稳压电路设计.docx
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稳压电路设计
多路输出直流稳压源
一课程设计任务...................................................................1
1.1设计题目......................................................................1
1.2设计要求.......................................................................1
1.3设计目的.......................................................................1
二多路输出直流稳压源设计各部分电路设计及说明....................................2
2.1设计框图......................................................................2
2.2降压电路.......................................................................2
2.3整流电路.......................................................................3
2.3.1半波式整流电路..............................................................3
2.3.2桥式整流电路.................................................................4
2.4滤波电路.......................................................................6
2.4.1电容滤波电路................................................................6
2.4.2电感滤波电路.................................................................8
2.4.3π型滤波电路.................................................................8
2.5稳压电路......................................................................9
2.5.1串联型稳压电路的工作原理....................................................9
2.5.2三端固定输出集成稳压器......................................................11
2.5.3三端固定输出集成稳压器的内部电路结构.......................................12
2.5.4三端固定输出支流稳压器的基本应用电路.......................................13
2.5.5提高电压输出的电路.........................................................14
2.5.6输出正、负电压的电路........................................................14
三安装调试......................................................................15
四心得体会......................................................................15
五元器件清单....................................................................17
六参考文献.....................................................................18
附录设计总图...................................................................19
一课程设计任务
1.1设计题目
多路输出直流稳压源。
1.2设计要求
1）输出+5V/1A、-5V/1A、+12V/1A、-12V/1A、+5V/3A。
2）安装调试。
3）写出报告。
4）写出课设体会。
1.3设计目的
1）通过对模拟电子技术的课程设计，使所学的理论知识得到巩固、扩大、深入和系统化。
2）培养综合运用所学的知识解决实际工程问题的能力，初步掌握模拟电路设计的方法和步骤。
3）训练和提高编写设计文件，进行各种元器件和绘制电路的能力和技巧。
4）提高独立钻研问题的能力，培养严肃认真，实事求是，刻苦钻研的工作作风。
一、概要说明
本文选择的制作项目，是一个可作为实验用的小功率多路输出的集成稳压电路。
其理论知识对应于（全国中等职业技术电工类专业通用教材）《电子技术基础（第四版）》§5-5所编内容。
