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1、课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: 集成直流稳压电源的设计初始条件：集成稳压器，电位器，电容，电阻，变压器等 要求完成的主要任务:1. 设计一个直流稳压电源，输出电压Vo及最大输出电流Imax(I 档 Vo=12V对称输出，Iomax=100mA； II档 Vo=+5V，Iomax=300mA； III档 Vo=(+3+9)V连续可调，Imax=200mA)；2. 纹波电压VOP-P5mv，稳压系数SV510-3。 时间安排：第19周理论讲解，时间：星期一5，6，7、8节 地点：鉴三204第20周理论设计、实验室安装调试，地点：鉴主13楼通信工
2、程综合实验室、鉴主15楼通信工程实验室（1） 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日摘要模拟电子技术课程设计是继模拟电子技术基础理论学习和实验教学之后又一重要的实践性教学环节。综合设计实验对于提高我们学生的电子工程素质和科学实验能力。直流稳压电源有许多优异的特性，为获得可靠的直流稳压电源，一个经济可行的办法是将我国目前使用的220v市电通过一定的方法转换为我们需要的直流电。我们此次的实验设计任务就是设计一个有一定可靠性的多路直流稳压电源。此设计思路为将220V，50HZ市电通过降压变压器降为合适交流电压值，并经过整流电路将交流电转为直流电，再通过滤波电路滤除直流电中
3、的交流成分，最后经由集成稳压器构成的稳压电路转化为稳定直流输出，输出电压分为12V，+5V，+3+9V三档。且集成稳压器具有一般集成电路体积小、重量轻、安装和调试方便、可靠性和稳定性高等优点。关键字：变压器；整流桥；滤波；整流二极管AbstractAnalog electronic technology curriculum is designed following the Fundamentals of Analog Electronics, after the theoretical study and experimental teaching another important as
4、pect of practical teaching. Comprehensive design experiment for improving the quality of our students in electrical engineering and scientific experiments capacity. DC Power Supply has many excellent features, in order to obtain a reliable DC power supply, an economically viable approach is to use 2
5、20v Chinas current electricity through a certain way we need to convert the DC. The experimental design of our task is to design a certain reliability of multi-channel DC power supply.This design ideas for the 220V, 50HZ electricity fell right through the step-down transformer AC voltage value, and
6、through the rectifier circuit to alternating current to direct current, and then filtered through the filter circuit in the exchange of DC components, the final composition via an integrated voltage regulator The regulator circuit into a stable DC output, the output voltage is divided into 12V, 5V,
7、3 9V third gear. And an integrated voltage regulator ICs with general small size, light weight, easy installation and commissioning, reliability and stability of the higher benefits.目录1.绪论32. 电路工作性能指标及方案确定42.1 设计主要性能指标42.2 整体方案基本确定43.单元电路原理 53.1电源变压器53.2整流电路53.2.1半波整流电路53.2.2全波整流电路63.2.3桥式整流电路63.3滤波
