设计制作一串联型可调两路输出直流稳压正电源.docx

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设计制作一串联型可调两路输出直流稳压正电源

课程设计说明书

课程设计名称：

模拟电路

课程设计题目：

设计制作一串联型可调两路输出

直流稳压正电源

学院名称：

信息工程学院

专业：

班级：

学号：

姓名：

评分：

教师：

2012年2月22日

模拟电路课程设计任务书

2011－2012学年第2学期　第1周－2周

题目

设计制作一串联型可调两路输出直流稳压正电源电路

内容及要求

设计任务和要求

①一路输出直流电压12V；另一路输出5～12V连续可调直流稳压电源。

②输出电流IOm=200mA；

③　稳压系数Sr≤0.05；

能根据题目的要求，综合所学知识，进行资料查询、系统设计、选用合适的元器件，先仿真通过后，用万能板或实验箱制作调试和进行结果分析，按学院要求的格式写出总结报告。

进度安排

1.布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备：

3天；

2.领元器件、制作、焊接：

3天

3．调试：

3.5天

4.验收：

0.5天

学生姓名：

黄洋彭文闻

指导时间：

2011年2月21日—3月4日

指导地点：

E-507室

任务下达

2011年2月12日

任务完成

2010年2月22日

考核方式

1.评阅□√　2.答辩□3.实际操作□√4.其它□√

指导教师

系（部）主任

摘要………………………………………………………………4

前言………………………………………………………………5

第一章设计任务与方案………………………………………6

第二章设计电路图及仿真……………………………………7

第三章原件及其介绍…………………………………………8

第四章设计原理及参数计算…………………………………9

第五章实验仿真验证…………………………………………10

第六章实验结果及其分析……………………………………11

第七章实验结论及其体会……………………………………14

附表元件清单………………………………………………16

附录参考文献………………………………………………17

摘要

随着生活的各式各样，我们生活所需要的产品的品种也越来越多，其中绝大多数产品为电子产品，不同的产品工作时所需要的电源电压也不同，因而对电源的性能和参数要求也不同。

目前，各种直流电源产品充斥着市场，电源技术已经比较成熟。

然而，基于成本的考虑，对于电源性能要求不是很高的场合，可采用带有过流保护的集成稳压电路，同样能满足产品的要求。

本次设计的题目为设计一串联型可调两路直流稳压正电源：

先是经过家用交流电源流过变压器得到一个大约十五伏的电压U1，然后U1经过一个桥堆进行整流在桥堆的输出端加两个电容C1、C2进行滤波，滤波后再通过LM7812（具体参数参照手册）输出一个固定的12V电压，这样就可以在一路输出固定的电压。

在LM7812的输出端加一个电阻R3，调整端加一个固定电阻R1和一电位器R2，这样输出的电压就可以在5~12V范围内可调。

经过自己对试验原理的全面贯彻，以及相关技术的掌握，和反复的调试，经过自己的不断的努力，老师的耐心的指导，终于把这个串联型两路输出直流稳压输出正电源电路。

前言

随着社会的发展，科学技术的不断进步，对电子产品的性能要求也更高。

我们做为21世纪的一名学电子的大学生，不仅要将理论知识学会，更应该将其应用与我们的日常生活中去，使理论与实践很好的结合起来。

电子课程设计是电子技术学习中的一个非常重要的实践环节，能够真正体现我们是否完全吸收了所学的知识。

在电子市场，各种各样的串联稳压电源琳琅满目，但大多数成本都不低，基于成本考虑，我们可以应用所学的知识自己设计一个简单的电路。

大部分电压都是正电源，而人们的需求也日益丰富，所以直流稳压负电源也越来越多。

尤其是在学校，我们所用的许多电源都是自己学校设计的，电压大概在1～20之间可调。

虽然现在的电源很普遍，技术也很成熟，但其中的电路设计分析的思路仍值得我们去学习和研究。

又因为其简单、易做、易设计。

对材料无特别要求的特点。

使得直流稳压电源的设计能广泛应用与课程设计中。

通过电子课程设计，锻炼学生综合运用电子技术基础知识及动手能力，使学生加强了对模拟电子技术和电路的理解，学会查阅资料、方案比较、方案选择以及原理图设计、计算、制作、调试等基本技能，增强分析、解决实际问题的能力。

