毕设多路输出线性直流稳压电源设计

多路输出线性直流稳压电源设计
设计总说明
电子设备给人们日常生活带来极大便利，所有的电子设备只有在电源电路的支持下才能正常工作。

电子设备对电源电路的要求是能够提供持续稳固、知足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳固的直流电能。

提供这种稳固的直流电能的电源确实是直流稳压电源。

论文描述了稳压电源的进展概况、要紧组成部份和经常使用器件和典型电路，揭露了稳压电源的工作原理。

详细介绍了设计方案的选择，变压、整流、滤波、稳压和爱惜电路等各个组成部份的选型和参数计算，并通过LED数码管电路将输出电路的电压和电流显示出来。

给出了设计原理图、PCB设计图和外壳结构和开孔尺寸大小图纸。

对电路板进行了调试，文中给出了具体的调试进程、调试结果，和调试进程中碰到的问题和解决方案，最终达到了设计要求。

关键词：稳压电源，PCB，调试，外壳结构
Design of Multiple Output Linear DC Regulated
Power Supply
Design Description
Electronic equipments bring so much conveniences to people in daily the electronic equipments can not wok properly without the support of the power circuit. Electronic equipments require power circuit to provide sustained and stable power,to meet the load usually it requires steady direct current,which DC Regulated power supply can just provide.
This paper describes the development and main components of power supply,common devices and the typical circuit,and reveals the principle of regulated power presents the option of design program in details,as well as the the selection and calculation of the circuit for the transformer,rectifier,filter,regulator and the LED displays the output voltage and current. It gives the schematic design,PCB design and the structure and the opening size drawings of the circuit board was debugged and achieved the design specific debugging processing, results and the problems encountered and the solutions of the problems are given. Key Words:regulated power supply, PCB,debugging,shell structure
目录
1绪论................................................... 错误!未定义书签。

