5V稳压电源Word文件下载.docx
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引言
直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。
变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。
整流器把交流电变为直流电。
经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。
本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的+/-5v直流电，并实现电压可在3-12V连续可调。
电源的发展经历了整流器时代，逆变器时代、变频器时代并逐步向绿色靠拢。
稳压电源的历史可追溯到十九世纪，爱迪生发明电灯时，就曾考虑过稳压器，到二十世纪初，就有铁磁稳压器以及相应的技术文献，电子管问世不久，就有人设计了电子管直流稳压器，在四十年代后期，电子器件与磁饱和元件相结合，构成了电子控制的磁饱和交流稳压器。
五十年代晶体管的诞生使晶体管串联调整稳压电源成了直流稳压电源的中心。
六十年代后期，科研人员对稳定电源技术做了新的总结，使开关电源，可控硅电源得到快速发展，与此同时，集成稳压器也不断发展。
直至今日，在直流稳压电源领域，以电子计算机为代表的要求供电电压低，电流大的电源大都由开关电源担任，要求供电电压高，电流大的设备的电源由可控硅电源代之，小电流、低电压电源都采用集成稳压器。
1设计方案
1.1总体设计目标
（1）学习基本理论在实践中综合运用的初步体验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。
（2）学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。
（3）培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。
（4）设计并制作一个开关稳压电源，主要技术指标要求：
该电源的技术参数：
直流稳压输出5V：
最大输出电流3A；
电压调整率≤0．001％／V；
纹波系数≤0．002％：
等效内阻≤0．15Ω；
稳压系数≤0.005％。
（5）设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。
（6）自拟试验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，交指导教师审核。
（7）批准后，进行组装、调试，并测试其主要性能参数。
1.2总体设计思路
①电网供电电压交流220V（有效值）50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。
②降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。
③脉动大的直流电压须经过滤波、稳压电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成分滤掉，保留其直流成分。
④滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。
系统框图如下
图1.2系统框图
2相关运用与功能
2.1整流电路
整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。
整流电路的类型和分类：
电源电路中的整流电路主要有半波整流电路、全波整流电路和桥式整流三种。
2.1.1半波整流电路
半波整流电路是一种最简单的整流电路，如图2.1。
它由电源变压器B、整流二极管D和负载电阻Rfz，组成。
变压器把市电电压（多为220伏）变换为所需要的交变电压E2，D再把交流电变换为脉动直流电。
变压器次级电压E2，是一个方向和大小都随时间变化的正弦波电压，它的波形如图2所示。
在0～K时间内，E2为正半周即变压器上端为正下端为负。
此时二极管承受正向电压面导通，E2通过它加在负载电阻Rfz上，在π～2π时间内，E2为负半周，变压器次级下端为正，上端为负。
这时D承受反向电压，不导通，Rfz，上无电压。
在π～2π时间内，重复0～π时间的过程。
而在3π～4π时间内，又重复π～2π时间的过程…这样反复下去，交流电的负半周就被"
削"
掉了，只有正半周通过Rfz，在Rfz上获得了一个单一右向（上正下负）的电压，达到了整流的目的。
但是，负载电压Usc。
以及负载电流的大小还随时间而变化，因此，通常称它为脉动直流。
这种除去半周、图下半周的整流方法，叫半波整流。
不难看出，半波整说是以"
牺牲"
一半交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低（计算表明，整流得出的半波电压在整个周期内的平均值，即负载上的直流电压Usc=0.45E2）因此常用在高电压、小电流的场合，而在一般无线电装置中很少采用。
图2.1半波整流电路
2.1.2全波整流电路
如果把整流电路的结构作一些调整，可以得到一种能充分利用电能的全波整流电路。
图2.1是全波整流电路的电原理图。
全波整流电路，可以看作是由两个半波整流电路组合成的。
变压器次级线圈中间需要引出一个抽头，把次组线圈分成两个对称的绕组，从而引出大小相等但极性相反的两个电压E2a、E2b，构成E2a、D1、Rfz与E2b、D2、Rfz，两个通电回路。
全波整流电路的工作原理，可用图2所示的波形图说明。
在0～π间内，E2a对Dl为正向电压，D1导通，在Rfz上得到上正下负的电压；
E2b对D2为反向电压，D2不导通。
在π-2π时间内，E2b对D2为正向电压，D2导通，在Rfz上得到的仍然是上正下负的电压；
E2a对D1为反向电压，D1不导通。
图2.2全波整流电路
2.1.3桥式整流
桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。
这种电路，只要增加两只二极管口连接成“桥”式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。
图2.3桥式整流电路