第一章设计任务与设计方案

设计制作一串联型可调两路输出直流稳压正电源电路

一、设计任务与要求

（1）一路输出直流电压12V；另一路输出5—12V连续可调直流稳压电源。

（2）输出电流IOm=200mA；

（3）稳压系数Sr≤0.05；

二、方案设计与论证

直流稳压电源是电子设备能量的提供者，对直流电源要求是：

输出电压的幅值稳定，平滑，变换频率高，负载能力强，温度稳定性好。

（1）整流电路：

交流电压转变成单向脉动直流电压

a、半波整流

其原理是利用半导体的单向导电性组成的各种整流电路。

U0=

=

=

U2=0.45U2

b、桥式整流

其原理是四个二极管的合理连接使交流电转换成直流电，并且是全波整流。

而单相桥式整流电路与半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求一样，但直流大小是半波整流的两倍，输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点，因此在次设计中选用单相桥式整流电路。

（2）滤波电路：

经整流后的电压仍具有较大的交流分量，不能直接输出变为直流电源，必须通过滤波电路将交流分量滤掉，尽量保留其输出中的直流分量，才能获得比较平稳的直流分量，使之波形变得平滑，接近理想的的直流电源。

因此可以利用电容两端电压不能突变或流经电感的电流不能突变的特点，将电容与负载并联，或将电感与负载串联就能起来滤波作用。

（3）稳压电路：

由于滤波后的直流电压Ui受电网电压的波动和负载电流变化的影响，很难保证输出电流电压的稳定。

所以必须在滤波电路和负载之间加上一个稳压电路，才能保证输出直流电压的进一步稳定。

如图就是由桥堆和电容组成的整流

当交流电电流流过桥堆时，负方向的电流改变方向，以正方向的形式从桥堆中流出，从而形成如图中的绿色部分的电流。

当这种电流经过电容的滤波效果就形成了较为平滑的直流电流。

第二章设计电路图

设计的实验电路

第三章元件及其介绍

（1）变压器：

型号AIR_CORE_XFORMEP。

变压器的最基本型式，包括两组绕有导线的线圈，并且彼此以电感方式称合一起。

当一交流电（具有某一已知频率）流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。

　　一般指连接交流电源的线圈称之为「一次线圈」;而跨于此线圈的电压称之为「一次电压.」。

在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈间的「匝数比」所决定的。

因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。

在此次实验中我们采用降压变压器，目的是将220V交流电降到我们所需的的范围。

（2）桥堆：

型号3N247

桥堆是一种电子元件，内部由多个二极管组成.主要作用是整流，调整电流方向。

用桥堆整流是比较好的，首先是很方便，而且它内部的四个管子一般是挑选配对的，所以其性能较接近，还有就是大功率的整流时，桥堆上都可以装散热块简化，使工作时性能更稳定，当然使用场合不同也要选择不同的桥堆，不能只看耐压是否够，比如高频特性等。

在实验中，我们的设计的是直流电源，所以我们需对降压产生的交流进行整流，故选择此桥堆。

（3）三端稳压器：

型号LM7812

　三端稳压器，主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳压器，其基本原理相同，均采用串联型稳压电路。

因此在实验中，我们要产生一固定电压12V，故选择型号为型号LM7812KC的三端稳压器。

下图为LM7812内部原理图：

（4）电容：

2个0.1uF1个uF1个470uF。

其中470uF的电容是滤波电容，所以其值要较大。

0.1uF和1uF的电容都是用于抵消长线传输而引起的电感，其容量一般在1uF以下。

（5）电阻：

1个24Ω1个64Ω。

电位器34Ω。

根据设计要要求可计算出各个电阻的值。

（6）开关：

单刀开关1个

第四章设计原理及参数计算

一、电路工作原理

当220交流电经变压器产生低压交流电时，电流信号经过桥堆时产生单向脉动电压，然后再经过滤波电路的滤波输出交流成分较少的平滑的直流电压，最后经过LM7812的稳压作用输出固定的直流电压12V，所以可以借鉴这的电压，产生一组固定的电压12V，另一组可调式电压可由电阻与电位器组成的电路得到范围为5-12的电压。

二、元件参数的计算

由《模拟电路基础教程》可知，W7812的输入有效值电压U3=19V，而经过电容的滤波效应，所以在经过桥堆之前的电压U2=U3/1.2=15.83V，由此可以算出变压器的匝数比N1:

N2约为220/15.83/1.414约为10:

