课程设计（论文）半导体直流稳压电源的设计和测试1

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1、前言步入21世纪，电子技术的发展可谓日新月异，发展速度之快有目共睹。早在上世纪，由于物理学的重大突破，电子技术取得了惊人的进步，特别是近几十年来，微电子技术和其他高技术的飞速发展，致使工业、农业、科技和国防等领域以及人们的社会生活发生了令人瞩目的变革。随着21世纪的进入，世界进入信息时代，作为发展之一的电子技术必将以更快的速度前进。作为电子技术中的一个分支模拟电子技术也不例外，它发展历史悠久，理论基础雄厚，技术成熟，应用范围广泛，具有极强的实际操作性。理论联系实际是最好的证明，既能锻炼操作能力，又增强理论分析。作为一名在校大学生，不但要懂得理论知识，更要注重在实际中的运用。此次课程设计便给了我

2、们一个这样的平台。半导体直流稳压电源的设计和测试作为此次课程设计的课题，我们采用一般意义上的设计方案，即通过电源变压器、整流、滤波和稳压电路这四部分的有机组合来最终实现本次课程设计所要达到的目标。在本次实践中，得到了本组其他组员和老师的大力支持，也得到了其他一些宝贵意见，在此一并感谢。由于时间和经验的关系，不足之处望加以批评指正，以便提高和完善。 作者：江君 2006年5月17目录1. 设计方案的选择 -22. 原理说明 -43.设计要求及步骤 -64. 设计流程图 -75.安装工艺 -96.元件清单-117.调试与检测 -128.误差分析-149.心得体会-1510.鸣谢-1611.参考文献

3、-171设计方案的选择1.稳压电源部分（3）方案一：并联型稳压电源；并联型稳压电源的调整元件与负载并联，因而具有极低的输出电阻，动态特性好，电路简单，并具有自动保护功能；负载短路时调整管截止，可靠性高，但效率低,尤其是在小电流时调整管需承受很大的电流，损耗过大，因而不能采用此方案方案二：输出可调的开关电源；开关电源的功能元件工作在开关状态，因而效率高，输出功率大；且容易实现短路保护与过流保护，但是电路比较复杂，设计繁琐，在低输出电压时开关频率低，纹波大，稳定度极差，因而也不能采用此方案方案三：由uA723组成的零伏起调电源；uA723内部设有高精度基准电压源和高增益的放大器，外围电路比较简单，

4、电压稳定度也比较高，其典型电压调整率为0.01%，负载调整率为0.03%，且热稳定性好，输出噪声也很小，还内设有过电流控制电路，使用安全可靠，具有较高的性价比。 2.稳流电源部分方案一: 采用7812三端稳压器电源; 固定式三端稳压电源(7812)是由输出脚Vo,输入脚Vi和接地脚GND组成,它的稳压值为+12V,它属于CW78xx系列的稳压器,输入端接电容可以进一步的滤波,输出端也要接电容可以改善负载的瞬间影响,此电路的稳定性也比较好,只是采用的电容必须要漏电流要小的钽电容,如果采用电解电容,则电容量要比其它的数值要增加10倍,但是它不可以调整输出的直流电源，我们选用的是此方案。方案二:采用

5、LM317可调式三端稳压器电源; LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压. 不过它只能连续可调的正电压,稳压器内部含有过流,过热保护电路;由一个电阻(R)和一个可变电位器(RP)组成电压输出调节电路,输出电压为:Vo=1.25(1+RP/R)，此电源就选用了LM317三端稳压电源,也就是方案二。2原理说明直流稳压电源由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路组成，各部分电路的作用如下：1.电源变压器 （1）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P1/P2=N 式中N.为变压器的效率。一般小型变压器的效率如表所示

6、。副边效率P2/VA1010-3030-8080-200效率N0.60.70.80.852.整流滤波电路整流二极管D1-D4组成单相桥式整流电路，将交流电压U2变成脉动的直流电压，再经滤波电容C滤波纹波，输出直流电压VI。VI与交流电压V2的有效值V2的关系为 VI=（1.1-1.2）V2每只整流二极管承受的最大的发向电压Vrm=1.414V2通过每只二极管的平均电流I=0.5Ir=0.45V2/R式中,R 为整流电路的负载电阻.它为电容C提供放电回路,RC放电时间常数应满足RC(3-5)T/2式中,T为50HZ交流电压的周期,即20MS.3. 稳压电路T1与负载电阻RL相串联,组成串联式稳压

