直流稳压电源设计报告multisim.docx

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直流稳压电源设计报告multisim

西安文理学院机械与材料工程学院

专业课程设计报告

专业班级测控技术与仪器一班

课程电子技术课程设计

题目直流稳压电源的设计

学号

学生姓名

指导教师

2017年3月

西安文理学院机械与材料工程学院

课程设计任务书

学生姓名11专业班级15级测控技术与仪器1班学号2807150120

指导教师22职称讲师教研室测控

课程电子技术课程设计

题目

直流稳压电源的设计

任务与要求

使用Multisim仿真软件，设计一个采用220V，50Hz交流电网供电，固定输出的集成稳压电源，其指标为UO=+12V；IOmax=800mA。

设计要求：

（1）设计系统总体框架

（2）设计电路

（3）绘制电路图并仿真

（4）撰写设计报告

开始日期2017.3.10完成日期2017.3.24

2017年2月24日

直流稳压电源的设计

摘要

本设计是设计一个由220V，50Hz交流电源供电，输出为12V电压，限制电流800mA的交流稳压电源。

首先使用电源变压器将220V的电网电压变成所需要的交流电压，经过由二极管组成的桥式整流电路，将正负交替的正弦交流电压变成单方向的脉动电压，再经过滤波电容使输出电压成为比较平滑的直流电压，在以三端固定式集成稳压器7812为核心构成的直流稳压电路，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。

这类稳压器有输入，输出和公共端三个端口，输出电压固定不变，所以输出稳定性极好。

本设计就是应用上述原理实现了直流稳压电源的设计。

关键词：

直流稳压电源；三端稳压器；变压器；滤波电容；整流二极管。

第一章任务与要求

使用Multisim仿真软件，设计一个采用220V，50Hz交流电网供电，固定输出的集成稳压电源，其指标为UO=+12V；IOmax=800mA。

设计要求：

（1）设计系统总体框架

（2）设计电路

（3）绘制电路图并仿真

（4）撰写设计报告

第二章总体布局与各部分电路分析

2.1系统模块

此系统包括电源变压器、整流电路、滤波电路、和稳压电路四大部分：

2.2总体设计

电子设备一般都需要直流电源供电。

这些直流电除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源

直流稳压电源框图

直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图所示。

电网供给的交流电压厂U1（220V，50Hz）经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压U2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压U3，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压U4，但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。

在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。

2.3直流电源的组成及各部分的筛选与作用

2.3.1变压电路

变压电路相对简单，仅有一个单相变压器，变压器将220V市电转化为电路能承担的电压。

2.3.2整流电路

整流电路是利用二极管的单向导电性，将交流电压转换为直流电压的电路。

有半波整流、全波整流以及桥式整流，最常用的是单相桥式整流电路。

1）半波整流电路

半波整流电路如图3.2.1a所示，变压器的次级绕组与负载相接，中间串联一个整流二极管就是半波整流电路。

利用二极管的单向导电性，只有半个周期内有电流流过负载，另半个周期被阻，没有电流。

这种电路，变压器中有直流分量流过，降低了变压器的效率，整流电流的脉动成分太大，对滤波电路的要求只适用于小电流整流电路。

图中T为电源变压，RL为电阻性负载。

2．工作原理

电路的工作过程是在U2的正半周（ωt=0～π），二极管因加正向偏压而导通，有电流iL流过负载电阻RL。

由于将二极管看作理想器件，故RL上的电压UL与U2的正半周电压基本相同。

可画出整流波形如图3.2.1（b）所示

3.优缺点

优点：

结构简单，使用元件少。

缺点：

只利用了电源的半个周期，输出直流分量较低，且输出电压波动较大，电源变压器的利用率也比较低。

2）全波整流

1.电路组成

全波整流电路如图3.2.2（a）所示，它是在半波整流电路的基础加以改进而得到的。

它的指导思想是利用具有中心抽头的变压器与两个二极管配合，使两个二极管在正半周和负半周内轮流导电，而且二者流过RL的电流保持同一方向，从而使正、负半周在负载上均有输出电压。

2.工作原理

电路的工作过程是在u2的正半周（ωt=0～π），D1正偏导通，D2反偏截止，RL上有自上而下的电流流过，RL上的电压u21相同，在u2的负半周（ωt=π～2π），D1反偏截止，D2正偏导通RL上也有自上而下的电流流过，RL上的电压与U2相同。

可画出整流波形如图3.2.2（b）所示。

可见，负载RL上得到的也是一单向脉动电流和脉动电压。

5.优缺点

优点：

电源利用率高，输出电压波动小，输出电压比半波整流提高了1倍，且每个管子通过的电流仅为负载电流的1/2。

缺点：

该电路输出电压的直流成分（较半波）增大；整流二极管需承受的反向电压高，要求管子的耐压值比半波整流的耐压值提高了1倍；且需要个有中心抽头的变压器，工艺复杂，成本高。

3）桥式整流

1.电路组成

桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。

桥式整流电路如图3.2.3所示，图中变压器的作用是将交流电网压，U1变成整流电路要求的交流电压，RL是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1～D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。

2.工作过程

单相桥式整流电路的工作原理可分析如下。

为简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。

在U2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。

在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。

其电流通路可用图3.2.3（a）中实线箭头表示。

在U2的负半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D2流向RL再由二极管D4流回变压器，，所以D1、D3反偏截止，D2、D4，正向导通。

电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相其电流通路如图3.2.3（b）中虚线箭头所示。

根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图。

由图3.2.5可见，通过负载RL的电流IL以及电压UL的波形都是单方向的全波脉动波形。

5.优缺点

由上述可以看出，桥式整流具有全波整流的全部优点，而且避免了全波整流的缺点。

桥式整流的缺点是需要四只二极管。

目前，桥式整流应用最广泛。

2.3.3滤波电路

滤波电路通常有电容滤波，电感滤波，复式滤波。

1）电容滤波电路

由于电容滤波后，输出直流电流提高了，而导电角却减小了，故整流管在短暂的导电时间内将流过一个很大的冲击流，这样易损坏整流管，所以应选择If较大的整流二极管，一般选用二极管

IF（2～3）

为了获得较好的滤波效果，实际工作应按下式选择滤波电容的容量，其中T为交流电网电压的周期，一般电容值较大（几十至几千微法），故选用电解电容器，其耐压值应大于U2

RLC（3～5）

电容滤波整流电路，其输出电压U0在U2～0.9U2之间。

当满足上式时，可按下式进行估算：

U01.2U2

2.电容滤波电路的特点：

电路结构简单，使用方便。

2）电感滤波电路

由于电感的直流电阻小，交流阻抗大，因此直流分量经过电感后基本没有损失，但是对于交流分量，经jL和RL分压后，大部分降在电感上，因而降低了输出电压的脉动成分。

L愈大，RL愈小，滤波效果愈佳，所以电感滤波适用于负载电流比较大和电流变化较大的场合

3）复式滤波电路。