1。

电容C1的选择，因为C1为滤波电容，从理论上来讲，滤波电容越大，放电过程越慢，输出电压越平滑，平均值越高。

但在实际上，电容的容量越大，不但体积越大，而却会使整流二极管流过的冲击电流更大。

根据参考文献，可选择电容C1470uf。

电容C2用于抵消长线传输而引起的电感，其容量可选择在1uF以下，故选择C20.1uF;电容C3改善负载的瞬态响应，其容量可选1uF及以下。

但若C3大，则会在稳压器输入端断开时，C3通过稳压器放电，所以选择C3=0.1uF。

同理可选择C4=1uF。

由于实验要求输出电流IOm=200mA，所亦可根据固定端的电压可确定R3=12/0.2Ω=60Ω，根据稳压器输出端与公共端电流恒定不变电流I=12/60=0.2A，设计要求的电压范围，当R2接入组织为0时，I*R1=5，可以算出R1的阻值，当R2输入最大阻值时，有（R1+R2）=12，以及根据仿真结果可以精确算出电阻R1=24Ω，以及电位器R2阻值的组织范围为0—34Ω。

第五章实验仿真验证

实验仿真电路图如下

（1）图示波形为开关闭合时输出电压

（2）图示波形为开关断开时调节滑动变阻器至最小时的电压

（3）图示波形为开关断开时调节滑动变阻器至中间时的电压

（4）图示波形为开关断开时调节滑动变阻器至最大时的电压

第六章实验结果及分析

实验焊接、调试及实验结果分析

我们在领完元器件之后，按照已画好的电路图，把元器件在PPC板上进行排版，然后按照元器件从低到高进行焊接。

为了减小连线的复杂度，我们合理调整了电路元件布局，使连线尽可能少，元件分布尽可能美观，完成一个完整的电路。

焊锡使锡尽可能多一些，这样元件就更加牢固。

由于实验元件限制，我们没有合适的变压器，导致电压达不到要求，但我们通过改变电阻参数的设置，最终解决了电压调节范围的问题。

在接入输入信号时，用万用表测量输出电压数值其结果如下：

输入电压U=220V

f=50Hz

固定端输出电压

U1=12.0V

可调多输出电压

U2=3.16V~13.2V

在此次设计任务中我们的实验结果与理论结果保持一致，并且满足设计任务要求。

我们所设计的串联型可调两路输出直流稳压电源准确度很高，有一定的实用价值，并且可以应用于我们生活中使用。

此次的设计制作虽然满足设计要求，但是要想提高电路工作的稳定性和实用性还存在一些差距，这需要我们更加深入的学习研究才能达到。

第七章实验结论及体会

结论与心得

一个学期结束了，在上了这么久的《模拟电子技术基本教程》，通过模电的课程设计，我发现了许多的问题。

发现自己对模拟电路这门课还存在很多的不足之处，理论知识的理解不是很深，对理论知识的的灵活运用还不够好。

通过对该电路的设计、焊接、调试，使我对模电有了新的认识，发现模电越来越接近生活，我们可以对自己感兴趣的东西进行更多的尝试。

通过课程设计使我有效的结合所学知识，把理论应用于实践。

在调试过程中我发现我们没有充分的考虑提供的变压器，因而输入电压达不到要求，从而导致调试结果与理论值有一定差距。

后来通过合理的改变电阻的分配才达到要求。

这使我懂得要如何分析错误来源，使我更加快速而精准的找出错误所在的地方并正确改正，以达到课设要求。

在这次课设中充分锻炼了自己的动手能力，熟练掌握了焊接技术。

学会了如何查找资料是自己的设计达到合理的要求。

虽然在在设计过程遇到一些困难，但是经过自己查阅的资料和老师细心的指导，是我们克服种种困难，终于在最后把这个串联二路输出直流稳压电源设计出来了。

并且，通过此次课程设计任务使我加深了对直流稳压电源的进一步了解，增强了动手能力和对模电的兴趣。

附表

元件清单

元件名称

型号及数量

桥堆

3N2471个

电容

0.1uF2个

1uF1个

470uF1个

电阻

24Ω1个

60Ω1个

电位器

1KΩ1个

三端稳压器

LM7812KC1个

开关

单刀双掷开关1个

附录

参考文献

1、华成英《模拟电子技术基本教程》

2、熊伟侯传教梁青孟涛编著《MuItisim7电路设计及仿真应用》著

3、高吉祥《电子技术基础实验与课程设计》（第二版）

4、南航航空大学《电子实践技术2》

5、谢自美《电子线路设计、课题、测试》（第二版）

6、罗先决《电路》（第五版）