1.5-----12V直流稳压电源设计论文
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(5)稳压电源 在输入电压为220Ｖ，50Hz. 电压变化范围为-10%～ +10%条件下： a. 输出直流电压为1.26V～17.51V,+12V,+9V,+5V,-5V； b. 最大输出电流为:Iomax＝500mA； c. 纹波电压(峰-峰值) ≤5mV(最低输入电压下，满载)； d. 具有过流保护及短路保护功能； e. 画出总体设计框图，以说明直流稳压电源有哪些相对独立的功能 模块组成，标出各个模块之间的联系、变化，并以文字对原理作辅 助说明。设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。选择合适的 元器件，接线验证、调试各个功能模块的电路，在接线验证时设 计、选择合适的输入信号和输出方式，在充分电路正确性同时，输 入信号和输出方式要便于电路的测试和故障排除。在验证各个功能 模块基础上，对整个电路 的元器件和布线，进行合理布局，进行直流稳压电源整个电路的调 试。
2.6电路原理分析
直流稳压电源一般由电源变压器T、整流、滤波电路及稳压电路所组 成，基本框图如图2.2所示。各部分的作用：
图2.2 基本框图
（1） 电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整 流滤波电路所需要的交流电压U2。变压器副边与原边的 功率比为P2/ P1=η，式中η是变压器的效率。
为了能更直观地知道所调电压的电压值，我们还运用了ICL7107芯 片和数码管等元器件的组合电路进行了扩展设计即电压值显示电路，使
电源使用变的更方便。 为提高输出电压的稳定系数，对电子滤波器的性能进行了改善，电
源调整管采用复合管的形式。分别在整流滤波和稳压后加电容C3、C4、 C5、C6，……，C13实现频率补偿,防止高频自激振荡和抑制高频干扰。 为了减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰分别加电容C12、 C13。为防止LM317输出电压短路，在该线路上加入1N4148二极管。经过 一系列的改善如：减小输出电压纹波系数，达到优良的滤波效果等，是 最终电路达到了设计要求。
我们用的是降压变压器，它的作用是将来自电网的220V交流电压u1 变 为整流电路所需要的交流电压u2。，其中：是变压器副边的功率， 是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表1所示：
表1 小型变压器的效率
副边功率
效率
0.6
0.7
0.8
0.85
因此，当算出了副边功率后，就可以根据上表算出原边功率。 输入电压Vi的范围为Vomax+(Vi-Vo)min≤Vi≤Vomin+(Vi-Vo)max, Vomax为最大输出电压，Vomin为最小输出电压，(Vi-Vo)min为稳压 器最小输入、输出差，(Vi-Vo)max为稳压管最大输入、输出差，故 Vi≥12+3=15V， 考虑电网电压10%的波动，最终取Vi =16.7V,由 V2=Vi/1.1=15.18V,但在实际过程中，由于没有这种生产标准，所以
第三章 单元电路的设计
在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。本次课 程设计的稳压源是小功率稳压源，它由电源变压器，整流，滤波和 稳压电路等四部分组成。各部分的介绍如下：
3.1电源变压器
电源变压器的作用是将交流电网220V的交流电压变换为所需的交流 电压。变压器的副边与原边的功率比定义为变压器的效率。
（2） 整流滤波电路：整流电路将交流电压U1变换成脉动的直 流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波 较小的直流电压U0。常用的整流滤波电路有全波整流滤 波、桥式整流滤波等，如图2.3所示。
图2.3 桥式整流 整流桥将交流电压U2变成脉动的直流电压，再经滤波电容C滤波纹波， 输出直流电压U0。U0与交流电压输出U2的有效值u2的关系为 U0=（1.1-1.2）u2 每只整流二极管承受的最大的方向电压Vrm=u2 通过每只二极管的平均电流I=0.5Ir=0.45u2/R 式中,R 为整流电路的负载电阻.它为电容C提供放电回路,RC放电时间常 数应满足RLC≥(3-5)T/2 式中,T为50HZ交流电压的周期,即20ms. （3）电压输出稳压器
2.2设计目的
1、 学习小功率直流稳压电源的设计与调试方法。
2、 掌握小功率直流稳压电源有关参数的测试方法。
3、通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试，要求学会：
(1)选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直
流
稳压电源；
(2)掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。
(3)通过电路的设计可以加深对该课程知识的理解以及对知识的综
第1章 绪论
电子技术是电类专业的一门重要的技术基础课，课程地显著特 点之一是它的实践性。要想很好的掌握电子技术，除了掌握基本器 件的原理，电子电路的基本组成及分析方法外，还要掌握电子器件 及基本电路的应用技术，课程设计就是电子技术教学中的重要环 节。本课程设计就是针对模拟电子技术这门课程的要求所做的，同 时也将学到的理论与实践紧密结合。
