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1、多路输出直流稳压电源的设计 电子技术 课程设计任务书 学生姓名 专业班级 学号 题 目 多路输出直流稳压电源 课题性质 工程设计 课题来源 自拟 指导教师 主要内容 （参数） 设计一个多路输出直流稳压电源，具体要求如下： （1）要求设计制作一个多路输出直流稳压电源，可将220V/50Hz交流电转换为多路直流稳压电源输出，输出电压要求：±12V/1A，±5V/1A，一组可调正电压+3～+18V/1A； （2）选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理； （3）按规定格
2、式写出课程设计报告书。 任务要求 （进度） 第1-2天：熟悉课程设计任务与要求，查阅技术资料，确定设计方案。 第3-4天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件与元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。 第5-6天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅合理。 主要参考 资料 [1] 康华光．电子技术基础（模拟部分）（第5版）[M]．北京：高等教育出版社，2004 [2] 阎石．数字电子技术基础（第5版）[M]．北京：高等教育出版社，2006 [3] 陈光明.电子技术书课程设计与综合实训[M]．北京航
3、空航天出版社. 2007 审查意见 系（教研室）主任签字： 年 月 日 目录 摘要 3 1.绪论 4 2.硬件组成与方案设计 6 2.1硬件组成 6 2.2方案设计 6 3.单元电路的设计原理 7 3.1 电源变压器 7 3.2 整流电路 7 3.3 滤波电路 9 3.4 稳压电路 9 3.5电源指示 11 4.元件参数选择 12 4.1集成稳压器的选择 12 4.1.1输出电压固定的集成稳压器的选择 12 4.1.2输出电压可调的集成稳压器的选
4、择 12 4.2电源变压器的选择 12 4.3集成整流桥与滤波电容的选择 13 4.4分压电阻的选择 13 4.4.1可调电压部分 13 4.4.2发光二极管串联分压部分 14 5.整体电路图 15 6．器件清单与仪器相关参数 16 7．设计总结 17 参考文献 18 多路输出直流稳压电源 摘要 直流稳压电源一般是由电源变压器、整流、滤波与稳压电路所组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流电路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，
5、稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现可输出±5V、±12V的电压并且在+3~+18V内的可调电压。 关键词:变压；整流；滤波；稳压 1.绪论 在当今社会中，各类电子产品极大地满足了我们的需求，但是任何电子设备都需要一个共同的电子电路——电源电路，在电子电路和电气设备中，通常都需要电压稳定的直流稳压电源供电，直流稳压电源可分为两类，一类是化学电源，如各种各样的干电池、蓄电池、充电电源等电源；其优点是体积小、重量轻、携带方便等；缺点是成本高、易污染。另一类是稳压电源，它是把交流电网220V的电压降为所需
6、要的数值，然后通过整流、滤波和稳压电路，得到稳定的直流电压，这是现实生活中应用比较广泛的一类。 电源变压器是将交流电网220V的电压变为需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还是会随电网电压波动、负载和温度等的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还须接稳压电路，稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出的直流电压稳定。此次集成直流电源的课程设计，要求输出±5 、±12V以与3～18V连续可调的电压。要能顺利完成者这一设计，这就需要不仅熟悉了解课本上的知识
7、还要学会将理论知识应用到实践中，并学会利用书籍以与网上资料来帮助自己。 2.硬件组成与方案设计 2.1硬件组成 如图 (1)所示 图(1) 多路输出直流稳压电源的硬件组成图 2.2方案设计 本次设计首先采用变压器把220V交流电变成所需要的电压；整流，利用二极管的单向导电性，可以设计出把交流电变成直流电的电路；再根据电容的滤波作用，输出纹波较小的直流电，从而得到平滑的直流电压；最后通过稳压块的稳压作用，就可以得到输出稳定的直流电压。如图(2)所示 图(2) 多路输出直流稳压电源的基本框图与各部分的波形图
