直流稳压电源课程设计3

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1、 湖南工学院课程设计说明书 课题名称：半导体直流稳压电源的设计和测试 专业名称：自动化 学生班级：自本0903班 学生姓名：邱强杰 学生学号：09401040344 指导老师：陆秀令课程设计任务书直流稳压电源的设计和测试（一）设计目的1、学习直流稳压电源的设计方法；2、研究直流稳压电源的设计方案；3、掌握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法；（二）设计要求和技术指标1、技术指标：要求电源输出电压为12V（或9V /5V），输入电压为交流220V，最大输出电流为Iomax=500mA，纹波电压VOP-P5mV，稳压系数Sr5%。2、 设计要求（1） 设计一个能输出12V/9V/5V的直流稳压电源

2、；（2） 拟定测试方案和设计步骤； （3） 根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；（4） 要求绘出原理图，并用Protel、Visio画出印制板图； （5） 测量直流稳压电源的内阻；（6） 测量直流稳压电源的稳压系数、纹波电压；（7） 撰写设计报告。（三）设计提示1、设计电路框图如图所示负载稳压电路滤波电路整流电路变压器 直流稳压电源电路结构框图稳压电路若使用分离元件要有取样、放大、比较和调整四个环节，晶体管选用3DD或3DG等型号；若用集成电路选78XX和79XX稳压器。测量稳压系数：在负载电流为最大时，分别测得输入交流比220V增大和减小10%的输出vo，并将其中最大一个代入公

3、式计算Sr，当负载不变时，Sr=VoVI/VIVO。测量内阻：在输入交流为220V，分别测得负载电流为0及最大值时的Vo，ro=VO/IL。纹波电压测量：叠加在输出电压上的交流分量，一般为mV级。可将其放大后，用示波器观测其峰峰值VOP-P；用可用交流毫伏表测量其有效值VO，由于纹波电压不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定误差。2、实验仪器设备自耦变压器一台、数字万用表、交流毫伏表、面包板或万能板、智能电工实验台、示波器3、设计用主要器件 变压器、整流二极管、集成稳压器（7812/7912/7809/7909/7805/7905）、电容、电阻若干3、参考书电工学电子工业出版社；晶体管直流稳压电

4、源辽宁科技出版社； 电子线路设计实验测试华中科技大学出版社 模拟电子技术基础高等教育出版社（四）设计报告要求1、选定设计方案；2、拟出设计步骤，画出电路，分析并计算主要元件参数值；3、列出测试数据表格。4、调试总结。（五）设计总结1、总结直流稳压电源的设计方法和运用到的主要知识点，对设计方案进行比较。2、总结直流稳压电源主要参数的测试方法。 目录 第1章 原理分析11.1直流稳压电源的基本原理11.2各部分的作用11.2.1电源变压器11.2.2整流滤波电路11.2.3三端集成稳压31.3稳压电流的性能指标及测试方法41.4原理图5第2章参数选择及数据处理62.1数据的选择62.2静态调试62

5、.3动态调试72.3.1稳压电源的性能指标的测试72.3.2误差分析8第3章电路仿真过程与结果93.1电路的基本功能测试93.2纹波的波形9结束语11参考文献11 10 第1章 原理分析 1.1直流稳压电源的基本原理流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如图1.1图1.1 直流稳压电源基本框架1.2各部分的作用1.2.1电源变压器 T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=，式中是变压器的效率。1.2.2整流滤波电路整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输

6、出纹波较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。 图1。2全波整流滤波 图1.3 桥式整流滤波各滤波电容C满足RL-C（35）T/2，或中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。 图5 等效电路图1.2.3三端集成稳压 常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端压器。 常用可调式正压集成稳压器有LM317系列，它们的输出电压从1.25V37伏可调，最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5A。其典型电路如图6所示，其中电阻R1与电位器R2组成输出电压调节器，输出电压Uo的表达式为：U

7、o1.25（1R2/R1）式中R1一般取120240欧姆，输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V）。图6 LM317系列电路图1.3稳压电流的性能指标及测试方法 稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、纹波电压（纹波系数）及温度系数。测试电路如图7。图7稳压电源性能指标测试电路（1） 纹波电压：叠加在输出电压上的交流电压分量。用示波器观测其峰峰值一般为毫伏量级。也可用交流毫伏表测量其有效值，但因纹波不是正弦波

8、，所以有一定的误差。（2）稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化。（3） 电压调整率：输入电压相对变化为10%时的输出电压相对变化量，稳压系数和电压调整率均说明输入电压变化对输出电压的影响，因此只需测试其中之一即可。（4） 输出电阻及电流调整率输出电阻与放大器的输出电阻相同，其值为当输入电压不变时，输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值.电流调整率：输出电流从0变到最大值时所产生的输出电压相对变化值。输出电阻和电流调整率均说明负载电流变化对输出电压的影响，因此也只需测试其中之一即可。1.4原理图第2章参数选择及数据处理2.1数据的选择1、根据三