7、电路.T2与稳压管Dz组成采样比较放大电路,当稳压器的输出负载变换时,输出电压V0应保持不变.稳压过程如下:设输出负载电阻RL变化,使V0则VB2-VC2-IB2-Vce1-V03设计要求及步骤1.技术指标：要求输出电压为12V，输入电压为交流220V，最大输出电流为I=500mA，稳压系数Sr5/1000，电网电压波动正负10%。2.设计要求：（1）设计一个能输出为12V的直流稳压电源；（2）要求绘制原理图，；（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）在万能板制作一台直流稳压电源；（5）测量稳压电源的稳压系数；（6）测量直流稳压电源的内阻；（7）拟订测试方案和设计步骤；（

8、）设计出的电路要用EWB仿真3.设计步骤1.选电源变压器按照输出为12V选对应的变压器 V2=12/1.2=10v n1=10/220=1/122选整流二极管及滤波电容 Id=Il/2=15mA/2=7.5mA 二极管承受的最大反向饱和电压为： Vrm=1.414V2=14.14v整流二极管D选C1500,其极限参数为Vrm=50v,If=1A.满足Vrm1.414V2.If=Iomax的条件.滤波电容可由纹波电压和稳压系数来确定. 负载电阻Rl=VL/Il=12v/15mA=800 滤波电容：RlC=4T/2=2T=0.04s800*C=0.04s 所以C=0.04/800=50uF4设计流

9、程图1.设计方框图（3）稳压电路若使用分离元件要有采样、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7809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增大和减少10%的输出 。 Uo，并将其中最大一个代入公式计算Sr，当负载不变时，Sr=UoU1/U1Uo.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Uo，Ro=Uo/Il。2.设计电路图5安装工艺1、 安装工具电烙铁 1个剪刀 1把尖嘴钳 1把万用表 1只工具箱 1个万能板 1块1、 安装工艺简介(4)首先观察原理图，在万能板上根据电气要求进行合理的整体布局最大限度的减

10、少交叉线和飞线，降低干扰自己要形成一个大致的整体布局和接线方法，而且要尽量美观A. 用数字万用表弄清万能板的结构原理； B. 结合万能板的结构原理合理安排集成块和元器件的位置，为了美观大方要求各元件尽可能的保持在同一条直线上； C. 合理布局，分级装调。稳压电源是一个小型电路系统，安装前要对整机线路进行合理布局，一般按照电路的顺序一级一级地布线，连线尽可能短，否则很容易产生自激。D. 从整个万能板来说是否美观好看，关键是导线的布置，所以布线要注意整齐不交叉，集成块相邻管脚之间尽量不布线，相对的引脚之间布线不超过四根。要求导线竖要直、横要平，尽量减少飞线的存在。这样便于调整与测试工作的顺利进行。

11、为了最大可能避免错误的出现，应按元件的排列顺序依次布线，同一元件按管脚顺序依次布线。注意：安装前应检查元器件的质量，安装是特别要注意电解电容、集成芯片等主要器件的引脚和极性，不能接错。从输入级开始向后级安装。 开始安装稳压电源，检查万能板内部结构，确定其内部的电气连接属性1) 检查元器件看是否有损坏，或者不符合规格的，要及时更换。2) 安装一个元器件，先要用尖嘴钳将其引脚成型，然后用镊子把引脚放入万能板高度要适中，符合电气标准完毕后，要用万用表测量元器件引脚和万能板之间是否接触良好，然后再安装下一个元器件。3) 对于导线要用斜口钳切成适当的长度，然后成型安装安装时必须采用绝缘良好的绝缘导线,连

12、线的时候要取好元件与元件的距离.连接的时候线与线之间不能交叉。4) 应避免元器件损坏的发生，插元器件时候要垂直插拔以免行成不必要的损坏。6元件清单1.变压器(输出电压为12V)： 1个2.整流桥： 1个3.电容: 1 uF 1个2200uF 1个0.1 uF 1个10 uF 1个4.电阻: 240欧姆 1个 滑动变阻器： 04.7K欧姆 1个5.芯片317 1个7调试与检测 1.稳压电源部分（2） (1) 输出电压范围测试 调节可调电位器,用数字型万用表测出电阻两端的输出电压,最小值为10.8V,最大值为:13.2V.(2) 最大输出电流测试 将输出电压调整至12V,输出端接通可调电阻,串入数