课题的研究背景及意义............................. 错误!未定义书签。

稳压电源的进展................................... 错误!未定义书签。

课题研究方式..................................... 错误!未定义书签。

2稳压电源的分类、组成及技术指标 ..................... 错误!未定义书签。

稳压电源的分类................................... 错误!未定义书签。

直流稳压电源的大体组成........................... 错误!未定义书签。

直流稳压电源的技术指标........................... 错误!未定义书签。

特性指标....................................... 错误!未定义书签。

质量指标....................................... 错误!未定义书签。

极限指标....................................... 错误!未定义书签。

3稳压电源经常使用元器件及电路........................ 错误!未定义书签。

晶体二极管....................................... 错误!未定义书签。

晶体二极管的工作原理........................... 错误!未定义书签。

硅整流二极管的要紧参数及概念................... 错误!未定义书签。

整流电路......................................... 错误!未定义书签。

单相半波整流电路............................... 错误!未定义书签。

单相全波整流电路............................... 错误!未定义书签。

单相桥式整流电路............................... 错误!未定义书签。

滤波电路......................................... 错误!未定义书签。

电容滤波电路................................... 错误!未定义书签。

电感滤波电路................................... 错误!未定义书签。

复合滤波电路................................... 错误!未定义书签。

稳压电路......................................... 错误!未定义书签。

稳压管稳压电路................................. 错误!未定义书签。

串联反馈型稳压电路............................. 错误!未定义书签。

集成稳压电路................................... 错误!未定义书签。

爱惜电路......................................... 错误!未定义书签。

过流爱惜....................................... 错误!未定义书签。

过酷爱惜....................................... 错误!未定义书签。

4电源的设计及制作 ..................................... 错误!未定义书签。

设计要求及设计工具............................... 错误!未定义书签。

设计要求....................................... 错误!未定义书签。

设计工具....................................... 错误!未定义书签。

电路结构选择和参数的计算和选型................... 错误!未定义书签。

电路选择和整体原理图........................... 错误!未定义书签。

变压器的选择和整流电路的设计................... 错误!未定义书签。

滤波电路的设计................................. 错误!未定义书签。

稳压电路的设计................................. 错误!未定义书签。

爱惜电路的设计................................. 错误!未定义书签。

显示电路的设计................................. 错误!未定义书签。

电源的制作....................................... 错误!未定义书签。

制作PCB ........................................ 错误!未定义书签。

元器件的测试................................... 错误!未定义书签。

焊接........................................... 错误!未定义书签。

5稳压电源的调试........................................ 错误!未定义书签。

通电前的检查..................................... 错误!未定义书签。

通电调试......................................... 错误!未定义书签。

6外壳设计 .............................................. 错误!未定义书签。

7总结................................................... 错误!未定义书签。

参考文献................................................ 错误!未定义书签。

附录1................................................... 错误!未定义书签。

附录2................................................... 错误!未定义书签。

附录3................................................... 错误!未定义书签。

附录4................................................... 错误!未定义书签。

1绪论
课题的研究背景及意义
稳压电源是各类电子电路的动力源，被人誉为电路的心脏。

人所皆知，所有效电设备，包括电子仪器仪表、家用电器等，对供电电压都有必然的要求。

例如：有些电视机要求220V的电网电压转变不能超过±20%，即从198V到242V 之间，若是超出那个范围，电视机就不能正常收看，乃至会因电压太高而烧坏电视机。

至于周密电子仪器，对供电电压维持稳固不变的要求就加倍严格。

为解决用电设备要求供电稳固，而市电电网电压又难以保证的供求矛盾，人们便研制了各类各样的稳压电源。

事实上，稳压电源的输出，是相对稳固而并非绝对不变的，它只是转变很小，小到能够许诺的范围之内。

产生这些转变的缘故要紧有以下几个方面：(1)由于电网输入电压不稳固所致使。

电网供电有顶峰期和低谷期，不可能始终稳固如初；
(2)由于供电对象引发的，即由负载转变引发。

若是负载短路，负载电流会专门大，电源的输出电压会趋近于零，时刻一长还会烧坏电源；若是负载开路，没有电流流过负载，输出电压将会升高。

即便不是这两种极端情形，负载电阻的转变也会引发稳压电源输出电压的转变；
(3)由于稳压电源本身造成的。

组成稳压电源的元器件质量不行，参数有转变或完全失效，就不可能有效地调剂前两种缘故引发的波动；
(4)由于元器件受温度、湿度等环境阻碍而性能改变也会阻碍稳压电源输出不稳固。

一样来讲，稳压电源电路的设计第一考虑前两种因素，并针对这两种因素设计稳压电源中放大器的放大量等。

在选择元器件时，要重点考虑第三个因素。

但在设计高精度稳压电源时，必需要高度重视第四个因素。

因为在高稳固度电源中，温度系数和温漂这两个关键的技术指标的好坏都由那个因素决定。

本次毕业设计针对线性稳压电源，其在日常生活中的应用相当普遍，选择做此项目，能够熟练的把握此项技术，更利于所学知识的巩固及能力的提高，理论更切近实际，对自已的久远进展有着深远的阻碍。

学习制作直流稳压电源能够：
(1)学习大体理论在实践中应用的初步体会，把握模拟电路设计的大体方式、设计步骤，培育综合设计与调试能力；
(2)学会直流稳压电源的设计方式和性能指标测试方式；
(3)培育实践技术，提高分析和解决实际问题的能力。

稳压电源的进展
说到稳压问题，能够追溯到19世纪，爱迪生发明电灯时，就曾考虑过稳压电源。

到20世纪初，就已经显现了铁磁稳压电源及相应的技术文献。

电子管问世不久，就有人设计了电子管直流稳压电源。

在20世纪40年代后期，电子器件与磁饱和元件相结合，组成了电子操纵的磁饱和交流稳压电源，至今还在应用。

20世纪50年代，随着半导体工业的飞速进展，晶体管的诞生使串联调整型晶体管稳压电源组成了直流稳压电源的中心，这种局面一直维持到20世纪60年代中期。

这种电源尽管性能优良，但它最大的缺点是由于功率调整管与负载串联，而且晶体管工作在线性区域，稳压电源的输出电压调剂与稳固借助于功率晶体管上电压降的调整来实现，因此在输出电压低、电流大的场合，效率超级低且功率晶体管发烧也很厉害，散热便成了专门大的问题。