此类电路的应用具有现实意义，其操作难度适中，元器件属通用型，工具与测试仪器也是常规的，因此，组织实际操作没有技术上的困难。
进行这类电子制作要达成的目标是：
1.从原理上，将单元电路组合成具有四种直流电压输出的电源；组成具有不稳压和稳压两种直流电源；组成固定和可调输出两种直流稳压电源。
2.从数据上，熟悉器件规格的选用原则和数据。
例如，滤波电容的耐压数值等。
3.从方法上，力求掌握电路制图和识图的基本要求与规范。
以及器件的辨识和常规测量。
4.从操作上，将电路中的器件比较合理的安排在线路板上，并能进行焊接、检查和基本测试。
5.从程序上，在完成电路组装、检查和加载测试之后，写出能够反映全部操作实际情况的《实验报告》来，还可以提出相应的改进意见来。
二、工作原理
[说明]因技术条件所限，本电源电路图没有采用GB/T4728新标准绘制，而是沿用旧制标准绘制。
“多路输出集成稳压直流电源电路图”参见电路图1。
本电源电路图没有绘出整流变压器，绘制出从交流24V输入端口至电源输出端口的全部电路图。
1.电路特点。
本电路具有性能稳定、集成度高、结构简洁和元件通用性好的特点，制作容易、几乎不需调试，适合于小功率、低电压环境下作实验直流电源之用。
2.电路构成。
整个电源电路由五部分组成。
⑴整流电路：
VD1～VD4组成桥式整流电路，VD6为直流电源指示。
⑵滤波电路：
C1、C2组成第一级滤波电路，C5、C7和C9分别为第二级滤波电路。
C4为LM317T的ADJ端的滤波电容。
⑶稳压电路：
分别由U1、U2和U3作为稳压核心元件。
⑷保护电路：
VD5有降压和防止反向放电的保护作用。
C3、C6、C8和C10为旁路电容，具有防止过电压和消振作用。
⑸接口电路：
J1为交流24V输入端口。
J2为未稳压直流（＋30V左右）输出端口；J3为可调稳压（＋2～28V）直流输出端口；J4为＋12V输出端口，J5为＋5V输出端口。
3.工作原理。
⑴24V交流电压由J1端口输入，经整流、滤波后形成约为＋30V左右的直流电压。
此电压流向分为四路：
一路流经VD6和R1作为直流电压指示。
二路流入VD5，作为U2（＋12V）和U3（＋5V）的稳压电路输入电压。
三路流入U1的输入端，作为可调稳压电路的输入电压。
四路可由J2端口输出未经稳压的直流电压，可用于其它用途。
⑵U3（＋5V）的输入端接在U2（＋12V）的输出端，使用时要注意输出电流值不要超过规定值。
⑶由U1LM317T组成的可调输出稳压器，与原理电路图有所区别，在ADJ调整端与地端之间接入C4（10μF/50V）的目的是为了提供更为稳定的调整电压。
RP1两端并联10K电阻，是保证U1输出电压的安全。
电路输出电压可通过调节电位器RP1实现，计算公式如下
UL≈1.25×（1＋RP1∕∕R3/R2）
⑷本电路在只有一个端口输出时，其输出电流值不大于1A为好。
当有二个端口同时输出时，其输出电流值之和也以不大于1A为限。
器件名称
序号—型号
数量
备 注
电阻
R13.9K、R2220Ω、R310K、RP14.7K
4
RP1为实芯、线性。
电容
C0、C3、C6、C8、C10均为0.1μF
5
均为CBB250V。
电解电容
C1～22200μF/50V、C410μF/50V、
C5470μF/50V、C7470μF/25V、
C9220μF/16V
6
注意耐压值。
二极管
VD1～51N4007、VD6LED红色Ф5
6
三端集成稳压器
U1LM317T、U2LM7812、U3LM7805
3
与CW同型号可互换。
接线端子
J1～5两孔接线端子
5
其它
E1П形铝合金散热片
线路板99mm×74mm
1
1
E1与U1要配合。
PCB板尺寸。
注：
整流变压器选用220V/24V/30VA。
图1－多路输出集成稳压直流电源电路图。
直流稳压电源课程设计
摘要:
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。
本设计主要采用多路输出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，变为稳定的直流电，并实现电压可在+3~+9V可调和实现固定输出电压比如±12v,+5v。
现代工业和自动化生产过程中，会涉及大量的动态检测和控制问题，其中振动和冲击的精确测量显得尤其重要。
对于振动和冲击信号的获取，最常见的是用压电加速度传感器，它将力学的输入信号转变为电信号。
但是，这个输出信号必须要做适当的处理才能应用。
因此，压电加速度传感器的后续适调电路，即电荷放大器的研究就显得非常重要。
我们用TL081芯片来取代传统电荷放大器所用的大量分离元件，优化了电路设计。
但是，由于TL081芯片需±12V的直流供电，而其它芯片需+5V电源驱动，因此，需要设计合适的多输出直流稳定电源。
直流稳压电源一般分为线性和开关电源两类。
对于单片机数字控制的电路系统，通常采用基于PWM控制的开关电源；而对于放大器的模拟控制系统，采用线性直流稳压电源则更具有优势。
线性直流稳压电源具有稳压和滤波的双重作用，产生的干扰很小，随着集成电路技术的发展，较高输出电流和数值可调的集成稳压器相继出现，由此而构成的线性直流稳压电源结构简单，维修方便，功率200W以下时，整机的体积也不大。
一般来讲，线性直流稳压电源的纹波抑制比，电压调整率和噪声抑制等性能比开关直流稳压电源要好。
更重要的是工作可靠，故障率低，更适合于放大器的模拟控制系统。
因此，针对电荷放大器的需要，本文提出了一种基于集成稳压器的多输出线性直流稳压电源的设计。
多路直流稳压电源的设计
2.1、设计目的
（1）．学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，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。
