模拟电子技术直流稳压电源设计报告利用78097909设计一个输出9V1A的直流稳压电源.docx
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模拟电子技术直流稳压电源设计报告利用78097909设计一个输出9V1A的直流稳压电源
模拟电子技术直流稳压电源设计报告
班级：
电气12级04班
组长:
申发文10081115
成员：
玉斌10053613
薛皓天10053627
一﹑设计任务······························3
二﹑设计流程图····························3
三﹑设计原理······························4
四﹑设计原理图····························10
五﹑元件型号及参数确定····················10
六﹑仿真结果······························13
七、设计过程总结··························17
八﹑参考文献······························18
九、附录··································18
一﹑【设计任务】
利用7809﹑7909设计一个输出±9V﹑1A的直流稳压电源。
要求：
（1）画出系统电路图，并画出变压器输出﹑滤波电路输出及稳压输出的电压波形；画出变压器副边电流的波形。
（2）输入工频为220V交流电的情况下，确定变压器变比；
（3）在满载情况下选择滤波电容的大小（取5倍工频半周期）；
（4）求滤波电路的输出电压；
（5）说明三端稳压器输入﹑输出端电容的作用及选取的容值。
二﹑【设计流程图】
利用交流电源变换成直流稳压电源的组成方框图如1所示：
图1直流电源的组成方框图
电源变压器的作用是把220V的电网电压变换成所需要的交流电压。
整流电路的作用是利用二极管的单向导电特性，将正负交替的正弦交流电压变换成单一方向的直流脉动电压。
滤波电路的作用是将脉动电压中的脉动成分（即纹波）滤掉，是输出电压成为比较平滑的直流电压。
由于该电压随着电网的波动﹑负载的变化而变化，因此后面还需要接稳压电路。
稳压电路的作用是使输出的直流电压保持稳定。
三﹑【设计原理】
（1）单相桥式整流电路
图2（a）单相桥式整流电路（b）简化画法
在输入电压的正半周期，其极性为上正下负二极管D1和D3导通，D2和D4截止，在负载电阻RL上得到一个半波电压，UL=U2。
在输入电压的负半周，其极性为上负下正，二极管D1和D4导通，D1和D3截止，在负载电阻RL上得到一个半波电压，UL=-U2。
故在一个周期，负载电阻RL上得到单一方向的脉动的直流电压，其整流波形如图3所示。
图3单相桥式整流电路整流波形图
负载电压的平均值UL为
流过负载电阻的平均电流IL为
整流输出电压中除了直流分量外，还包括2，4，6…偶次谐波分量，总称为纹波。
纹波的大小常用纹波系数Kγ来表示，它定义为谐波电压总的有效值ULγ与平均直流电压UL的比值，即
为了得到平滑的直流电压，需用滤波电路滤除这些纹波电压。
（2）电容滤波电路
在尽量降低输出电压中的纹波的同时，还要尽量保留其中的直流成分，使输出电压更加平滑，接近直流电压。
图4桥式整流、电容滤波电路
空载（开关S断开）情况：
设空载时电容C两端的初始电压Uc为零。
接入交流电源后，当U2正半周时，D1、D3导通,U2通过D1、D3对电容充电.U2负半周时,D2、D4导通,U2通过D1、D3对电容C充电。
由于充电电路等效电阻很小，所以充电很快，电容C被迅速充电到交流电压U2的峰值。
当U2通过峰点之后迅速下降，电容电压Uc仍为1.4U2，因此二极管承受反压而截止，电容C无放电回路不可能放电，故输出电压uL恒为1.4U2。
波形如图5（a）所示。
带负载电阻（开关S闭合）情况：
图5（b）所示波形表示了电容滤波在带负载电阻后的工作情况。
图5电容滤波波形
（a）空载；（b）带负载电阻；（c）二极管电流波形
（3）输出固定的稳压电路
输出固定的稳压电路如图6所示。
对于78系列的三端稳压器均可以这样连接，对于79系列的三端稳压器，注意三个端子的功能，保证正确连接。
图6输出固定正压的稳压电路
稳压电路的技术指标主要有以下几项：
1稳压系数
——负载不变时，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比称为稳压系数。
式中
为输入电压变化量，
为输出电压变化量，C为常数。
2电压调整率
——工程上把电网电压波动10﹪作为极限条件，将输出电压的相对变化作为衡量指标，称为电压调整率。
3输出电阻
——输入电压不变而负载变化时，稳压电路保持稳定的能力。
4电流调整率
——工程上把输出电流
从零变化到额定输出值时，输出电压的相对变化称为电流调整率。
5纹波系数
——稳压电路输入电压
中的交流分量
和输出电压
中的交流分量
之比为纹波系数
。
三端稳压器输入端电容的作用及选取的容值：
为了防止自己振荡，在输入端一般要接一个0.1~0.33uF的电容CI。
三端稳压器输出端电容的作用及选取的容值：
为了消除高频噪声和改善输出的瞬态特性，即在负载电流变化不大时不致引起UO有较大波动，输出端要接一个1uF以上的电容CO。
需要注意的是，为了保证输出电压的稳定，输入输出间的电压差应大于2V。
但也不应太大，带大会引起三端稳压器功耗增大而发热，一般取3~5V。
四﹑【设计原理图】
通过对设计任务要求以及各部分电路原理的讨论分析，设计出以下的电路原理图：
五﹑【元件型号及参数确定】
稳压直流电源的元件型号及参数确定可以分为以下三个步骤：
（1）根据稳压电源的输出电压UO﹑最大输出电流Iomax,确定稳压器的型号。
输出+9V的稳压器选用MC7809CT，其输出电压UO为+9v,最大输出电流Iomax为1A。
它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，还具有稳压性能好噪声低纹波抑制比高等优点。
由于仿真软件Multisim的元件库中输出－9V的稳压器型号只有LM7909CT，故只能选此型号的稳压器，其最大输出电流Iomax为0.1A。