8、电路83.3.1 C滤波器83.3.2 电感电容滤波电路（LC滤波器）93.3.3 LC组成的型滤波电路93.3.4 型RC滤波电路103.4稳压电路103.4.1 稳压管稳压电路103.4.2 集成稳压电路113.5 各部分电路及电路间参数关系123.5.1 集成稳压器123.5.2 电源变压器123.5.3 整流二极管123.5.4 滤波电容133.5.5 稳压系数Sv134.参数计算及器件选择144.1档：12V输出电路设计及原理144.2档：5V输出电路设计154.2档：3V输出电路设计165.调试185.1Multisim仿真分析186.课程设计心得体会207.参考文献218.器件清
9、单及仪器相关参数22附录 整体电路图231绪论通过模拟电子技术基础第十章的学习，我们了解到，在电子线路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率稳压电源是由（图1-1）电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。根据题目要求，系统可以划分为变压整流部分，滤波部分和集成稳压部分。 a）稳压电源的组成框图 b）整流与稳压过程 图1.1 系统基本框图及稳压过程绝大多数电子设备正常工作需要直流供电，而常用的电源市电是220V或380V的交流电，因此需要把交流电变换成直流电。由于脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还是会随电网电压波动、负载和
10、温度等的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路，保证输出的直流电压稳定。此次集成直流电源的课程设计，要求输出+5 、12V以及+3+9V连续可调的电压，所有过程，包括设计，仿真，制作，调试，都是由我们自己独立完成。既锻炼了我们独立思考的能力，也将学到的知识联系到实际操作中，提高了我们的动手能力，也学会了主动查阅资料，而不是被动的接受知识。2电路工作性能指标及方案确定2.1设计主要性能指标：输出电压Vo及最大输出电流Iomax：I档VO =12V对称输出，Iomax=100mA；挡VO =+5V，Iomax=300mA；挡 VO=（+3+9）V连续可调，Iomax=200 mA）；
11、纹波电压：Vop-p 5mA;稳压系数：SV 510-3 ；2.2整体方案基本确定由于设计要求指出要选择适当的方案设计电路，并且计算电源变压器的效率和功率，选择整流二极管及计算滤波电容和安装调试与测量电路性能。小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成。由于电流的最大输出三档并不相同，则需要三档分别用不同的滤波电路。而在变压和整流部分，虽然算出的变压副边电压U2不相同，但仍可用同一中间抽头的变压器实现。根据三档不同的输出电压要求，可分别设计三个稳压电路实现。最后接同一个地实现三档电路的整合。通过三个开关的开合来实现三档电路的选择。而12V对称输出的两边电路得通过双刀双
12、掷开关控制才能使得正负电路都导通。具体实现则需对四个部分电路分别进行讨论分析，得出最终电路图，实现设计要求。3 单元电路原理集成稳压电源可简化成四部分(图31 )，且其的波形也如图所示： 图3.1 系统基本方案图及其波形3.1电源变压器电源变压器的作用是将电网220V的交流电压V1变换成整流滤波电路所需要的交流电压V2。变压器副边与原边的功率比P2/P1= （1.1）式中，为变压器的效率。一般小型变压器的效率如下表所示。副边功率P2/VaI0MAX。3.2 整流电路3.2.1半波整流电路在RL两端得到的电压是单方向的，整流输出的波形只有输入波形的一半。常用在高电压、小电流的场合。由于二极管的单
13、向导电作用，负载电流i0是一系列的脉动电流，其方向不变，负载上的电压也是单向的脉动直流电压，显然，负载电压和电流的平均值（直流分量）是不为0的。可见，电压U2仅有半个周期想负载电阻R提供电压，因此，这种电路称为半波整流电路。其特点是输出电压波形为输入正弦波电源波形的正半周期，所以输出电压脉动很大，直流分量较小，整流效率较低。图3.2半波整流电路 图3.3半波整流电路波形图3.2.2 全波整流电路在RL上得到的正、负半周都有整流输出的波形，其整流输出电压平均值为半波整流的两倍，每个二极管承受的最高反向电压是输入电压最大值的22倍。图3.4全波整流电路图3.5全波整流电路波形图3.2.3 桥式整流
14、电路其输出电压波形与全波整流的输出电压波形是相同的。每个二极管承受的最高反向电压是输入电压最大值的2倍。在v2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。其电流通路可用图中实线箭头表示。在v2的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。其电流通路如图中虚线箭头所示。桥式整流电路如图3-6所