2.2、设计任务及要求
（1）．设计并制作一个连续可调直流稳压电源，主要技术指标要求：
①输出电压Vo及最大输出电流Iomax;
I档Vo=±12V对称输出，Iomax=100mA;
II档Vo=+5V,Iomax=300mA;
III档Vo=（+3~+9）V连续可调，Iomax=200mA
②纹波电压：
△Vop-p≤5mA;
③稳压系数：
SV≤0.005；
（2）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。
（3）自拟实验方法、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。
（4）批准后，进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能参数。
2.3、设计步骤
（1）．电路图设计
①确定目标：
设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出直流稳压电源方框图。
②系统分析：
根据系统功能，选择各模块所用电路形式。
③参数选择：
根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。
④总电路图：
连接各模块电路。
（2）．电路安装、调试
①为提高学生的动手能力，学生自行设计印刷电路板，并焊接。
②在每个模块电路的输入端加一信号，测试输出端信号，以验证每个模块能否达到所规定的指标。
③重点测试稳压电路的稳压系数。
④将各模块电路连起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。
2.4、总体设计思路和总体电路图
2.4.1．直流稳压电源设计思路
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电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。
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。
2.4.2．直流稳压电源原理
直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图1。
图1直流稳压电源方框图
其中：
①电源变压器：
是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。
②整流电路：
利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电
③滤波电路：
可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。
④稳压电路：
稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。
2.4.3总体电路图
2.5、单元电路设计与原理说明
2.5.1电源变压器
电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。
2.5.2整流电路
整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2所示。
在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。
正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。
电路的输出波形如图所示
在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半。
电路中的每只二极管承受的最大反向电压为（U2是变压器副边电压有效值）。
2.5.3、滤波电路
滤波电路选用一个3300μF的大容量电解电容C1和一个0.33μF的小容量涤纶CL11型电容C2并联滤波，如图3所示。
理论上，在同一频率下容量大的电容其容抗小，这样一大一小电容相并联后其容量小的电容C2不起作用。
但是，由于大容量的电容器存在感抗特性，等效为一个电容与一个电感串联。
在高频情况下的阻抗反而大于低频时的阻抗，小电容的容量小，在制造时可以克服电感特性，几乎不存在电感。
在大电容C1上并联一个小电容C2可以补偿其在高频下的不足。
当电路的工作频率比较低时，小电容不工作（容抗大相当于开路）。
大电容的容量越大滤波效果越好。
当电路的工作频率比较高时（输入信号的高频干扰成分），大电容由于感抗大而处于开路状态。
这时高频干扰成分通过小电容流到地线，滤除各种高频干扰成分。
电路的输出波形如图所示
2.5.4、稳压电路
1、稳压电路选用三端集成直流稳压器，其电路连接方式一般如图4所示。
性能上，常用的集成稳压器有三端固定式、三端可调式和开关式。
以三端固定式为例，其正输出为7800（后两位代表输出的额定稳压值，00是统称）系列，负输出为7900系列，常见的有05、06、08、09、12、15、18、24八种。
一般要求最小的输入、输出电压差（UI-U0）为2V~3V；输出稳压的容差约为5%；最大输出电流IOmax有0.1A（如78L12），0.3A（如78M12）和1.5A（如7812）等多种，部分器件的最大输出电流可达2.2A；其最大输入电压UImax一般是7818档以下为35V，7824档为40V；电压调整率SU一般为0.01%/V；输出电阻R0小于0.1Ω；纹波抑制比SVP一般为50dB；温度系数ST一般为每度1mV~2.4mV。