随着半导体技术的进步，电子设备开始从分立元器件进入集成电路时期，体积日趋减小，装机密度不断提高，规模容量慢慢增大。

这种晶体管串联型常规电源难以知足形势进展的问题日趋暴露。

20世纪60年代后期，科技工作者对稳压电源技术进行了一次新的总结，使开关电源和可控硅电源取得了快速进展。

与此同时，将稳压电源的大部份元器件都集成在一块硅基片上的集成稳压电源也在不断进展。

从1967年美国Bob Widlar发明了第一块集成稳压电源uA723至今，集成稳压电源品种之多、系列之全令人们另眼相看。

目前，线性集成稳压电源已经进展到几百个品种，类型也多种多样。

按结构形式能够分为串联型和并联型集成稳压电源；按输出电压类型能够分为固定式和可调式集成稳压电源；按管脚的引线数量能够分为三端式和多端式集成稳压电源；按制造工艺能够分为半导体式、薄膜混合式和厚膜混合式集成稳压电源；按输入和输出之间的压差又能够分为一样压差和低压差两大类，等等。

课题研究方式
直流稳压电源是最经常使用的仪器设备，在科研及实验中都是必不可少的。

本课题依照技术指标要求进行电源设计，目的在于尽可能节约本钱的前提下，使其性能加倍稳固。

在设计之前，应先了解稳压电源的大体组成及其工作原理，在此基础上，依据技术指标要求和设计标准进行优化设计。

为了在利历时，利用户能够加倍方便地对电源的具体工作状况有所了解，咱们通过LED数码管显示多路输出的电压和电流。

2稳压电源的分类、组成及技术指标
稳压电源的分类
稳压电源的分类没有明确的含义和界限，一样都是依照适应或通用的方式进行，在此简单介绍几种。

以稳压电源稳固的对象来分类，能够分为交流稳压电源和直流稳压电源两种。

交流稳压电源的输出电压是交流的，直流稳压电源的输出电压是直流的，二者通常都用交流电网供电。

以稳压电源的稳固方式来分类，能够分为参数稳压电源和反馈调整型稳压电源两种。

参数稳压电源主若是利用元器件的非线性实现稳压。

例如，仅用一只电阻和一只硅稳压管二极管就能够够参数稳压电源。

反馈调整型稳压电源是一个负反馈闭环自动调整系统，它把稳压电源输出电压的转变量，通过取样、比较放大、再反馈给操纵调整元器件，使输出电压取得补偿而趋近于原值，从而达到稳压。