15、示形式。图3-6 单相桥式整流电路图结合上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图3-7。图3-7 桥式整流电路的工作波形在桥式整流电路中，流过变压器次级的电流是正负相对称的，也就是说，没有直流成分流过次级绕阻。半波整流电路则不然，流过变压器绕阻的电流是单方向的电流，它包含着直流分量，这样就给变压器增加了直流磁通。且桥式整流电路的输出电压高，谐波电压较小，管子所承受的最大方向电压较低，同时因电源变压器在正负半周内部都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。3.3滤波电路 经过整流后得到的脉冲直流纹波还是很大的，所以要经过滤波电路的滤波，滤波电路通常有电容滤波，电感滤波，II型滤波等
16、。电容滤波 适应小电流负载 VL1.2V2 电感滤波 适应大电流负载 VL0.9V2 LC滤波 适应性较强 VL0.9V2 RC或LC 型滤波 适应小电流负载 VL1.2V2 3.3.1 C滤波器优点：电容滤波电路简单，负载直流电压较高，纹波也较小，适用于输出电压较高，负载变动小的场合。由于滤波电容很大，而整流电路的内阻又很小，常在整流电路中串联限流电阻R=(1/101/50)RL。负载直流电压随负载电流增大而减小。在工程设计中一般取V0=(1.11.2)V2。缺点：输出电压随负载变化而有较大的变动，即外特性较差，故适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。图3.8 C滤波电路电容滤波电路中二极
17、管的电流和导通角如下图所示：3.3.2 电感电容滤波电路（LC滤波器）优点：电压经电感滤波后，又经电容滤波，会使负载电阻上得到一个更平滑的直流电压。输出电压与负载无关，比较稳定。对平滑程度要求较高负载电流变动较大的场合，使用该电路比较适合，它的显著优点是可以遏制整流管的浪涌电流，适用于可控硅整流电路。缺点：适用于电流较大，要求输出电压脉动较小的场合，适合于高频电路。图3.9 LC滤波电路3.3.3 LC组成的型滤波电路优点：滤波效果比LC滤波器更好。缺点：电感线圈的体积大而笨重，成本高；对整流二极管冲击电流较大。图3.10 LC组成的型滤波电路3.3.4 型RC滤波电路优点：电阻对于交直流电流
18、都具有同样的降压作用，更好的实现了滤波作用。缺点：R越大，C越大，滤波效果越好，但R太大会使直流压降增加，故只使用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。图3.11 RC组成的型滤波电路3.4稳压电路由于稳压电路发生波动、负载和温度发生变化，滤波电路输出的直流电压会随着变化。因此，为了维持输出电压稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）等发生变化时，使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。3.4.1稳压管稳压电路+IzViVo-在这种稳压电路中，稳压二极管起着电流控制作用，无论是由于RL或Vi的变化，使输出电压产生很小的变化，因而引起Iz较大
19、的变化，使电流IR变化，并通过限流电阻R的调压作用，使输出电压稳定。3.4.2集成稳压电路集成稳压器的种类很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按照输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可以分为正电压输出和负电压输出两种类型。按照设计要求本设计要用到可调式三端稳压器。其常见产品有CW317、CW337、LM317、LM337。其中317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连续可调的负电压，可调范围为1.237V，最大输出电流为1.5A。此外三端集成稳器还有78系列和79系列。78系列又分三个子系列，即78xx,78Mxx,78Lxx.其主要差别在于输出电流和外形，
20、78 xx输出电流为1.5A ,78 Mxx输出电流为0.5A,而78Lxx的输出电流为0.1A。 本次设计中需要分三档输出电压+5 、12V以及+3+9V连续可调的，则需用到固定式集成稳压管7805，7812，7912以及可调式集成稳压管LM317，它们的连接与引脚的辨识会有差别。固定式三端稳压器的引脚及构成的典型稳压电路如图3.12所示，其中输入端接电容Ci可以进一步滤除纹波，输出端接电容Co能消除自激振荡，确保电路稳定工作。Ci，Co最好采用漏电流小的钽电容。图3.12 固定式三端稳压器电路示例如右图，对于78xx系列 1- 输入 INPUT2- 地 GND3- 输出OUTPUT 对于7
21、9xx系列1- 地 GND2- 输入 INPUT3-输出 OUTPUT对于LM317系列1调整端Adjust 2输出OUTPUT3输入INPUT 图3.13 可调式三端集成稳压器电路示例 在图3.13中，R1与R2组成输出电压调节电路，输出电压Uo1.25 (1 + R2 / R1 )， R1的值为120 240，流经R1的泄放电流为5 10mA。R2为精密可调电位器。电容可以进一步消除纹波，电容C1与Co 还能起到相位补偿作用，以防止电路产生自激振荡。电容C2与R2并联组成滤波电路。3.5各部分电路及电路间参数关系3.5.1 集成稳压器集成稳压器的输出电压Uo应与稳压电源要求的输出电压的大小
