正负5v固定输出的三端稳压电路.docx
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正负5v固定输出的三端稳压电路
南华大学电气工程学院
《电子技术课程设计》任务书
设计题目：
±5V固定输出的稳压器
专业：
本09通信02班
学生姓名:
肖立传学号:
***********
起迄日期:
2012年1月3日~2012年1月13日
指导教师:
黄智伟宁志刚
教研室主任：
王彦
1.电子技术课程设计任务书……………………2
2.系统设计
2.1设计目的…………………………………………5
2.2电路设计…………………………………………6
2.2.1设计整流、滤波电路………………………………6
3.单元电路设计与分析
3.1设计电路图…………………………………………7
3.2单元电路分析………………………………………8
3.3PCB的绘制…………………………………………10
4.元件清单……………………………………………11
3.1系统测试…………………………………………11
5.结论…………………………………………11
6心得体会……………………………………………12
7.参考文献……………………………………………13
《电子技术课程设计》任务书
1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：
一、课程设计内容
题目：
±5V固定输出的稳压器
要求：
输入电压为AC220V，输出电压为DC±5V，输出电流500mA。
注：
可以采用LM7805，LM7905等集成电路芯片制作。
二、课程设计要求
1.综合运用已学习过模拟电路和数字电路等知识，阅读相关集成电路芯片资料和相关文献，了解电子电路设计的有关知识，方法和特点，掌握基本的电子电路设计和芯片使用方法。
2.一人一题，所设计的电路必须制作成功，并且全部或者部分通过计算机仿真。
课程设计必须自己独立完成，不得从网上下载，一经发现该课程成绩记零分。
3.课程设计设计说明书（报告）应包括有：
①电路工作原理分析
②电路元器件参数设计计算
③电路调试说明
④电原理图和PCB图（必须自己画）
⑤元器件装配图（必须自己画）
⑥元器件清单
⑦自己的收获和体会
⑧要求字数不得少于3500字
⑨要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel等软件绘制电原理图（SCH）、元器件布局图和印制电路板（PCB）。
4.所有的文档和表格必须采用Word形式。
5.同类型的设计题可以组成一个设计组，组员之间可以开展研究与讨论。
雷同者均计0分。
6.阅读有关芯片英文参考资料，理解资料内容。
7.英文资料中的曲线、参数、方框图、引脚端封装等图（不包括电原理图和PCB图）可以直接采用（pdf文档中的图可放大300倍后裁剪到Word文档中），图中的英文可以采用英文（中文）方式翻译在图下。
8.英文资料中的一些词，如果翻译拿不准，可以采用英文（中文）方式标注。
9.设计资料中的有关的公式可以直接采用。
10.课程设计结束，需要交制作的作品、文字稿和电子稿，采用Word文档形式。
11.成绩评定：
①按ABCDE分档，其中：
优秀为A，良好为B，中等为C，及格为D，不及格为E。
②课程设计设计说明书占60%，实物制作占40%。
2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕：
设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书,语言流畅简洁，文字不得少于3500字。
要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板（PCB）,器件的选择要有计算依据。
3．主要参考文献：
（1）黄智伟．全国大学生电子设计竞赛技能训练[M]．北京：
北京航空航天大学出版社，2007
（2）黄智伟．全国大学生电子设计竞赛制作实训[M]．北京：
北京航空航天大学出版社，2007
（3）黄智伟．全国大学生电子设计竞赛系统设计[M]．北京：
北京航空航天大学出版社，2006
（4）黄智伟．全国大学生电子设计竞赛电路设计[M]．北京：
北京航空航天大学出版社，2006
（5）黄智伟．全国大学生电子设计竞赛常用电路模块制作[M]．北京：
北京航空航天大学出版社，2011
（6）黄智伟等.基于NImultisim的电子电路计算机仿真设计与分析[M]．北京：
电子工业出版社，2007
（7）黄智伟.印制电路板（PCB）设计技术与实践[M]．北京：
电子工业出版社，2009
（8）高吉祥等.电子技术基础实验与课程设计[M]．北京：
电子工业出版社，2002
（9）吴运昌.模拟集成电路原理与应用[M]．广州：
华南理工大学出版社，2001年
（10）谭博学等.集成电路原理及应用[M]．北京：
电子工业出版社，2003
（11）魏立军.CMOS4000系列60种常用集成电路的应用[M]．北京：
人民邮电出版社，1993
（12）杨宝清.实用电路手册[M]．北京：
机械工业出版社.2002
（13）陈有卿.报警集成电路和报警器制作实例[M]．人民邮电出版社1996
（14）肖景和.红外线热释电与超声波遥控电路[M]．人民邮电出版社.2003
4．课程设计工作进度计划：
序号
起迄日期
工作内容
1.
