直流穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告直流穩(wěn)壓電源班級(jí)：計(jì)應(yīng)103學(xué)號(hào)：姓名：一、課程內(nèi)容的概述各種電子電路和電子設(shè)備都需要穩(wěn)定的直流電源，但電網(wǎng)提供的是50HZ的正弦交流電， 這就需要將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換穩(wěn)定的直流電，直流穩(wěn)壓電路就是實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的電子電路。當(dāng)今社會(huì)人們極大的享受著電子設(shè)備帶來(lái)的便利，但是任何電子設(shè)備都有一個(gè)共同的電 路一電源電路。大到超級(jí)計(jì)算機(jī)、小到袖珍計(jì)算器，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支 持下才能正常工作。當(dāng)然這些電源電路的樣式、復(fù)雜程度千差萬(wàn)別。超級(jí)計(jì)算機(jī)的電源電路 本身就是一套復(fù)雜的電源系統(tǒng)。通過(guò)這套電源系統(tǒng)，超級(jí)計(jì)算機(jī)各部分都能夠得到持續(xù)穩(wěn)定、 符合各種復(fù)雜規(guī)范的電源供應(yīng)。袖珍計(jì)算器則是簡(jiǎn)單

2、多的電池電源電路。不過(guò)你可不要小看 了這個(gè)電池電源電路，比較新型的電路完全具備電池能量提醒、掉電保護(hù)等高級(jí)功能?？梢?說(shuō)電源電路是一切電子設(shè)備的基礎(chǔ)，沒有電源電路就不會(huì)有如此種類繁多的電子設(shè)備。由于電子技術(shù)的特性，電子設(shè)備對(duì)電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負(fù) 載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電 源就是直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有十分重要的地位。直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)可以分為兩大類：一類是特性指標(biāo)，反映直流穩(wěn)壓電源的 固有特性，如輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、輸出電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類是質(zhì)量指標(biāo)，反 映直流穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定

3、度、等效內(nèi)阻（輸出電阻）、紋波電壓及溫度系數(shù)等。二、電路的設(shè)計(jì)框圖及概述1、直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)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(guò)整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動(dòng)大）。脈動(dòng)大的直流電壓須經(jīng)過(guò)濾波、穩(wěn)壓電路變成平滑，脈動(dòng)小的直流電，即將交流成分 濾掉，保留其直流成分。濾波后的直流電壓，再通過(guò)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。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(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變 壓、整流、濾

4、波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成，見圖3.1。工頻交流脈動(dòng)直流直流工頻交流脈動(dòng)直流直流圖3.1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，變壓器的變化由變壓器的副邊電壓確定。整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?0Hz的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電。常用的整流電路有：1、半波整流電路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(lái)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。2、全波整流整流電路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(guò)負(fù)載，提

5、高了整流效率。全波整流的特點(diǎn)：輸出電壓V高；脈動(dòng)小；正負(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。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(fù)載的變化而 變化。三、電路原理圖及各單元電路詳細(xì)分析1、電源變壓器電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變成所需要的電壓值，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、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3.4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(guò)的負(fù)載電阻RL，且方向是一致的。電路的輸

6、出波形如圖3.5所示圖2.3電路圖2.3電路在橋式整流電路中，每個(gè)二極管都只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過(guò)每個(gè)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約為反向擊穿電 壓的一半或三分之二（u2是變壓器副邊電壓有效值）。3、濾波電路 2濾波電路選用一個(gè)2200UF的大容量電解電容C1和一個(gè)0.1UF的小電容量滌綸CL11 型電容C2并聯(lián)濾波，如圖3.6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(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，

7、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(guò)小電容流到底線， 濾除各種高頻干擾成分。電路的輸出波形如3.7圖所示l*J：l 耳世泌i ILL I LI ft Ff9 ，.-j ；疝；I閣牛魚Hl靜史住I涸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3.8所示。GND圖3.8三端集成直流穩(wěn)壓器性能上，常用