桥式整流电路的工作原理如下：
E2为正半周时，对D1、D3和方向电压，Dl，D3导通；
对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。
电路中构成E2、Dl、Rfz、D3通电回路，在Rfz，上形成上正下负的半波整洗电压，E2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；
对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。
电路中构成E2、D2、Rfz、D4通电回路，同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。
如此重复下去，结果在Rfz，上便得到全波整流电压。
其波形图和全波整流波形图是一样的。
从图2.3中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整洗电路小一半。
2.2滤波电路
滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。
2.2.1滤波的基本概念
滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。
电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。
电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。
经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。
2.2.2电容滤波的计算
电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。
工程上有详细的曲线可供查阅。
一般常采用以下近似估算法：
一种是用锯齿波近似表示，即：
另一种是在RLC=（3-5）T/2的条件下，近似认为VL=VO=1.2V2。
（或者，电容滤波要获得较好的效果，工程上也通常应满足RLC≥6~10。
）
2.3稳压电路
稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。
2.3.1引起输出电压不稳定的原因
引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输入电压的变化。
2.3.2稳压电阻及其作用
稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻R的阻值大小有关。
稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻R越大，稳压性能越好。
稳压电阻R的作用：
将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，从而起到调节作用，同时R也是限流电阻。
2.3.3稳压管
一般三极管都是正向导通，反向截止；
加在二极管上的反向电压、如果超过二极管的承受能力，二极管就要击穿损毁。
但是有一种二极管，它的正向特性与普通二极管相同，而反向特性却比较特殊；
当反向电压加到一定程度时，虽然管子呈现击穿状态，通过较大电流，却不损毁，并且这种现象的重复性很好；
反过来着，只要管子处在击穿状态，尽管流过管子的电在变化很大，而管子两端的电压却变化极小起到稳压作用。
这种特殊的二极管叫稳压管。
2.3.4选择稳压管和限流电阻
1．因为稳压管是与负载并联的，所以稳田管的稳定电压应该等于负载直流电压,即Uw＝Usc。
稳压管最大稳定电流的选择，要考虑到特殊情况下稳压管通过的最大电流：
一种情况是，当负载电流Ifz＝0时，全部最大负载电流Ifzmax都通过稳压管；
另一种情况是，输入电压Usr，升高，也会引起通过稳压管电流增大。
一般取稳压管最大电流：
选用动态电阻小、电压温度系数小的稳压管，有利于提高电压的稳定度。
2．限流电阻R1可由式中算出：
因为Usr、和Ifz都是变化的，为了保证Ifz＝0时Iw不起超过稳压管的最大稳定电流，R1要足够大，为了保证稳定作用，又必须保证在Usr，最小时，Iw大于稳压管的最小稳定电流。
综合上述两右面的考虑，限流电阻R1的选择范围是：
3软件部分设计方案及仿真
3.1multisim软件功能简介
Multisim是InteractiveImageTechnologies（ElectronicsWorkbench）公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
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。
为适应不同的应用场合，Multisim推出了许多版本，用户可以根据自己的需要加以选择。
在本书中将以教育版为演示软件，结合教学的实际需要，简要地介绍该软件的概况和使用方法，并给出几个应用实例。
Multisim是加拿大图像交互技术公司（InteractiveImageTechnoligics简称IIT公司）推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。
Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。
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。
3.2AltiumDesigner软件功能简介
AltiumDesigner提供了唯一一款统一的应用方案，其综合电子产品一体化开发所需的所有必须技术和功能。
AltiumDesigner在单一设计环境中集成板级和FPGA系统设计、基于FPGA和分立处理器的嵌入式以及PCB版图设计、编辑和制造。
并集成了现代设计数据管理功能,使得AltiumDesigner成为电子产品开发的完整解决方案－一个既满足当前，也满足未来开发需求的解决方案。
最新发布的AltiumDesigner10为您带来了一个全新的管理元器件的方法。
其中包括新的用途系统、修改管理、新的生命周期和审批制度、实时供应链管理等更多的新功能!