图4中，引脚1为电压变换的输入端，引脚2为电压变换后的输出端，引脚3为接地端。
电容Ci作用是改善纹波和抑制输入的过电压，一般取值为0.33μF。
C0作用是改善负载的顺态响应，一般可选取0.1μF的电容，当采用大容量的电解电容时效果更好。
稳压电源的输入输出端要跨接一个二极管，以防止集成稳压器输出调整管损坏。
2、稳压电路的设计
本设计是把几个供电模块集成到一个供电电源上，能够同时提供固定输出+5V（最大输出电流0.3A）和固定输出±12V（最大输出电流0.1A）的直流电输出，此外，还有一路+3V到+9V（最大输出电流0.2A）连续可调的电压输出。
（1）输出+5V：
核心器件选用78M05三端集成稳压器，其输出电压为+5V，额定电流0.1A。
当变压器变压后输出6.3V交流电，经KBPC810硅整流桥，整流后输出约6V电压，滤波后由78M05三端集成稳压电源处理，输出+5V电压，电流最大输出为0.3A。
（2）输出+/-12V：
核心器件选用稳压器78L12和79L12，组合应用这两个稳压器件与一个硅整流桥相接，按图5好电路就能输出+/-12V的电压。
组合用78L12和79L12时，公共输出接地端用的是变压器输出端口的+12V并分别接入78L12的接地引脚（GND）和79L12的电压输入引脚（Vin）；硅整流桥的正、负输出端口则分别接入78L12的电压输入端（Vin）和79L12的接地端；滤波电容用了两个1000uF首尾相接，连接处接公共输出接地端。
（3）输出+3V~+9V，0.2A：
该部分的核心器件为可调式三端集成直流稳压器LM317和满量程696Ω的电位器RW。
通过添加一些元件可以构成电压从+3V～+9V连续可调直流稳压电源。
并且解决了利用固定式稳压器和电位器进行调压而引起的精度下降问题。
但是要保证其输入电压Ui与输出电压Uo之差小于等于40V。
主要电路如图6所示：
输出电压Uo=1.25【1+（Rw+R2）/R1】V,R1取120Ω，当；Rw=0，R2=168Ω，Uo=+3V。
当RW满量程时，输出Uo为+9V。
其中C1（3300μF），C2（0.33μF）用来抑制高频干扰；C3用来提高稳压器纹波抑制比，减少输出电压中的纹波电压；C4用来克服LM317在深度负反馈工作下可能产生的自激振荡，还可进一步减小输出电压中的纹波分量。
D1的作用是防止输入端短路时，电容C4放电而损坏稳压器；D2的作用是防止输出端短路时C3放电而损坏稳压器。
2.5.5元器件选择和电路参数计算说明
一．变压器的选择
1）确定副边电压U2:
根据性能指标要求：
Uomin=3VUomax=9V
又∵Ui-Uomax≥（Ui-Uo）minUi-Uoin≤（Ui-Uo）max
其中：
（Ui-Uoin）min=3V，（Ui-Uo）max=40V
∴12V≤Ui≤43V
此范围中可任选：
Ui=14V=Uo1
根据Uo1=（1.1～1.2）U2
可得变压的副边电压：
U2=12V
2）确定变压器副边电流I2
∵Io1=Io
又副边电流I2=（1.5～2）Io1取Io=Iomax=200mA
则I2=1.5＊0.2A=0.3A
3）选择变压器的功率
变压器的输出功率：
Po>I2*U2=3.6W
二．选择整流电路中的二极管
∵变压器的副边电压U2=12V∴桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：
桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：
查手册选整流二极管IN4001，其参数为：
反向击穿电压UBR=50V>17V,最大整流电流IF=1A>0.3A
三．滤波电路中滤波电容的选择
滤波电容的大小可用式C=ΔUi/（Δt*I）求得。
1）求ΔUi:
根据稳压电路的的稳压系数的定义：
设计要求ΔUo≤5mV，SV≤0.005,Uo=+3V～+9V,Ui=14V
代入上式，则可求得ΔUi=ΔUo/（Uo*Sv）;
2）滤波电容C
设定Io=Iomax=0.2A，Δt=0.01S
则可求得C。
注意：
因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，所以稳压器的输入、输出端常并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。
2.6、电路仿真
2.6.1测试要求
1．测试并记录电路中各环节的输出波形。
2．测量稳压电源输出电压的调整范围及最大输出电流。
3．测量输出电阻Ro。
4．测量稳压系数。
用改变输入交流电压的方法，模拟Ui的变化，测出对应的输出直流电压的变化，则可算出稳压系数SV.（注意：
用调压器使220V交流改变±10％。
即ΔUi=44V）
5．用毫伏表可测量输出直流电压中的交流纹波电压大小，并用示波器观察、记录其波形。
6．分析测量结果，并讨论提出改进意见。
2.6.2测试结果和计算结果分析
1.电压输出波形和纹波变化见仿真图
2.稳定系数Sr的理论值计算
2.6.3电路的误差分析与改进
1.综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有:
①测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差;
②电流表内阻串入回路造成的误差;
③测得纹波电压时示波器造成的误差;
④示波器,万用表本身的准确度而造成的系统误差;
2.可以通过以下的方法去改进此电路:
①减小接触点的微小电
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