2012.1.3~2012.1.4
资料查找和阅读
2
2012.1.5~2012.1.6
电路方案选择，电路设计和计算，电路仿真
3
2012.1.6~2012.1.7
材料购买，电路设计和PCB设计
4
2012.1.8~2012.1.9
PCB制作，电路元器件安装
5
2012.1.10~2012.1.11
作品调试
6
2012.1.12~2012.1.13
课程设计设计说明书写作
主指导教师
黄智伟宁志刚
日期：
2011年11月21日
摘要：
随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件。
集成稳压器具有体积小，外接线路简单、使用方便、工作可靠和通用性等优点，因此在各种电子设备中应用十分普遍。
常见的集成稳压器以三端稳压器居多，三端稳压器有两种，一种固定输出三端稳压器，另一种可调输出三端稳压器。
固定输出又有正负之分，78xx系列表示固定输出正电压，如7805、7806、7809、7812、7815、7818、7824等，79xx系列也与之对应，只是输出负电压。
在这里采用正负5v固定输出的三端稳压电路制作正负固定输出稳压电源。
该电路把220v交流电压通过12v变压器变压，再经过整流、滤波后分别通过LM7805、LM7905两个稳压器芯片稳压输出正负5v的电压。
Abstract:
Withthedevelopmentofsemiconductortechniques,regulatorshavealsomadeanintegratedcircuitdevice.Integratedvoltageregulatorissmall,anexternalcircuitsimple,easytouse,reliableandversatility,etc.,sotheapplicationofavarietyofelectronicdevicesiswidespread.Commonintegratedthree-terminalregulatortoregulatormajority,three-terminalregulator,therearetwo,afixedoutputthree-terminalregulator,andtheotheroutputofthree-terminaladjustableregulator.Fixedoutputagainbedividedintopositiveandnegative,78xxseries,saidfixedoutputpositivevoltage,suchas7805,7806,7809,7812,7815,7818,7824etc.,79xxseriesarealsocorresponding,buttheoutputnegativevoltage.Hereusingafixedoutputofplusorminus5vregulatorcircuitproductionofplusorminusthree-terminalfixedoutputpowersupply.ThecircuittoACvoltagethroughthe12vtransformer220vtransformer,thenrectified,filteredseparatelythroughtheLM7805,LM7905voltageregulatorICswithtwopositiveandnegative5vregulatedoutputvoltage.