Release10将继续保持不断插入新的功能和技术的过程，使得您可以更方便轻松地创建您的下一代电子产品设计。
Altium的统一的设计架构以将硬件，软件和可编程硬件等等集成到一个单一的应用程序中而闻名。
它可让您在一个项目内，甚或是整个团队里自由地探索和开发新的设计创意和设计思想，团队中的每个人都拥有对于整个设计过程的统一的设计视图。
AltiumDesigner10提供了一个强大的高集成度的板级设计发布过程，它可以验证并将您的设计和制造数据进行打包，这些操作只需一键完成，从而避免了人为交互中可能出现的错误。
发布管理系统简化规范了发布您的设计项目的流程，或者更具体地说，是那些项目中定义的配置，直观，简洁而且稳定。
更重要的是，该系统可以被直接链接到您的后台版本控制系统。
新增的强大的预发布版验证手段的组合-用以确保所有包含在发布中的设计文件都是当前的，与存储在您的版本控制系统中的相应的文件“主人”保持同步的文件，并且通过了所有特定的规则检查ERC,DRC,等等，从而，您可以在更高层面上控制发布管理，并可保证卓越的发布质量。
3.4设计步骤及方法
首先，确定好原理图后，在multisim软件上画好，并仿真；
仿真成功后再在AltiumDesigner软件上面画好PCB图；
最后做板。
4电路板的制作及调试
4.1PCB的印制和电路板的制作
运行AltiumDesigner软件，首先新建工程，新建一个原理图文件，在AltiumDesigner中再选择相应的元件，进行布局、连线，修改它所对应的封装，再导入原理图中，检查原理图无误后，生成网络表。
新建一个PCB文件，导入前一步中生成的网络表，排查其中的错误直到能够成功导入。
对于导入的元件进行布局，尽量使电路板看起来紧凑一些，同时减少线与线之间的交叉，减少不必要的跳线，使用手动布线之后再对照原理图检查多遍是否正确，然后去打印店打印PCB。
科协有印版的机器，在印制电路板前首先用砂纸将铜板打磨光滑方便印制和腐蚀，在印版时将电路板和打印的PCB纸紧密相贴，双手送入机器当中，反印两次之后就基本成功了，之后检查是否存在有断线，用油性笔将有断线的地方即使连接起来。
之后将浓盐酸、双氧水和水按照一定的比例配置成腐蚀液，将印制好的电路板放入其中，用手晃动盛有腐蚀液的容器可以加快反应速度。
在反应完后取出电路板，用清水清洗之后就可以开始打孔了，打孔的时候要对准，不然在之后插元件尤其是多管脚的芯片时会很困难，也不要磨针，不然很容易就会断。
在打完孔之后，用砂纸打磨一遍，再涂上松香防止腐蚀，就可以开始对电路板进行元件的焊接了，焊接时应注意要焊稳，防止虚焊的产生。
如果腐蚀液以及反应完，可以向科协的同学说明，并在同学指导下把腐蚀液配置好，不要自己配置腐蚀液，并且注意安全。
4.2电路板的调试过程及所遇问题的解决方案
电路所设计的功能能否实现，电路板制作的好坏也起了很大的作用。
在接通市电前，我先对电路中的主要线路进行了测量，包括变压器，稳压管，芯片之间的连线，然后就接上220V电源，开始对电路中的功能进行检测。
接通220V电源后，首先观察指示灯是否亮，如果不亮，一一看电路板是否虚焊了。
还有灯如果亮，但是不按预期结果出现，电路也没有虚焊，灯并没有按照程序亮法亮，这样检查焊锡是否多了，焊锡多了也容易出现问题，因为焊接时，焊锡会空隙焊接，实际上并没有焊接好电路。
在这次的调试过程中，从最开始的制作PCB到后来的电路板进行实物检测，我都遇到了很多的问题，以下是我对这些问题的解决过程以及从中获得的心得体会。
4.2.1元件的封装
