邱强杰模电课程设计+直流稳压电源.docx
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邱强杰模电课程设计+直流稳压电源
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-P≤5mV，稳压系数Sr≤5%。
2、设计要求
（1）设计一个能输出±12V/±9V/±5V的直流稳压电源；
（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
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Δvo，并将其中最大一个代入公式计算Sr，
当负载不变时，Sr=ΔVoVI/ΔVIVO。
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ΔVo，ro=ΔVO/ΔIL。
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1
1.1直流稳压电源的基本原理1
1.2各部分的作用1
1.2.1电源变压器1
1.2.2整流滤波电路1
1.2.3三端集成稳压3
1.3稳压电流的性能指标及测试方法4
1.4原理图5
第2章参数选择及数据处理6
2.1数据的选择6
2.2静态调试6
2.3动态调试7
2.3.1稳压电源的性能指标的测试7
2.3.2误差分析8
第3章电路仿真过程与结果9
3.1电路的基本功能测试9
3.2纹波的波形9
结束语11
参考文献11
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=η，式中η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＝（3~5）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1.25V－37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：
Uo＝1.25（1＋R2/R1）
式中R1一般取120－240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6LM317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，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、根据三端可调试输出集成稳压器的特点：
当输入电压为2~40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2~40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=3×10-3.则由式
由式
得滤波电容，电容C的耐压应大于
。
故取2只2200μF/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=1.2V~37V,Iomax=1.5A,最小输入、输出压差（Vi—Vo）max=40V。
组成的稳压电源电路，由式得Vo=1.25（1+RP1/R1）,取R1=240Ω，则RP1min=336Ω,RP1max=1.49kΩ,故取RP1为4.7KΩ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+=10.50V
IA-=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=47.70Ω
r-=VO-／IA-=10.48V/0.218A=48.01Ω
3）、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+=10.12V，V01-=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+]
≈0.00167
Sr-=（△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=12.67%
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Vpp
U0
9V
9.051V
28.720uV
U0'
-9V
-8.993V
654.5uV
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.
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