22、及范围相通。稳压器的最大允许电流IcmIomax （1.4）3.5.3 整流二极管整流二极管VD2的反向击穿电压Urm应满足： Um2 U2 （1.5）其额定工作电流应满足： IfIomax （1.6）3.5.4 滤波电容滤波电容C的容量可由下式计算： C=IctUi （1.7） 其中，Ui稳压器输入端纹波电压的峰峰值 t电容C放电时间，t=T/2=0.01s Ic电容C放电电流，可取Ic=Iomax 滤波电容的耐压值应大于2 U2。3.5.5 稳压系数Sv 电路稳压系数Sv满足下式： Sv=（UoUo）（UiUi） 4、参数计算及器件选择4.1档：12V输出电路设计及原理集成稳压器选用LM7
23、812和LM7912，其输出电压分别为+12V，-12V，最大输出电流为1.5A。所确定的稳压电源电路如图4-1所示。 集成稳压器的输出电压Uo应与稳压电源要求的输出电压的大小及范围相同。稳压器的最大允许电流IomIomax，稳压器的输入电压范围为：Uomax+（Ui-Uo）minUiUomin+（Ui-Uo）max式中，Uomax最大输出电压； Uomin最小输出电压； （Ui-Uo）min 稳压器的最小输入电压差；（Ui-Uo）max稳压器的最大输入电压差； 图4-1输出电压为12V的稳压电源选择电源变压器Uomax+（Ui-Uo）minUiUomin+（Ui-Uo）max即 11.4V+
24、3VUi3V+12.6V取 14.4VUi15.6VU2Uimin/1.1=14.4/1.1=13.6V取U2=15V变压器副边电流：I2Iomax=0.2A则变压器的副边输出功率P2为 P2I2U2=3W 由表1知，变压器的效率=0.7，则原边输入功率P1P2 /=4.28W。 为留有余地，故选用功率为20W的变压器。所以变压器选用15V/20W的即可。由于：URM=/2U2/21521.21V, Iomax=0.1AIN4001的反向击穿电压URM50V，额定工作电流ID=1A，故整流二极管选用IN4001。式中，Uo12V,Ui=15V, Uopp5Mv, Sv510则UiUopp Ui
25、/ Uo Sv1.25V则滤波电容C为C=Ict/Ui= C=Iomaxt/Ui=800F又由于电容的耐压应大于2 U2=19.23V在图4-1所示的电路中，取C1 = C2 =1000F，C3 = C4=0.33F，C5 = C6 = 0.1F，C7 = C8 = 220F，二极管用IN4001。4.2 档：5V输出电路设计集成稳压器选用LM7805，其输出电压为+5V，最大输出电流为1.5A。所确定的稳压电源电路如图4-2所示。 图4-2输出电压为5V的稳压电源选择电源变压器Uomax+（Ui-Uo）minUiUomin+（Ui-Uo）max即 4.75V+5VUi5.25V+5V取 9.
26、75VUi10.25VU2Uimin/1.1=9.75/1.1=8.86V取U2=10V变压器副边电流：I2Iomax=0.5A则变压器的副边输出功率P2为 P2I2U2=5W 由表1知，变压器的效率=0.7，则原边输入功率P1P2 /=7.14W。 为留有余地，故选用功率为20W的变压器。所以变压器选用15V/20W的即可。由于：URM=/2U2/21014.1V, Iomax=0.3AIN4001的反向击穿电压URM50V，额定工作电流ID=1A，故整流二极管选用IN4001。式中，Uo5V,Ui=10V, Uopp5Mv, Sv510则UiUopp Ui/ Uo Sv2V则滤波电容C为C
27、=Ict/Ui= C=Iomaxt/Ui=1500又由于电容的耐压应大于2 U2=14.22V在图4-2所示的电路中，取C1 =2200F，C2 = 0.33F，C3 0.1F，二极管用IN4001。4.3 档：3V输出电路设计集成稳压器选用CW317，其输出电压范围为：，最大输出电流为1.5A。所确定的稳压电源电路如图4-3所示。 图4-3输出电压可调的稳压电源选择电源变压器Uomax+（Ui-Uo）minUiUomin+（Ui-Uo）max即 9V+3VUi3V+40V取 12VUi43VU2Uimin/1.1=12/1.1=10.91V取U2=12V变压器副边电流：I2Iomax=0.2
28、A取I2=0.5A则变压器的副边输出功率P2为 P2I2U2=6W 由表1知，变压器的效率=0.7，则原边输入功率P1P2 /=8.57W。 为留有余地，故选用功率为20W的变压器。所以变压器选用12V/20W的即可。由于：URM=/2U2/21216.968V, Iomax=0.2AIN4001的反向击穿电压URM50V，额定工作电流ID=1A，故整流二极管选用IN4001。式中，Uo9V,Ui=12V, Uopp5Mv, Sv510则UiUopp Ui/ Uo Sv1.33V则滤波电容C为C=Ict/Ui= C=Iomaxt/Ui=1500F取C = 1600F，C1 =0.01F，C2