8、 3.单元电路的设计原理 3.1 电源变压器 一般的电子设备所需要的直流电压较之交流电网提供的200V电压相差较大，为了得到输出电压的额定范围，就需要将电网电压转化到合适的数值。所以，电压变换部分的主要作用就是将电网电压变为所需要的交流电压，同时还可以起到直流电源与电网的隔离作用。变压器的变比由变压器的副边电压确定。如图（3）所示 图(3) 电源变压器图 3.2 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。整流电路的作用是将变换后的交流电压转换为单方向的脉冲电压。由于这种电压存在着很大的脉动部分（称为纹波），因此，一般还不能直接用来给负
9、载供电，否则，纹波会严重影响到负载的性能指标。整流电路主要有半波整流电路、全波整流电路、单相桥式整流电路。倍压整流电路用于其它交流信号的整流，例如用于发光二极管电平指示器电路中，对音频信号进行整流。 半波整流电路的特点是输出电压波形为输入正弦波电源波形的正半周期，所以输出电压脉动很大，直流分量较小，整流效率较低。如图（4）所示。 图(4) 半波整流电路波形图 另一种是单向桥式全波整流电路。如图（5）所示 图(5) 单向桥式全波整流电路与波形图 在V2正半周，电流从变压器副边线圈上端流出，只经过D1流向RL，再由D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。在负载
10、上产生一个极性为上正下负的输出电压。电流通路用实线箭头表示。同理在V2负半周时D2、D4正向导通，D1、D3 反偏截止。在负载上产生上正下负的输出电压。整流波形如图5所示。综上可知输入端经变压器后在副边得到了一个单向的脉动电压。 3.3 滤波电路 由于经过整流的直流脉冲电压还含有较大的纹波，因此需要设计滤波电路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。滤波部分的作用是对整流部分输出的脉动直流进行平滑，使之成为含交变成分很小的直流电压。也就是说，滤波部分实际上使一个性能较好的低通滤波器，且其截止频率一定低于整流输出电压的基波频率。其一般有电抗元件组成，如
11、在电阻两端并联电容器C，或者在整流电路输入端与负载间串联电感器L，以与有电容、电感组合而成的各种复式滤波电路如图(6)所示。 图(6) 三种不同的复式滤波电路 3.4 稳压电路 尽管经过整流滤波后的电压接近于直流电压，但是其电压值的稳定性很差，受温度、负载、电网电压波动等因素的影响很大，因此，还必须有稳压电路，以维持输出直流电压的基本稳定。为了简化电路并提高电路的稳定性，因此选择集成稳压器。集成稳压器普遍使用的是三端稳压器。其可分为固定式和可调式，按正负的输出电压可分为CW317、CW337、LM317、LM337。其中317系列稳压器可以连
12、续输出可调正电压，337系列是可调负电压，他们可调范围为1.25～37V，最大输出电流为1.5A。三端集成稳压器三端集成稳压器还有78、79系列分别对应正电压输出和负电压输出.79系列和78系列的外形相似但是连接不同，79的1端接地，2端接负的输入，3端接输出。如图(7)、图(8)、图(9)所示。 图(7) 78XX系列的引脚图与应用电路图 图(8) CW79XX系列的引脚图与应用电路图 图(9) LM317的引脚图与应用电路图 3.5电源指示 发光二极管具有
13、工作电压很低,工作电流很小,可靠性高,寿命长。由于这些特性，发光二极管在一些光控设备中用作光源，在许多电子设备中用作信号显示器。因此，我们电源指示部分将使用发光二极管来实现。通过给它串联不同的分压电阻并联在变压器输出端与各路稳压电路的输出端以显示其工作状况。 4.元件参数选择 4.1集成稳压器的选择 4.1.1输出电压固定的集成稳压器的选择 输出电压固定的集成稳压器有正电源LM7800系列稳压器和负电源LM7900系列稳压器。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如
14、7805(+5V)、7806(+6V)、7809(+9V)、7812(+12V) 、 7909表示输出电压为负9V。有时在数字78或79后面还有一个M或L，如78M12或79L24，这是用来区别输出电流和封装形式等， 其中78L系列最的大输出电流为100mA，78M系列最大输出电流为1A，78系列最大输出电流为1．5A。 它们的封装也有多种，根据元件的安置情况会有所不同。负向集成稳压器与正向类似。 由于此次要输出电压为±12V、±5V电流要求均为1A，固芯片选择LM7812、LM7912、LM7805、LM7905。 4.1.2输出电压可调的集成稳压器的选择 可调输出的集成