以稳压电源的调整元器件与负载的连接方式来分类，能够分为并联稳压电源和串联稳压电源两种。

调整元器件与负载并联的叫做并联稳压电源或分流式稳压电源。

它通过调整元器件流过电流的多少来适应输入电网电压的转变及负载电流的转变，以维持输出电压的稳固。

这种稳压电源效率较低，只有某些专用处合才适用。

调整元器件与负载串联的稳压电源叫做串联稳压电源。

在这种稳压电源中，调整元器件串接于输入端和输出端之间，输出电压就依托调整元器件改变自身的等效电阻来维持恒定。

调整元器件若是是晶体管，确实是咱们通常所说的晶体管串联稳压型稳压电源。

以调整元器件的工作状态来分类，能够分为线性稳压电源和开关稳压电源。

调整状态元器件工作在线性状态的是线性稳压电源，调整状态元器件工作在开关状态的是开关稳压电源。

开关稳压电源又有很多分类，例如自激式、他激式、斩波式、推挽式、半桥式和全桥式等。

以调整元器件的品种来分类，能够分为稳压二极管稳压电源、晶体管稳压电源、可控硅稳压电源等。

另外，还有其他的分类方式，例如：集电极输出型稳压电源，发射极输出型稳压电源；高精度稳压电源，高压稳压电源；通用稳压电源，专用稳压电源等。

稳压器的分类有时也是错综交织的。

例如：一台稳压电源能够同时是直流、闭环反馈、线性调整、串联、晶体管集电极输出、专用、高精度稳压电源。

但一样没必要如此说明，只要表示出其要紧特点就行。

直流稳压电源的大体组成
直流稳压电源要将220V 工频交流电转换成稳压输出的直流电压，它需要通过变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，大体框图如图2-1所示：
图 2-1 直流稳压电源的大体框图 图2-1 直流稳压电源的大体框图
四个环节的工作原理如下：
(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信。

(2)整流电路：整流电路将交流电压变换成脉动的直流电压。

经常使用的整流电路有全波整流、桥式整流等。

桥式整流电路是由四个二级管组成的一个整流电路，电压提供能够是一组交流电源输出为全波的脉动直流电。

其优势是输出电压高，纹波电压较小，管子所经受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正负半周内都有电流供给负载，电源变压器取得了充分的利用，效率较高。

因此，这种电路在半导体整流电路中取得了很是普遍的应用。

全波整流电路中一种是桥式整流，另一种是双半波整流。

要求提供的电压的变压器为两个相同线圈串联在一路，三个线头两头各接一个整流管，组成两个半波整流电路两个二级管的结尾接在一路，同中间的串联接头，别离为电路的正负极。

(3)滤波电路：整流电路是将交流电变成直流电的一种电路，但其输出的直流电的脉动成份较大，而一样电子设备所需直流电源的脉动系数要求小于。

故整流输出的电压必需采取必然的方法．尽可能降低输出电压中的脉动成份，同时要尽可能保留输出电压中的直流成份，使输出电压接近于较理想的直流电，如此的电路确实是直流电源中的滤波电路。

尽管通过整流滤波后电压接近于直流电压，可是其电压值的稳固性很差，它受温度、负载、电网电压波动等因素的阻碍专门大，因此，还必需有稳压电路，以维持输出直流电压的大体稳固。

u 1 u 2 u 3 u 4 u 5 t t t t
t 变压 整流 滤波 稳压 u 1 u 2 u 3 u 4 u 5
0 0 0 0 0
(4)稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压维持稳固，大体不随交流电网电压和负载的转变而转变。

直流稳压电源的技术指标
稳压电源的技术指标能够分为两大类：一类是特性指标，反映直流稳压电源的固有特性，如输出电压、输出电流及电压调剂范围；另一类是质量指标，反映一个直流稳压电源的好坏，包括稳固度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。

特性指标
(1)输出电压范围
输出电压范围是指符合直流稳压电源工作条件情形下，能够正常工作的输出电压范围。

该指标的上限是由最大输入电压和最小输入－输出电压差所规定，而其下限由直流稳压电源内部的基准电压值决定。

(2)最大输入－输出电压差
该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所允许的最大输入－输出之间的电压差值，其值主要取决于直流稳压电源内部调整晶体管的耐压指标。

(3)最小输入－输出电压差
该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所需的最小输入－输出之间的电压差值。

(4)输出负载电流范围
输出负载电流范围又称为输出电流范围，在这一电流范围内，直流稳压电源应能保证符合指标规范所给出的指标。

质量指标
(1)电压调整率
电压调整率是表征直流稳压电源稳压性能的好坏的重要指标，又称为稳压系数或稳固系数，它表征当输入电压Vi转变时直流稳压电源输出电压V o稳固的程度，通常以单位输出电压下的输入和输出电压的相对转变的百分比表示。

(2)电流调整率
电流调整率是反映直流稳压电源负载能力的一项主要自指标，又称为电流稳定系数。

它表征当输入电压不变时，直流稳压电源对由于负载电流（输出电流）变化而引起的输出电压的波动的抑制能力，在规定的负载电流变化的条件下，通常以单位输出电压下的输出电压变化值的百分比来表示直流稳压电源的电流调整率。