关键词：
固定输出三端稳压器7805、7905整流滤波
Keywords:
Fixedoutputthree-terminalregulator7805、7905Rectifierfilter
2.系统方案设计
2.1设计目的
设计并制作正负5v固定输出三端稳压电路
2.2电路设计
2.2.1设计整流、滤波电路
首先确定整流电路结构为桥式电路；滤波选用电容滤波。
电路如下图所示。
理论上来说，整流电路中的电容越大越好，可以减小电路中的脉动。
但并不是电容越大电流就越大，要是需要大电流的话，可以在稳压电路的基础上加扩流电路
电路的输出电压UI应满足下式：
U≥Uomax+（UI-UO）min+△UI
式中，Uomax为稳压电源输出最大值；（UI-UO）min为集成稳压器输入输出最小电压差；URIP为滤波器输出电压的纹波电压值（一般取UO、（UI-UO）min之和的确良10%）；△UI为电网波动引起的输入电压的变化（一般取UO、（UI-UO）min、URIP之和的10%）。
整流滤波电路
对于集成三端稳压器，当（UI-UO）min=2~10V时，具有较好的稳压特性。
故滤波器输出电压值：
UI≥15+3+1.8+1.98≥22（V）,取UI=22V.根据UI可确定变压器次级电压U2。
U2=UI/ 1.1～1.2≈（20V）
在桥式整流电路中，变压器，变压器次级电流与滤波器输出 电流的关系为：
Ｉ2=（1.5～2）II≈（1.5～2）IO=1.5×0.5=0.75（A）.取变压器的效率η＝0.8,则变压器的容量为
P=U2I2/η=20×0.75/0.8=18.75（W）
选择容量为20W的变压器。
因为流过桥式电路中每只整流三极管的电流为
ID=1∕2Imax=1/2IOmax=1/2×0.5=0.25（A）
每只整流二极管承受的最大反向电压为
选用三极管IN4001，其参数为：
ID=1A，URM=100V。
可见能满足要求。
一般滤波电容的设计原则是，取其放电时间常数RLC是其充电周期的确2～5倍。
对于桥式整流电路，滤波电容C的充电周期等于交流周期的一半，即
RLC≥（2～5）T/2=2～5/2f,
由于ω＝2πf,故ωRLC≥（2～5）π,取ωRLC＝3π则
C=3π/ωRL
其中RL=UI/II，所以滤波电容容量为C＝3πII/2πfUI＝（3π×0.5）/2π×50×22＝0.681×103（μF）
取C=1000µF。
电容耐压值应考虑电网电压最高、负载电流最小时的情况。
UCmax=1.1×
U2max=1.1×
×20≈31.1（V）
综合考虑波电容可选择C=220µF，50V的电解电容。
另外为了滤除高频干扰和改善电源的动态特性，一般在滤波电容两端并联一个0.01～0.1µF的高频瓷片电容。
3单元电路设计与仿真
3.1设计电路图（如下）
基本原理：
先用9v的变压器对其进行变压，变压后再对其进行整流，整流后是高低频的滤波电路，最后是通过7805和7905两片稳压器芯片稳压，稳压后为了进一步得到更加稳定的电压，在稳压电路后再对其进行小小的滤波，最后得到正负5v输出的稳压电源。
正负5v固定输出三端稳压电路
3.2单元电路的分析
（1）电源电路
本电路要求输出正负5v直流电压，为了保证电路能够正常工作，虽然需要保证输入电压应大于输出电压2.5v，但输入端电压与输出端电压的压差不要太大，压差过大会使损耗在稳压器上的功耗增大，过大的稳压器损耗可能会损坏集成稳压器，使用时要保证稳压器消耗的功率不超过额定值，塑料封装（TO-220）最大功耗为10w。
同样电流也有限制，塑料封装（TO-220）的最大输出电流为1.5A但需要加装散热器。
如果在使用过程中不加装散热器，为了安全起见整流后输入、输出压差控制在2.5~5v，输出电流不应超过0.5A。
故这里采用9v的双输出变压器。
（2）整流电路
采用一个桥式整流电路，该电路由四个相同的整流二极管D1-D4组成。
整流后的输出电压为
V1=2*
V2/
=10.8v基本满足电源电路的要求
二极管D1、D2、D3、D4是两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为
I=
I1
每个管子承受的最大反压均为V2的最大值，即
V=
V2
桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分利用，效率较高。
（3）滤波电路与保护二极管
电路中C5、C6、C7、C8的作用为消除输人端引线的电感效应，防止集成稳压器自激振荡，还可以抑制输人侧的高频脉冲干扰，一般选择0.1～1μF的陶瓷电容器，这里C7、C8选用220uF，C5、C6选用0.33uF；输出端电容C3、C4为高频去耦电容，用于消除高频噪声，一般选择0.1～1μF的陶瓷电容器，在实际布线时尽可能的将C3、C4、C5、C6放置在集成稳压器附近这里选用0.1uF；输出端电容C1C2用于改善稳压电路输出端的负载瞬态响应，根据负载变化情况进行选择，一般选用100～1000μF的电解电容器,这里选用100uF。
VD1、VD2是保护二极管，用来防止在输出端电压高于输人端电压时，防止电流逆向通过稳压器而损坏器件，采用IN4007，耐压为1000v。
（4）三端固定输出集成稳压器
