào)整率0.01%。 典型負載調(diào)整率0.1%。 80dB紋波抑制比。 輸出短路保護。 過流、過熱保護。 調(diào)整管安全工作區(qū)保護。 標(biāo)準(zhǔn)三端晶體管封裝。6、 電路仿真測試 在multisim軟件上，根據(jù)圖2所示連接電路，分別測出LM7809、LM7909、LM317、LM337的輸出端的電壓。其中對于可調(diào)式LM317、LM337，如果輸出端電壓不是+5v、-5v，則各自調(diào)節(jié)電位器R3、R4，使其輸出端的電壓為+5v、-5v。 圖9 測試

13、電路輸出+9v電壓 圖10 測試電路輸出-9v電壓 圖11 測試電路輸出+5v電壓 圖12 測試電路輸出-5v電壓測試結(jié)果 經(jīng)過multisim軟件測試發(fā)現(xiàn)，雖然電路縮輸出的電壓與所要求的電壓存在著微小的誤差，但是該誤差允許存在，因此，仿真結(jié)果基本符合設(shè)計要求。7、 實物電路焊接按原設(shè)計的電路圖，制作好電路板。安裝時，先安裝比較小的元件，所以先安裝整流電路，再安裝穩(wěn)壓電路，最后再裝上濾波電路（電容）。安裝時要注意，二極管和電解電容的極性不要接反。經(jīng)檢查無誤后，才將電源變壓器與整流濾波電路連接，通電后，用萬用表測量各個輸出端的輸出電壓，結(jié)果顯示的數(shù)值與仿真結(jié)果基本符合。 實物電路版如下圖13、圖

14、14. 圖13電路板正面圖14 電路板側(cè)面8、 元件清單表1元器件列表元器件名稱型號數(shù)量電阻120 1電阻2401滑動變阻器1K 2電容 220uF2電容0.1uF2集成穩(wěn)壓器LM78091集成穩(wěn)壓器LM79091集成穩(wěn)壓器LM3171集成穩(wěn)壓器LM3371橋堆 KBJ4B1電源變壓器YA1-24v19、 結(jié)論與心得 經(jīng)過兩個星期的努力，終天完成了集成直流穩(wěn)壓電源的課程設(shè)計。通過這一次的學(xué)習(xí)與實踐，讓我對模電知識更近一步的了解，對模電課程中直流穩(wěn)壓電源這一章所涉及的知識有了更進一步的的認(rèn)識；也了解掌握了選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器來設(shè)計直流穩(wěn)壓電源，更值得一提的是在本次的課程實踐中，更加認(rèn)識到團隊合作的重要性，在這次的課程設(shè)計中，我們小組各成員進行了熱烈深入的討論，分工合作，并在實踐過程中不斷地完善電路設(shè)計，充分發(fā)揮團隊精神，才使得本次設(shè)計能夠順利地完整地完成。當(dāng)然，在實踐過程中，我們也遇到了許多的問題，例如對元器件的部分參數(shù)的認(rèn)識不足導(dǎo)致在實驗中用錯實驗元件、對焊接技術(shù)的接觸不熟練等。但是經(jīng)過不斷的探索與思考，以及指導(dǎo)老師的悉心教導(dǎo)，我們最終克服了種種困難，解決了多遇到的