13、字万用表,测得最大输出电流为:2.06A.(3) 电压调整率测试 将调压变压器输出端接稳压电源的输入端,将稳压电源输出电压调整至12V,调节调压变压器,使其输出从176V升至到253V,用数字万用表测量负载两端的电压,测得最大电压变化量为:10mV,计算得电压调整率为:(0.01/12)*100%=0.083%.(4)负载调整率测试 空载时将输出电压调整至12V,在负载端接入300/120W的变阻器,将变阻器从6调整至100,用数字万用表监视输出电压的变化,测得最大电压变化量为:0.04V,因此负载调整率为:(0.04/12)*100%=0.33%.(5)纹波电压测试 将电压输出调整至12V,

14、外接一个6的电阻,将示波器置于AC/5mV输入挡,测得负载上的纹波电压为:1mV.(6)效率测试 将电压输出调整至12V,外接一个6的电阻,其输出功率P0=81/6=13.5W.在负载不变的情况下,测出稳压电源的交流输入电压为:12V,交流电流为:2.05A.因此输入功率Pi=12*2.05=24.7W(设功率因数为1),电源效率为(P0/Pi)*100%=(13.5/24.7)*100%=40%,达到上述所要求的指标.(7)过流保护及短路保护功能测试 将电压输出调至为9V,外接一个6的电阻,用万用表测得输出电流为:0.说明过流保护功能正常.再将输出短路,现象如同上,说明短路保护功能一切正常.

15、(8)采用单片机(89C51)来实现保护,检测 短路故障排除自恢复,过热保护,防止关机时产生的”过冲”均测试通过;一切正常. 2.稳流电源部分(1) 输出电流测试 输入电压为+12V,改变外接电阻的大小,记录最小电流值Imin与最大电流Imax.Imax=45.40mA, Imin=1.46mA.(2) 负载调整率的测量 输入电压+12V,负载电阻由220至300之间变化,设定输出电流20mA,每上升20测输出电流,数据如下所示:电阻/ 200 220 240 260 280 300电流/mA 19.71 19.72 19.70 19.70 19.70 19.70负载调整率0.02/20.00

16、=0.1%.8误差分析1.综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有: 测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差; 电流表内阻串入回路造成的误差; 测得纹波电压时示波器造成的误差; 示波器, 万用表本身的准确度而造成的系统误差; 可以通过以下的方法去改进此电路: 1 减小接触点的微小电阻;2 测得纹波时示波器采用手动同步;3 采用更高精确度的仪器去检测;9心得体会设计完了，第一感觉：让我获益非浅经过一段时间的努力，又一个课程设计做完了，感觉学到了很多书本上没有的东西。不但锻炼我的动手能力而且巩固我们所学的理论知识，这样实践与理论相结合就可以快而好的掌握知识，理解知识。当然在设计

17、过程中我们并不是一帆风顺，遇到了许多麻烦，起初是从音响功放原理的探讨确定原理图画出原理图制作电路板设计完成。面对出现的问题，我们并不害怕，我们的心态由试试改变为紧追不弃努力完成任务。因为在团队协作的开端，首先我们具备正确的心态，其次我们齐动手，肯学肯钻，所以通过努力与外界的支持、帮助，顺利成功完成本次设计我们真的很高兴。非常感谢学校提供我们这么好的机会，使我对自己的专业提深了兴趣。同时希望以后的机会会更多，当然我也力争一次比一次做的好。10 鸣谢鸣谢：湖南工学院南校区电气与信息工程系领导的大力支持湖南工学院南校区电气与信息系指导龙卓珉老师和李祖林老师湖南工学院南校区实验室领导所提供的实验工具湖南工学院南校区图书馆提供的相关资料本组的成员的大力合作为我们本次课程设计的全体老师11参考文献1 杨素行. 模拟电子技术基础简明教程. 北京:高等教育出版社2 谢字美 电子线路设计.实验.测试. 华中科技大学出版社3,华东师范大学物理系万嘉若,林康运等编著,高等教育出版社,1986年3月.4 康华光.电子技术基础（第四版）.北京：高等教育出版社，1999