8、的集成穩(wěn)壓器由三端固定式、三端可調(diào)式和開關(guān)式。以三端固定式為例， 其正輸出為7800（后兩位代表輸出的額定穩(wěn)壓值，00是統(tǒng)稱）系列，負(fù)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（叭 一U0）為2V3V；輸出穩(wěn)壓的容差約為5%；最大輸出電流10max有0.1A（LM7812），0.3A（如 78M12）和1.5A （如7812）等多種，部分器件的最大輸出電流可達(dá)2.2A；其最大電壓UImax 一般是7818檔以下為35V，7824檔為40V；電壓調(diào)整率5口一般為0.01%/V；輸出電阻R小 于0.1Q；紋波抑制比Sr般為50d

9、B；溫度系數(shù)St一般為每度ImV2.4mV。圖2.7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q作用是改 善紋波和抑制輸入的過(guò)電壓，一般取值為0.1UF。C作用是改善負(fù)載的順態(tài)影響，一般可 選取0.1UF的電容，當(dāng)采用大電容量的電解電容時(shí)效果更好。穩(wěn)壓電源的輸入輸出端要跨接一個(gè)二極管，以防止集成穩(wěn)壓器輸出調(diào)整管損壞。2、穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是把幾個(gè)供電模塊集成到一個(gè)供電電源上，能夠同時(shí)提供固定輸出+5V （最大輸 出電流0.3A）和固定輸出土 12V （最大輸出電流0.1A）的直流電數(shù)出。（1）輸出+5V：核心器件選用LM7805三端集成穩(wěn)壓器，其輸出電壓

10、為+5V，額定電流0.1A。 當(dāng)變壓器變壓后輸出6.3V交流電，經(jīng)整流橋，整流后輸出約6V電壓，濾波后有 LM7805三端集成穩(wěn)壓電源處理，輸出+5V電壓，電流最大輸出為0.3A。（2）輸出土 12V：核心器件選用穩(wěn)壓器LM7812和LM7912，組合應(yīng)用這兩個(gè)穩(wěn)壓器件與一 個(gè)硅整流橋相接，按圖2.8號(hào)電路就能輸出土 12V的電壓。組合用LM7812和LM7912 時(shí)，公共輸出接地端用的是變壓器輸出端口的土 12V并分別接入LM7812的接地引腳（GND）和LM7912的電壓輸入引腳（Vin）；硅整流橋的正、負(fù)輸出端口則分別接入 LM7812的電壓輸入端（Vin）和LM7912的接地端；濾波電

11、容用了兩個(gè)100UF首尾 相接，連接處接公共輸出接地端。圖3.9圖3.9穩(wěn)壓電路5、元器件選擇和電路參數(shù)計(jì)算說(shuō)明變壓器的選擇（1）確定副邊電壓U：2”12VUiU0in (Uf=40Vmax根據(jù)性能指標(biāo)要求：U”12VUiU0in (Uf=40Vmax其中：（UjU0） min=3V，（UiU0）.16V Ui I2*U2=4.8W2、選擇整流電路中的二極管2 2.變壓器的副邊電壓U=16V2.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(cè)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=IA0.3A

12、3、濾波電路中濾波電容的選擇濾波電容的大小可用式C=AU/(At*I)求得。i求AU：i根據(jù)穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)的定義：設(shè)計(jì)要求AU05mV, Sr0.005, U0= -12V +12V, Ui=16V代入上式，則可求得 U=AU/ (U*Sr)；1i00濾波電容 C,At=0.01S設(shè)定 I0=I0max=1.2A則可求得7：注意：因?yàn)榇笕萘侩娊怆娙萦梢欢ǖ睦@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(zhì)小容量電容用來(lái)抵消電感效應(yīng)，抑制高頻干擾。四、PCB板設(shè)計(jì)原理圖設(shè)計(jì)是整個(gè)Protel99se工程的開始，是PCB文檔設(shè)計(jì)乃至最后制版的基礎(chǔ)。一般 設(shè)計(jì)