稳压器内部电路由恒流源、基准电压源、取样电阻、比较放大、调整管、保护电路、温度补偿电路等组成。
输出电压值取决于内部取样电阻的数值。
根据电路要求这里采用LM7805和LM7905，其引脚如下所示
集成稳压器内部结构如下图所示：
工作原理：
图中三极管为调整管，它工作在线性放大区，故又称为线性稳压电源（还有一种稳压电路，调整管工作在开关状态下），D1为基准电压源，后面三个电阻，组成取样电路，把取样结果与基准电压源之差进行放大。
当负载Ui（或负载电流Io减小）,引起采样输出电压Uo增加时，采样电路将这一变化送到A的反相输入端，然后与同相输入端的电位进行比较放大，运放的输出电压，即调整管的基极电位降低（高）；由于电路采用射极输出形式，所以输出电压必然降低（升高），从而使输出电压得到稳定。
同理，当输入电压Ui减小（或负载电流增大），引起Uo减小时，电路将产生相反的稳压过程。
三端固定输出电压集成稳压器，因内部有过热、过流保护电路，因此它的性能优良，可靠性高。
又因这种稳压器具有体积小。
用方便、价格低廉等优点，得到广泛应用。
2.3原理图的PCB绘制：
4.元件清单
元件清单
名称及标号
型号及大小
封装形式
数量
变压器
220V-12V
无
1
整流桥
KPBC610
自己画的
1个
电容
电解电容
220uF
RB.3/.6
2个
10uF
RB.2/.4
2个
陶瓷电容
0.33uF
RAD-0.2
2个
0.1uF
RAD-0.1
2个
保护二极管
IN4007
DIODE-0.4
1个
IN4007
DIODE-0.4
1个
稳压器
LM7805
TO-220
1个
LM7905
TO-220
1个
4．1系统测试
整个稳压电路系统由变压、整流、滤波、稳压四个部分组成，用万用表分别对这几部分进行测试，可得出如下测试表格。
双向变压器输出电压
整流桥输出电压
最终输出电压
理论值
9v
9v
+5v和-5v
测试值
9.01v
8.99v
+4.99v和-4.93v
5.结论
本课程设计运用了模拟电路的基本知识，通过变压，整流，滤波、稳压等步骤，输出理论输出值为正负5v,而实际输出为正4.99v和负4.86v的直流电压。
总结如下：
优点：
该电路设计简单。
输出电压稳定，纹波值小，而且使用的元件较少，经济实惠，输出功率大，调整管可承受的范围也很大。
缺点：
输出电压不可调，有时需要扩大输出电压的调节范围，故使用不方便。
可设计一个可调输出三端稳压电路。
6心得体会
通过这次课程设计，是我更加扎实的掌握了有关电子设计方面的知识，加强了我的动手，思考和解决问题的能力。
在设计过程中虽然遇到了不少的问题，但经过多次的查阅资料和请教同学，终能将问题圆满解决。
但是也暴露了我在这方面的知识欠缺和经验不足。
实践出真知，通过亲自动手制作，使我更加明白了实践的重要性。
过而能改，善莫大焉。
在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。
最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。
在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！
课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。
同时，设计让我感触很深。
使我对抽象的理论有了具体的认识。
通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用仪器、仪表；了解了电路的连线方法；以及如何提高电路的性能等等，掌握了焊接的方法和技术，通过查询资料，也了解了稳压电源的构造及原理。
我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。
更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。
这对于我们的将来也有很大的帮助。
以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。
就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。
回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
通过这次课程设计，我从中学到了很多，也更加的体会到了“态度决定一切”这句话的含义。
首先这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性。
把理论知识和实践相结合，将理论付诸于行动，从实践中得出结论，才能更加深刻的理解书本上的知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考能力。
7.参考文献
（1）黄智伟．全国大学生电子设计竞赛训练教程．北京：
电子工业出版社，2005
（2）曲学基.稳定电源实用电路选编.北京：
电子工业出版社，2003
（3）康华光.电子技术基础模拟部分.北京：
高等教育出版社，2005
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