9、端可调试输出集成稳压器的特点：当输入电压为240伏范围内变化是，电路均能正常工作，并且输出端与调整端之间的电压等于基准电压1.25伏，而整流电路的输出端电压平均值U=0.9U2，即0.9U2在240伏间取，所以可取的输出电压为12伏的降压器。2、对于滤波电路电容的选取： 可由纹波电压VOP-P和稳压系数SV来确定。已知，Vo=9V,Vi=12V,Vop-p=5mA,SV=310-3 .则由式由式 得滤波电容，电容C的耐压应大于。故取2 只2200F/25V的电容相并联。3、稳压器内部设计满足：选可调式三端稳压器LM317，其特性参数Vo=1.2V37V,Iomax=1.5A,最小输入、输出压差

10、（ViVo）max=40V。组成的稳压电源电路，由式得Vo=1.25(1+RP1/R1),取R1=240，则RP1min=336,RP1max=1.49k,故取RP1为4.7K的精密线绕可调电位器。 4、其它元器件的作用：V用于防止短路时C2通过调整端放电而损坏稳压器；C2用于减少输出纹波电压。R2用于调节输出电压大小。2.2静态调试当连好电路板的线路时，先不要急着通电，而因该从以下几个方面进行检测：A、对照原理图，用万用表一一检查线路的各个接口是否接通，是否有短路、断路或漏接的现象，如果有，因该及时改好电路连线。B、对照原理图，检查各元件是否接正确。2.3动态调试2.3.1稳压电源的性能指标

11、的测试 1）、输出电压的测量接通220V的电源，用数字万用表对所设计的电路实物进行测试，得到正源输出电压为+10.50V，负电源输出电压为-10.48V。 2）、内阻的测量在输入交流为220V，分别测得负载电流为0及最大值时的VO，即用开短路法可测得电源内阻。测得数据如下：IA+=0.22A， VO+=10.50VIA-=0.218A， VO-=10.48V根据以上数据可得电源内阻为：r+=VO+IA+ =10.50V/0.22A = 47.70r-=VO-IA- =10.48V/0.218A =48.013）、稳压系数的测量 稳压系数是指在负载电流I0、环境温度T不变的情况下，输入电压的相对

12、变化引起输出电压的相对变化，即稳压系数 Sr=（VO/VO）/（VI/VI） IO=常数，T=常数 Sr的测量电路如图5所示： 图2.1稳压示意图测试过程是：先调节自耦变压器使输入电压增加 10%，即Vi=242V，测量此时对应的输出电压VO1；再调节自耦变压器使输入电压减少 10%，即Vi=198V，测量此时对应的输出电压VO2，然后再测出Vi=220V时对应的输出电压VO，则稳压系数Sr=（VO/VO）/（Vi/Vi） =220/（242-198）（VO1-VO2）/VO根据上述测量方法，可对正负双电源进行测试，测试数据如下：当Vi=198V时，测得数据为：VO1+=10.12 V， V0

13、1-=10.09V当Vi=242V时，测得数据为：VO2+=10.14V， VO2-=10.11V当Vi=220V时，测得数据为：VO+=10.00V， VO-=9.98V由以上所测数据，可得稳压系数为： Sr + =（VO+/VO+）/（Vi/Vi） =220/（242-198）（VO1+-VO2+）/VO+ 0.00167Sr - =（VO-/VO-）/（Vi/Vi） =220/（242-198）（VO1-VO2-）/VO- 0.00168 2.3.2误差分析1）、误差计算+Vcc%=（12.00-10.50）/12.00=12.5%-Vcc%=10.48-12.00/12.00=12.6

14、7% 第3章电路仿真过程与结果3.1电路的基本功能测试 按如图3.1接线，开始仿真 图3.1仿真电路图 表3.1电压输出对比 电压表 理论输出 实际输出 U4 12V 12.13V U2 12V 12.34V U3 12V 12.23V 3.2纹波的波形当输出电压为9V时的纹波图形 图3.2输出9V时的纹波图形理论数据： 表3.2 纹波的数据 理论数据实测数据纹波VppU09V9.051V28.720uVU0-9V-8.993V654.5uV 结束语通过这几个星期的学习设计，我学习到更多的模电知识，对串联型直流稳压电源电路的了解更加深入了，同时，对仿真软件的使用也更加熟练了！还有提高了我的自主学习能力和实践能力。最后就是让我认识到了我自身的不足，给我指明了方向，让我有了奋斗、努力的明确目标。 09401040344 邱强杰 2011年6月参考文献1 康华光.电子技术基础模拟部分(第四版).武汉：高等数学出版社,1988.2 杨素行.模拟电子技术基础简明教程(第二版).北京：高等教育出版社,1998.3 谢自美.电子线路设计试验测试(第三版).武汉：华中理工大学出版社,2005.4 网上参考书目：电工学电子工业出板社；晶体管直流稳压电源辽宁科技出板社.5 邱关源.电路.陕西：高等教育出版社,2006.