13、程序是:首先根據(jù)實(shí)際電路的復(fù)雜程度確定圖紙的大小，即建立工作平面;然后從元器件 庫(kù)中取出所需元件放到工作面上，并給它們編號(hào)、對(duì)其封裝進(jìn)行定義和設(shè)定；最后利用 Protel99se提供的工具指令進(jìn)行布線，將工作平面上的元器件用具有電氣意義的導(dǎo)線、符號(hào) 連接起來(lái)，對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行信號(hào)完整性分析，確保整個(gè)電路無(wú)誤。1、電路板的規(guī)劃電路板規(guī)劃的主要目的是確定其工作層結(jié)構(gòu)，包括信號(hào)層、內(nèi)部電源/接地層、機(jī)械層 等。通過(guò)執(zhí)行菜單命令DesignBoard Layers,在打開的對(duì)話框中可以控制各層的顯示與否， 以及層的顏色等屬性設(shè)置。如果不是利用PCB向?qū)?lái)創(chuàng)建一個(gè)電路板文件的話，就要自己定 義PCB的形狀

14、和尺寸。繪制時(shí)需單擊工作窗口底部的層標(biāo)簽，再由PlaceKeepout命令來(lái) 單獨(dú)定義。該操作步驟實(shí)際上就是在Keep Out Layer(禁止布線層)上用走線繪制出一個(gè)封閉 的多邊形，而所繪多邊形的大小一般都可以看作是實(shí)際印制電路板的大小。2、元器件的選擇電容2個(gè)，電阻2個(gè)，二極管4個(gè)，穩(wěn)壓管1個(gè)，變壓器1個(gè)3、PCB電路板生成的流程1、生成網(wǎng)絡(luò)表在原理圖里面加好封裝，保存，ERC檢查，生成元件清單檢查。生成網(wǎng)絡(luò)表。2、建立PCB選擇好公制，捕獲和可見刪格大小，設(shè)計(jì)好外相（向?qū)Щ蜃约寒嫞?，然后放好固定孔?位置，大小（3.0mm的螺絲可以用3.5mm的內(nèi)孔焊盤，2.5的可以用3的內(nèi)孔），邊緣

15、的 先改好焊盤，孔大小，位置固定。3、布局調(diào)用網(wǎng)絡(luò)表，調(diào)入元件，修改部分焊盤大小，設(shè)置好布線規(guī)則，可以改變標(biāo)號(hào)的大小， 粗細(xì)，隱藏標(biāo)稱值。然后先把需要特殊位置的元件放好并瑣定。然后根據(jù)功能模塊布局， （可以用SCH里面選擇過(guò)度到PCB里面選擇的方式），一般不用X，Y進(jìn)行元件的翻轉(zhuǎn)，而 是用空格旋轉(zhuǎn)。對(duì)于一個(gè)功能模塊先放中心元件，或大元件，然后放旁邊的小元件，（比 如集成塊先放，然后放直接和集成塊兩管腳直接相連的元件，再放和集成塊一個(gè)管腳相連 的元件，而且類似的元件盡量放在一起，比較美觀也要考慮后面連線的方便性）。當(dāng)然一 些特殊關(guān)系的元件先放，比如一些濾波電容和晶振等需要靠近某些元件的先放好。還

16、有會(huì) 干擾的元件先整體考慮要離遠(yuǎn)點(diǎn)。高低壓模塊要間隔6.4mm以上。要注意留出散熱片， 接插件，固定架的位置。一些不能布線的地方可以用FILL。還要考慮散熱，熱敏元件。 電阻，二極管的放置方式：分為平放與豎放兩種：（1）平放：當(dāng)電路元件數(shù)量不多，而且電路板尺寸較大的情況下，一般是采用平放較 好;對(duì)于1/4W以下的電阻平放時(shí)，兩個(gè)焊盤間的距離一般取4/10英寸，1/2W的電阻平 放時(shí),兩焊盤的間距一般取5/10英寸；二極管平放時(shí)，1N400X系列整流管，一般取3/10 英寸；1N540X系列整流管,一般取45/10英寸。（2）豎放：當(dāng)電路元件數(shù)較多，而且電路板尺寸不大的情況下，一般是采用豎放，豎 放時(shí)兩個(gè)焊盤的間距一般取12/10英寸。4、布線：先設(shè)置好規(guī)則里面的內(nèi)容，VCC，GND大功率等大電流的線可以設(shè)置的寬點(diǎn) （0.5mm-1.5mm），一般 1mm可以通過(guò)1A的電流。對(duì)于大電壓的線間距可以設(shè)置大點(diǎn)， 一般1mm為1000V。設(shè)置好了，先布VCC，GND等一些比