(3)纹波抑制比
纹波抑制比反映了直流稳压电源对输入端引入的市电电压的抑制能力，当直流稳压电源输入和输出条件保持不变时，纹波抑制比常以输入纹波电压峰－峰值与输出纹波电压峰－峰值之比表示，一般用分贝数表示，但是有时也可以用百分数表示，或直接用两者的比值表示。

(4)温度稳固性
集成直流稳压电源的温度稳定性是以在所规定的直流稳压电源工作温度Ti 最大变化范围内（T min≤T i≤T max）直流稳压电源输出电压的相对转变的百分比值。

极限指标
(1)最大输入电压
最大输入电压是保证直流稳压电源安全工作的最大输入电压。

(2)最大输出电流
最大输出电流是保证稳压电源平安工作所许诺的最大输出电流。

3稳压电源经常使用元器件及电路
晶体二极管
晶体二极管的工作原理
晶体二极管是一个由P型半导体和N型半导体形成的PN结，在其界面处双侧形成空间电荷层，并建有自建电场。

当不存在外加电压时，由于PN结两边载流子浓度差引发的扩散电流和自建电场引发的漂移电流相等而处于电平稳状态。

当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的相互抑消作用使载流子的扩散电流增加引发了正向电流。

当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步增强，形成在必然反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流。

当外加的反向电压高到必然程度时，PN结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增进程，产生大量电子空穴对，产生了数值专门大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。

硅整流二极管的要紧参数及概念
由于各类二极管的作用不同，其技术参数的偏重点也有不同，下面以在稳压电源中最经常使用的硅整流二极管为例进行论述。

(1)额定正向整流电流I F(平均值)：在规定的利用条件下，在电阻性负载的正弦半波整流电路中，许诺持续通过半导体整流二极管的最大工作电流；
(2)正向电压降U F(平均值)：半导体整流二极管通过额定整流电流时，在电极间产生的电压降；
(3)反向漏电流I B(平均值)：半导体整流二极管在正弦半波最高反向工作电压下的漏电流；
(4)击穿电压U B(峰值)：半导体整流二极管反向为硬特性时，其反向伏安特性曲线急剧弯曲点的电压值；若是为软特性时，那么其值为给定的反向漏电流下的电压值。

整流电路
把交流变成脉动直流的进程叫整流。

经常使用的整流电路有单相半波、单相全波、单相桥式等几种。

单相半波整流电路
单相半波整流电路如图3-1所示：
图3-1 单相半波整流电路
当u 2为正半周时，二极管D 经受正向电压而导通，现在有电流流过负载，而且和二极管上的电流相等，即i o = i d 。

忽略二极管的电压降，那么负载两头的输出电压等于变压器副边电压，即u o =u 2 ，输出电压u o 的波形与u 2相同。

当u 2为负半周时，二极管D 经受反向电压而截止，使电阻R L 两头的输出电压u o 成为单向脉动直流电压，因此叫做半波整流。

单相半波整流电压的平均值为：
⎰===ππ
ωωπ0222o 45.02)(sin 221U U t td U U (3-1) 流经二极管的电流平均值与负载电流平均值相等，即：
L 2
o D 45.0R U I I == (3-2)
二极管截止时经受的最高反向电压为u 2的最大值，即：
22M RM 2U U U == (3-3)
考虑到电网电压波动范围为±20％，二极管的极限参数应知足：
(1) I F >0.45U 2
R L
(2) U RM >1.2√2U 2
单相半波整流电路尽管结构简单，但输出电压脉动系数大，直流成份低，变压器只有半个周期工作，利用率低。