29、=10F，C0 = 1F，R1 = 240，RW = 2k，二极管用IN4001，和组成输出电压调节电路，输出电压 ，取，流过的电流为。取R1 = 240，则由，可求得：min=336，max=1488。 故取为的精密线绕电位器。5 调试5.1Multisim仿真分析本次设计使用的仿真软件是multisim10.0.它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。软件以图形界面为主，采用菜单、工具栏和热键相结合的方式
30、，具有一般Windows应用软件的界面风格，用户可以根据自己的习惯和熟悉程度自如使用。档：12V输出电路的仿真结果如下图：通道A与B分别输入的+12V和-12V的电压。输出的波形如图，得出的数据为+12V输出端为12.012V,-12V输出端为-12.601V，在一定小的误差范围内满足了设计要求。档:+5V输出电路以及档:39V输出电路的仿真结果如下图：通道A与B分别对应+5V输入与39V输入。其波形图如上，得出的数据为+5V输出端为5.006V，电位器在中间某一位置时39V输出端显示为11.787V，这是由于电位器电阻范围过大，仿真时可供选择的元器件参中没有所需的参数范围。6.课程设计心得体
31、会因为之前模电的实验考试做的是集成直流稳压电源，只需要一档输出，且电路图实验书上也给了参考。所以觉得会很简单，而实际做起来发现并非想象中的那么简单。实验也不知道失败了多少次，特别是仿真部分，参数计算出来可是在元件库里找不到设计所需。又由于对multisim 10.0不是很熟悉，做起仿真来就更吃力，但最终还是有所成功的。现在觉得，作设计就应该有种踏实的态度，简单也好，难做也罢，只要我们静下心来投入到其中，也就成功了一半。在这一周的时间里我独立的查阅相关资料，了解电路的制作仿真方面的知识，学习并熟悉protel 99 se和multisim 9的使用。然后认真设计电路并确定参数以及电路所需各种元件
32、，并完成元件的购买等准备工作。最后独立的完成焊接，做成成品并进行调试。这个过程中不可避免的会遇到很多困难，但是认真分析之后可以运用所学的知识或相关资料的查阅解决。首先，去了图书馆才发现可以参考的书太多，很难在其中找到重点所在。在网上搜索的时候也浪费了很多精力在不必要的环节上，致使前一两天的工作效率不高。而且在设计过程中有很多芯片、器件以及它们的工作原理及方式是以前学习中从未遇到过的，那么我们就要首先学习它的原理功能找到能够满足电路要求的器件，然后全面考虑其各方面的问题，比如焊接难易和经济效益等。由其性价比最终确定最好的方案。其次，这次的课程设计在期末考试左右，又是第一次做课程设计，因而在时间上
33、产生了一定的冲突，很多问题来不及细细思考，只是依葫芦画瓢的做，在作报告时花了很多不时间，值得我们在下一次的课程设计中好好改进，对文档的处理能更加熟练，对报告论文的形式更加有把握，内容更加充实完善。焊接部分仍可有一定的提高，并且这次的焊接还必须自己把导线焊上使电路形成通路，这无疑更增大了焊接难度。通过此次设计，我深刻的体会到只有在实践中才能检验自己掌握知识的程度，在设计过程中我查看了一些参考书目本次设计的不足在与虽然原理清楚了，但对于实际电路，不只是仅有那点知识和原理就够的。此次设计，也培养了我们的专业学习能力。通过对所设计电路的仿真，我们掌握了一些基本的使用专业软件的能力，为我们以后的专业学习
34、打下基础。7 参考文献1) 电子线路电子线路设计实验测试第三版主编：谢自美华中科技大学出版社2) 模拟电子技术基础（第二版）主编：童诗白高等教育出版社3) 电子技术基础课程设计主编：孙梅生高等教育出版社4) 常用电子电路应用365例主编：何希才电子工业出版社5) 电子设计自动化实践与训练（第三版）主编：周政新中国民航出版社6) 简明集成运算放大器应用手册主编：赵保经科学出版社7) 实用单元电路及其应用主编：黄继昌人民邮电出版社8) 电子技术基础 模拟部分（第四版）主编：康华光华中科技大学出版社8器件清单及仪器相关参数表81器件清单表名称型号数量备注变压器15V/20W1二极管IN40015电容
35、2200F1电解1000F2电解220F2电解10F1电解1F1电解0.33F3瓷片0.1F3瓷片1600F1电解0.01F1瓷片稳压集成器LM31717805各17812和7912各1电阻0.24K、2K各1附录 整体电路图本科生课程设计成绩评定表姓 名性 别女专业、班级课程设计题目：集成直流稳压电源的设计课程设计答辩或质疑记录：1 集成稳压器在使用时会由于某些意外的原因造成输入端，输出端与GND或调整端的电压反向，请举出一种办法对电路进行保护。答：最简单的办法是在输入和输出端之间，输出端与GND或调整端之间并接一个普通二极管。2 LM317调整端上的电容有什么用处？答：减小了输出电压中的纹波，改善了稳压电源的纹波抑制特性，特别是在高电压输出的情况下，由于电阻Rp的数值较大，对纹波的一直作用会更好3与分立元件稳压电流源相比集成稳压电源电路有什么优点？答：（1）使用更为方便，制作简单；（2）外围电路更为简洁，原理理解更容易；（3）稳定系数更高，工作稳定可靠；（4）体积小，重量轻。成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 2010年 月