由于AltiumDesigner软件配备的元件库已经很旧了，因此在电路板的制作之前最好先买好元器件用游标卡尺对各个管脚的宽度进行测量，确定各个管脚的功能和封装是否能够对应，不然在焊好元件之后发现封装错误只好重做，这也需要平时多动手，多熟悉各种元件的管脚功能，毕竟元器件店卖的芯片型号很多，实现的功能也可能和课本上的不一样。
也可以去上网XX，下载最新的元件库，记得要多上网，接触最新的信息。
4.2.2断线和虚焊
由于科协做板的人很多，因此大家都是放在一起腐蚀，难免会有许多的剐蹭。
因此腐蚀好的电路板出现断线也就在所难免，因此在做完电路板，焊接好元件之后就要对线路进行全面的检查，用万用表对着原理图来测量，不能光凭肉眼判断。
在这次的课设中，在焊好元件后我已经对线路进行了检查，然后在后来的调试过程中发现原来检查好的线路上又出现了断线，应该是在调试的过程中剐蹭造成的，因此在电路不能实现功能时要及时进行线路的检查。
在焊接的技术不是很熟练的时候，虚焊很容易出现，而且与断线相比，它不容易被发现，特别是对于多管脚的芯片，由于前面打孔的时候没打好，芯片插进去的时候就会很困难，很容易出现一些管脚没有完全穿过去的情况，这个时候就最容易出现虚焊，在这次课设的过程中，就是有一个芯片的管脚没有插好导致电路没有实现功能。
还有，管脚特别多的时候，不能把管脚焊接在一起，这样会造成电路短路，元器件会容易烧坏，所以，在接电源之前要注意检查虚焊和焊接是否会造成短路。
还有注意芯片的保护，由于芯片管脚很多，而且芯片管脚比较小，所以在芯片的安放和拿出过程中必须要小心，不能把芯片管脚弄坏，建议使用工具把管脚取出。
4.2.3万用表的使用
使用万用表，可以检查电路是否虚焊了，这样有助于保证电路板成功实它的功能。
4.2.4板子的调试
（1）仔细检查装好的电路，确定元件与导线连接无误后，接通电源。
（2）输入220V有效值市电，观察输出是否为5V，若输出为5V，则表明能够滤波整流。
（3）调整输入电压在正负百分之十变化，观察板子是否具有稳压的作用，若板子具有稳压的作用则输出电压会在很小的值范围波动。
若不达到要求，应根据相关公式调整有关的元件，使其达到设计要求。
通过测试设计值点电路板的结果，对电路板进行修正以达到设计要求。
4.2.5实验数据
（1）实测数据
设计指标：
输入220V有效值交流电输出为5V恒定直流，调整输入电压观察输出电压的波动小于0.01V。
实际输出为4.96V，波动为0.01V在误差范围内基本满足本次课程设计要求。
（2）理论软件仿真数据
实验数据分析如图4：
红色曲线为输入220V在正负10%波动，蓝色曲线为输出5V无纹波波动，在软件上仿真数据指标与理论想符合。
图4
5结论
本次课程设计，是第一次课程设计。
感触很深，本来很多软件都还没有学，像AltiumDesigner软件，多亏同学的帮助，还有网上的很多视频教程。
在同学帮助下，还有老师指导和自己努力下，自己慢慢学会了很多东西。
学会怎么样绘制原理图，绘制PCB板，还有怎样更好去焊接板。
实验中，由于是第一次由自己设计做的板，刚开始的时候，由于自己的理论不足，经验不足，导致好多错误。
不过，通过老师的指导，同学的帮助，还有自己去图书馆翻阅资料，在网上看很多软件教学视频，使自己学会了很多理论知识。
在做电路板的过程中，自己去腐蚀，大孔，焊接还有校检电路。
在此过程中，知道注意设置PCB焊盘的大小，电路的铜线大小，还有打孔的大小。
这些都会对后面焊接电路的成功与否有比较大的左右，还有也知道自己应该多动手，多多练习做电路板。