载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。
3.3滤波电路
滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成。
滤波电路的形式很多，为了掌握它的分析规律，把它分为电容输入式和
电感输入式。前一种滤波电路多用于小功率电源中，而后一种滤波电路
多用于较大功率电源中。所以本设计中采用电容输入式滤波电路。
在表达式（3-2-2）中电阻R为整流滤波电路的负载电阻，它为电
3.2整流电路
整流电路的任务是将交流电变为直流电，完成这一任务主要靠二
极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。在
小功率整流电路中，常见的几种整流电路有单相半波，全波，桥式
和被压整流电路。本设计中采用的是单相桥式整流电路。
在桥式整流电路中，二极管D1，D3和D2，D4是两两轮流导通的，
2.5设计方案的选择与论证
小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路 四个部分组成，如图2.1所示。
负载 稳压电路 滤波电路
整流电路 变压器
（a）
U1
U2
Ui
UI1
UI2
（b）
图2.1（a）、（b）稳压电源的组成框图及整流与稳压过程
方案一：简单的并联型稳压电源 并联型稳压电源的调整元件与负载并联，因而具有极低的输出
选购了输出为24V的。 （3）用整流桥和滤波电容
整流桥：实测V2=33V 整流输出电压平值
Vi=(1.1-1.2)V2 =36.3V 二极管平均电流
=0.327A 二极管最大反向压
=23.3V 故整流桥选用1N4001(1A,50V) 保护二极管选IN4148(1A,50V) 滤波电容： RLC≥(3-5)T/2,则C1=5T/2RL, 式中T为交流电源周期，T=20ms， RL 为C1右边的等效电阻，应取最小值，由于Imax=500mA,因此 RL =U1/Imax=33,所以C1=C2=1515μf,可见C1的容量较大，应选电解 电容，受规格限制，电容的耐压要≥25V,故滤波电容C取容量为 2200uF，耐压为25V的电解电容。
合运用。
2.3设计任务
设计一波形直流稳压电源，满足：
(1)当输入电压在220V±10%时，输出直流电压为1.26V-17.51V，
12V，9V，±5V；
(2)输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于5%。
（3）在可调电压端接入一个数字电压表，直接测出调出电压的数
值。
2.4设计要求
直流稳压电源的基本要求： (1)合理的选择电源变压器； (2)合理选择集成稳压器； (3)完成全电路理论设计、计算机辅助分析与仿真、安装调试、绘 制电路图； (4)撰写设计使用说明书。
其中，R1为固定电阻，故调节R2可以调节输出电压UO，并且UO的最小值 为1.25 V。
实际电路与上图有一点区别，不过原理都是一样。
3.5数字电压显示
LED/LED显示A/D转换器。ICL7107是高性能、低功耗的三位半A/D转 换电路。它包含有七段译码器、显示驱动、参考源和时钟系统。 ICL7107可直接驱动发光二极管LED。采用两个MAN6710数码管进行数字 电压显示。在本电路中，数字电压显示表接在可变电压输出端，可以直
本次课程设计的课题是半导体直流稳压电源的设计和调试，本 课程设计将就直流稳压电源电路的工作原理、参数计算、元件选 取、电路调试等做详细的介绍和说明。
第2章 系统设计方案论证及分析
2.1概 述
220V经电源变压器降为约+24V的交流电，先经过整流桥和电容C1 和C2进行滤波后，经过稳压芯片LM317得到在1.26v-17.51v可调的一个 相对稳定的直流电压，然后把整流后的电压接到7812稳压芯片，7809稳 压芯片，7805稳压芯片、7905稳压芯片上，分别得到+12v，+9v， +5v、-5v的电压。
由于输入电压U1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路
输出的直流电压UI会随着变化。因此，为了维持输出电压UI稳定不 变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电 压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响， 而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件 所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单 等优点。
2.7直流稳压电源的参数设计方法
稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压Uo、输出电流 Io、输出纹波电压ΔUop-p等性能指标要求，正确地确定出变压器、 集成稳压器、整流桥和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合 理的选择这些器件。 直流稳压电源的参数设计可以分为以下三个步骤：
根据稳压电源的输出电压Uo、最大输出电流Iomax，确定稳压器 的型号及电路形式。