15、稳压器是在固定输出集成器的基础上发展起来的，常见的产品有LM117和LM317等。这种集成稳压器，在集成芯片的内部，输入电流几乎全部流进输出端，流到公共端的电流非常小，因此可以用少量的外部元件方便的组成精密可调的稳压电路，应用更加灵活。正电源系列的基准电压为1.25V，输出电流为100mA或500mA，输出电压范围为1.25～37V。其内部设有过流、过电压保护，使用安全可靠，体积小，安装和调试方便，而且它的输出电压输出电流均符合要求，所以该可调集成稳压器选择LM317。 4.2电源变压器的选择 Uomax+(Ui-Uo)min≤Ui≤Uomin+(Ui-Uo)max 18V+3V≤U
16、i≤3V+40V 21V≤Ui≤43V U2≥Uimin/1.1=21/1.1=19.09V 取U2=20V 则P=20W，所以选取24V/25W的变压器。 4.3集成整流桥与滤波电容的选择 由于Urm=1.414×24=33.936V，I=1A，额定工作电流ID=1A，所以集成整流桥芯片选择KBP307 滤波电路选择电容滤波，适合小电流负载。I=1A，T=0.02s,电路中滤波电容承受的最高电压时1.414×24=33.936V所以选择电容的耐压值应该大于34V，所以在可调电压部分选择3300uF/50V的电解电容，固定电压部分选择3300uF/25V电解电容。 因为大容量电
17、解电容有一定的绕制电感分布，易引起自激振荡，形成高频干扰。所以稳压器的输入端并入瓷质小容量电容来抵消电解电容的电感效应和线路的杂波，抑制高频干扰。固在稳压芯片前并入334瓷质电容，在其后并入104瓷质电容。为了更好的消除纹波，在输出端前再并入470uF电解电容，其中12V以与3~18V选择的耐压值为35V，5V组选择耐压值为16V。 4.4分压电阻的选择 4.4.1可调电压部分 4.4.2发光二极管串联分压部分 由于发光二极管的正常工作电流为5mA至10mA，压降为1～2V，
18、所以在可调电压组的发光二极管后串联2K电阻，12V组串联1K电阻，5V组串联0.5K电阻。 5.整体电路图 如图(10)所示 图(10) 多路输出直流稳压电源整体原理图 6．器件清单与仪器相关参数 名称 型号(或大小) 数量 备注 变压器 24V/25W 1 T 二极管 IN5062 1 D2 IN4007 1 D1 L
19、ED 5 D3 D4 D5 D6 D7 电解电容 3300uF/50V 1 C17 3300uF/25V 4 C1 C5 C9 C13 470uF/35V 1 C20 470uF/16V 4 C3 C7 C11 C15 瓷片电容 334 5 C2 C6 C10 C14 C18 104 5 C4 C8 C12 C16 C19 集成整流桥 KBP307 1 稳压管 LM7805 1 U3 LM7812 1 U4 LM7905 1 U5
20、 LM7912 1 U6 LM317 1 U7 电阻 2K 1 R7 460K 1 R5 360K 1 R6 1K 2 R2 R3 0.5K 2 R1 R4 电位器 5k 1 Rp 7．设计总结 通过本次模电课程设计，我对上学期模电的知识进行了较好的复习，是对自身模电知识的一次检测，通过实践应用有效地加深了对理论知识的理解认识，而且也感受到将所学知识转化为实物的喜悦，更加激励了自己今后的学习。 在本次设计的过程中，我发现很多的问题，给我的感觉就是很难，很不顺手，看似很简单的电路，要动手把它给设计出来，是很难的一件事，
21、通过仔细的查找错误，让我更加明白了电路的原理，主要原因是我们没有经常动手设计过电路，还有资料的查找也是一大难题，这就要求我们在以后的学习中，应该注意到这一点，更重要的是我们要学会把从书本中学到的知识和实际的电路联系起来，这不论是对我们以后的就业还是学习，都会起到很大的促进和帮助，我相信通过这次的课程设计，在下一阶段的学习中我会更加努力，力争把这门课学好，学精。同时，通过本次课程设计，巩固了我们学习过的专业知识，也使我们把理论与实践从真正意义上相结合了起来；考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力；从中可以自我测验，认识到自己哪方面有欠缺、不足，以便于在日后的学习中得以改进、提高。 参考文献 [1]周政新．《电子设计自动化实践与训练（第三版）》．北京：中国民航出版社，2000 [2]谢自美．《电子线路设计、试验、测试（第二版）》．武汉：华中科技大学出版社，2000 [3]康华光．《电子技术基础 模拟部分（第四版）》．武汉：华中科技大学出版社，1998 [4]吴友宇．《模拟电子技术基础（第一版）》．北京：清华大学出版社，2009 [5] 阎石．数字电子技术基础（第5版）[M]．北京：高等教育出版社，2006 20 / 20
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