使用时需注意以下几点：
①三端稳压器输入端电容的作用及选取的容值：
为了防止自激振荡，在输入端一般要接一个0.1~0.33uF的电容CI。
②三端稳压器输出端电容的作用及选取的容值：
为了消除高频噪声和改善输出的瞬态特性，即在负载电流变化不大时不致引起UO有较大波动，输出端要接一个1uF以上的电容CO。
③为了保证输出电压的稳定，输入输出间的电压差应大于2V。
但也不应太大，带大会引起三端稳压器功耗增大而发热，一般取3~5V。
（1）电压器变比的确定
已知输出电压为9V，电压差约为3~5V，本设计中取4V，UL=13V
又因为
UL=（1.1~1.2）U2
所以
U2=UL/1.1=11.8V
所以变压器的变比为
k=220/11.8;
（2）滤波电容的选择
等效电阻
RL=UL/IL=13 /1=13 Ω
为了得到平滑的直流电压，一般选择有极性的大电解电容，并取
τ=（3~5）T/2
本设计要求取T=5,所以
τ=2.5T=0.05s
又因为τ=RLC，所以，滤波电容的大小为
C=τ/RL=0.05/13=3.8mF
若考虑电网电压波动10%，加在电容两端的电压最大为
Um=1.1•√2•U2=16.9V
所以选用标称值为3.8mF/50V的电容器。
（3）整流二极管的选择
流过二极管的电流
ID=0.5IL=0.5A
二极管所承受的最高反向电压为
URM=√2•U2=√2•11.8=15.4V
因此，可以选用二极管3N246,其最大整流电流为1.5A，反向工作峰值电压为50V。
六、【仿真结果】
⑴变压器副边电压输出波形:
（2）变压器副边电流输出波形：
由于二极管不是理想的器件，有一段死区，所以当其两端加正向电压时，不会出现大的电流。
当正向电压大于死区的时候，电流才会很快的增加。
因此会出现交越失真。
（3）整流电路输出波形:
（4）滤波电路输出波形:
a．空载时
b.带负载电阻时
（5）稳压输出的波形
用万用表测得其示数为：
c.电压示数
d.电流示数
七、【设计过程体会及总结】
我们的设计任务是利用7809、7909设计一个输出±9V、1A的直流稳压电源。
通过自学理论知识、小组讨论、请教老师等努力后最终达到设计目的。
这虽然这不是一个很高深很困难的课题，而且我们目的也不是要证明我们在科研学术上有更高深的见解，只是抱着一个动手实践的心态，在这近半月的时间里，通过理论学习及实践，使我们学到了很多。
在老师和同学们的帮助下，在我们小组自己的努力下，我们坚持并最终走到了最后。
在这次设计中，我们对“目标”这个词有了深入的了解。
对于整个设计来说，目标一定要明确，这样才能一步一步拿出整个的设计方案。
在每一个实验步骤中，我们更应该明确这一步的目标是什么。
只有知道我们的目标在哪儿，我们才能对我们在实验中出现的偏差及时作出调整。
设计过程是枯燥的，在开始的新鲜感过去之后，设计变得毫无乐趣。
每天都是花大量的时间重复想同的事，渐渐的心也就不耐烦了，而且设计结果总是多变的，也许某个不知道的小错误，就会导致结果的偏离，甚至可能导致整个设计的失败。
所以在设计过程中中，我们不仅要学会坚持不懈和持之以恒，每一步都要尽可能按标准操作，还要意识到小组分工及团结协作的重要性。
八、【参考文献】
润华.模拟电子技术基础.中国石油大学，2008
周开邻.模拟电路实验.国防工业，2009
九、【附录】
稳压器外形管脚图
稳压器测试电路
ElectricalCharacteristicsMC7809LM7809Huj838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各
Huj838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸
Parameter参数
Symbol符号Huj838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸
Conditions条件Huj838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸
MC7809LM7809Huj838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸
单位
最小
典型
最大
OutputVoltage输出电压
VO
TJ=+25℃
8.65
9
9.35
V
5.0mA≤IO≤1.0A,PO≤15WVI=11.5Vto24V
8.6
9
9.4
LineRegulation线性调整率（Note1）
Regline
TJ=+25℃
VI=11.5Vto25V
-
6
180
mV
VI=12Vto17V
-
2
90
LoadRegulation负载调整率（Note1）
Regload
TJ=+25℃
IO=5mAto1.5A
-
12
180
mV
IO=250mAto750mA
-
4
90
QuiescentCurrent静态电流
IQ
TJ=+25℃
-
5.0
8.0
mA
QuiescentCurrentChange静态电流变化
ΔIQ
IO=5mAto1.0A
-
-
0.5
mA
VI=11.5Vto26V
-
-
1.3
OutputVoltageDrift输出电压漂移
ΔVO/ΔT
IO=5mA
-
-1
-
mV/℃
OutputNoiseVoltage输出噪声电压
VN
f=10Hzto100KHz,TA=+25℃
-
58
-
μV/Vo
RippleRejection纹波抑制
RR
f=120HzVI=13Vto23V
56
71
-
dB
DropoutVoltage电压差
VDrop
IO=1A,TJ=+25℃
-
2
-
V
OutputResistance输出电阻
rO
f=1KHz
-
17
-
mΩ
ShortCircuitCurrent短路电流
ISC
VI=35V,TA=+25℃
-
250
-
mA
PeakCurrent峰值电流
IPK
TJ=+25℃
-
2.2
-
A
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