单相全波整流电路
单相全波整流电路如图3-2所示。

变压器副边具有中心抽头，感应出两个幅值相等而相位相差180o 的电压u 2 。

当u 2处于正半周时，D 1导通，D 2截止；当u 2处于负半周时，D 2导通，D 1截止。

单相全波整流电压的平均值为：
2220022
11()2sin ()220.9o o U u d t U td t U U ππωωωπππ=
===⎰⎰
(3-4)
流过负载电阻的输出电流平均值为：
I o= U o/R L= U2 / R L(3-5)
流经每一个二极管的电流平均值为负载电流的一半，即：
I O(3-6)
I D=1
2
二极管经受的最高反向电压：
U RM=2√2U2(3-7)
图3-2 单相全波整流电路
单相桥式整流电路
单相全波整流电路如图3-3所示：
图3-3 单相桥式整流电路
u2为正半周时，a点电位高于b点电位，二极管D1、D3经受正向电压而导通，D2、D4经受反向电压而截止。

现在电流的途径为：a→D1→R L→D3→b；u2为负半周时，b点电位高于a点电位，二极管D2、D4经受正向电压而导通，D1、D3经受反向电压而截止。

现在电流的途径为：b→D2→R L→D4→a。

单相桥式整流电压的平均值为：
⎰===ππωωπ0222o 9.022)(sin 21U U t td U U (3-8)
流过负载电阻R L 的电流平均值为： L 2L o o 9.0R U R U I == (3-9)
流经每一个二极管的电流平均值为负载电流的一半，即：
L 2o D 45.021R U I I == (3-10)
每一个二极管在截止时经受的最高反向电压为u 2的最大值，即： 22M RM 2U U U == (3-11) 滤波电路
电容滤波电路
电容滤波电路及波形如图3-4中(a)、(b)所示：
图3-4 电容滤波电路及波形
假设电路接通时恰恰在u 2由负到正过零的时刻，这时二极管D 开始导通，电源u 2在向负载R L 供电的同时又对电容C 充电。

若是忽略二极管正向压降，电容电压u C 紧随输入电压u 2按正弦规律上升至u 2的最大值。

然后u 2继续按正弦规律下降，且C 2u u <，使二极管D 截止，而电容C 那么对负载电阻R L 按指数规律放电。

u C 降至u 2大于u C 时，二极管又导通，电容C 再次充电……。

如此循环下去，u 2周期性转变，电容C 周而复始地进行充电和放电，使输出电压脉动减小，如图3-4（b ）所示。

电容C 放电的快慢取决于时刻常数（C R L =τ）的大小，时刻常数越大，电容C 放电越慢，输出电压u o 就越平坦，平均值也越高。

电容滤波电路的输出特性曲线如下图。

从图中可见，电容滤波电路的输出电压在负载转变时波动较大，说明它的带负载能力较差，只适用于负载较轻且转变不大的场合。

图3-5 电容滤波电路的输出特性曲线
—般经常使用如下体会公式估算电容滤波时的输出电压平均值： 半波：2o U U = (3-12) 全波：2o 2.1U U = (3-13)
为了取得较滑腻的输出电压，一样要求C R ω1)
15~10(L ≥，即： 2)5~3(L T C R ≥=τ (3-14)
式中T 为交流电压的周期。

滤波电容C 一样选择体积小，容量大的电解电容器。

应注意，一般电解电容器有正、负极性，利历时正极必需接高电位端，若是接反会造成电解电容器的损坏。

加入滤波电容以后，二极管导通时刻缩短，且在短时刻内经受较大的冲击电流（o C i i +），为了保证二极管的平安，选管时应放宽裕量。

电感滤波电路
电感滤波电路如图3-6所示。

由于通过电感的电流不能突变，用一个大电感与负载串联,流过负载的电流也就不能突变，电流滑腻，输出电压的波形也就平稳了。

其实质是因为电感对交流呈现专门大的阻抗，频率愈高，感抗越大，那么交流成份绝大部份降到了电感上,假设忽略导线电阻，电感对直流没有压降，即直流均落在负载上，达到了滤波目的。

在这种电路中，输出电压的交流成份是整流电路输出电压的交流成份经X L 和R L 分压的结果，只有ωL >>R L 时，滤波成效才好。

U o 1.4U o 0.9U o
0 I o +
u 1 － + u 2 － R L + u o －
L。