在本次课程设计过程中，我深刻了解到自己的各方面知识是多么匮乏，还有自己的动手能力是那么的弱。
这告诉我多去学习相关资料，多去上网看一下关于专业所用的相关软件教程，有什么不懂的地方，应该多去向老师请教，多去和同学交流。
当然，最主要的还是多锻炼自己的动手能力。
在这次模拟电子技术基础课程设计中，我在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、设计的能力，在各种其它能力上也都有了提高。
更重要的是，在设计，我还学会了很多学习的方法以及相关软件的使用,如protel99se。
本设计使用protel99se来设计电路原理图。
而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。
我将所学知识运用到设计中，按照设计要求设计电路的参数，在按对应的参数选取元器件，通过查找资料了解元器件的主要特性与相关使用注意事项。
在电路设计中选取最优元件来满足设计的要求。
要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。
相信以后我会以更加积极地态度对待我的学习、对待我的生活。
我的激情永远不会结束，相反，我会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己的优点，去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。
只有不断的测试自己，挑战自己，才能拥有更多的成功和快乐！
Tous,happinessequalssuccess!
快乐至上，享受过程，而不是结果！
认真对待每一个实验，珍惜每一分一秒，学到最多的知识和方法，锻炼自己的能力，这个是我在课程设计中学到的最重要的东西，也是以后都将受益匪浅的！
谢辞
本次课程设计，我可以顺利完成任务，首先要感谢老师的指导，再次感谢同学们给与我的帮助，其次，也要感谢科协的同学在我去做电路板的过程中，帮我配置腐蚀液，最后，也要感谢学校给我们这样一次锻炼的机会，感谢学校给我们提供给我们锻炼的场所和氛围。
正是老师、同学、学校给予我锻炼的机会，让本次课程设计能够顺利成功完成。
参考文献
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《模拟电子技术基础》，电子工业出版社，2010
[2]周茜编著：
《电路分析基础》，电子工业出版社，2008
[3]阎石等编著：
《数字电子技术基础》，高等教育出版社，2008
[4]吉雷.章优仕.齐永龙.Protel99电子电路设计[M],成都：
电子科技大学出版社，2000
[5]胡宴如、耿苏燕。
模拟电子技术（第三版），高等教育出版社2008,235～256
[6]赵桂钦，模拟电子技术教程与实验，清华大学出版社，2008,37～39
[7]邱关源电路原理（第五版）高等教育出版社2006
[8]王增福等编著.新编线性直流稳压电源.电子工业出版社.2004
附录
1.设计相关附图
元器件清单：
电阻680欧姆1个
电阻100欧姆1个
电容1uf1个
电解电容220uf1个
稳压器LM78051个
发光二极管1B4B421个
整流桥1个
变压器1个
二极管1N40021个
图1.1元件清单
图1.2Multisim
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