1 选择三端集成稳压器，确定电路形式 集成稳压器选用LM7812(12V)、LM7809(9v)、LM7805(5v)、 LM7905(-5V)、LM317(可变电压)，其输出电压范围为： Uo=1.26V~17.51V,12v,9v,5v,-5v。所确定的稳压电源电路如图
2.4所示。
图2.4
Байду номын сангаас
⑵选择电源变压器 电源变压器有很多种：有降压的、有升压的，在这次的设计中
电阻，动态特性好，电路简单，并具有自动保护功能；负载短路时 调整管截止，可靠性高，但效率低，尤其是在小电流时调整管需承 受很大的电流，损耗过大，因此在本实验中不适合此方案。 方案二：由固定式三端稳压器（LM317,7812,7809,7805）组成
由固定式三端稳压器（LM317,7812,7809,7805）输出脚V0、输 入脚Vi和接地脚GND组成，LM317是可调电压稳压芯片，7805， 7809，7812，7905则属于CW78**,CW79**系列的稳压器，输入端接 电容可以进一步滤波，输出端接电容可以改善负载的瞬间影响，此 电路比较稳定。根据实验设计要求，本实验采用方案二。
根据稳压器的输入电压，确定电源变压器副边电压U2的有效值 u2；根据稳压电源的最大输出电流I0max，确定流过电源变压器副边 的电流I2和电源变压器副边的功率P2；根据P2，从表1查出变压器的 效率η，从而确定电源变压器原边的功率P1。然后根据所确定的参 数，选择电源变压器。
确定整流桥的正向平均电流ID、整流桥的最大反向电压和滤波 电容的电容值和耐压值。根据所确定的参数，选择整流桥和滤波电 容。 设计参数如下：
容C提供放电回路，RC放电时间常数应满足
RC >（3～5）Tˊ/2
（3-3-1）
式中Tˊ为50HZ交流电压的周期，及20ms。
3.4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
出直流电压稳定。
电路采用三端集成稳压器电路方案，电路原理图如图4所示。其中IC 为三端集成稳压器。晶体管T，阻R3，和电容器C组成软启动电路。电阻 R4和二极管D组成电压补偿电路。电容C2为输出滤波电容。
所以流经每个二极管的平均电流为:
（3-2-1）
每只整流二极管承受的最大反向电压为：
（3-2-2）
一般电网电压波动范围为±10%。实际上选用的二极管的最大整流电
流和最高反向电压应留有大于10%的余量。
桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压小，管子所承受的最
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
三端集成稳压器LM317及其调压原理。图4中IC采用了LM317系列三 端集成稳压器，其输出电压调节范围可达1.25～37 V，输出电流可达 1.5 A，内部带有过载保护电路，具有稳压精度高、工作可靠等特点。 其输出电压的调节原理如图5所示。由于LM317的2，3脚之间的电压U32 为一稳定的基准电压(1.25 V)，故有：
2.6电路原理分析
直流稳压电源一般由电源变压器T、整流、滤波电路及稳压电路所组 成，基本框图如图2.2所示。各部分的作用：
图2.2 基本框图
（1） 电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整 流滤波电路所需要的交流电压U2。变压器副边与原边的 功率比为P2/ P1=η，式中η是变压器的效率。
为了能更直观地知道所调电压的电压值，我们还运用了ICL7107芯 片和数码管等元器件的组合电路进行了扩展设计即电压值显示电路，使
电源使用变的更方便。 为提高输出电压的稳定系数，对电子滤波器的性能进行了改善，电
源调整管采用复合管的形式。分别在整流滤波和稳压后加电容C3、C4、 C5、C6，……，C13实现频率补偿,防止高频自激振荡和抑制高频干扰。 为了减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰分别加电容C12、 C13。为防止LM317输出电压短路，在该线路上加入1N4148二极管。经过 一系列的改善如：减小输出电压纹波系数，达到优良的滤波效果等，是 最终电路达到了设计要求。
我们用的是降压变压器，它的作用是将来自电网的220V交流电压u1 变 为整流电路所需要的交流电压u2。，其中：是变压器副边的功率， 是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表1所示：
表1 小型变压器的效率
副边功率
效率
0.6
0.7
0.8
0.85
因此，当算出了副边功率后，就可以根据上表算出原边功率。 输入电压Vi的范围为Vomax+(Vi-Vo)min≤Vi≤Vomin+(Vi-Vo)max, Vomax为最大输出电压，Vomin为最小输出电压，(Vi-Vo)min为稳压 器最小输入、输出差，(Vi-Vo)max为稳压管最大输入、输出差，故 Vi≥12+3=15V， 考虑电网电压10%的波动，最终取Vi =16.7V,由 V2=Vi/1.1=15.18V,但在实际过程中，由于没有这种生产标准，所以
第三章 单元电路的设计
在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。本次课 程设计的稳压源是小功率稳压源，它由电源变压器，整流，滤波和 稳压电路等四部分组成。各部分的介绍如下：
3.1电源变压器
电源变压器的作用是将交流电网220V的交流电压变换为所需的交流 电压。变压器的副边与原边的功率比定义为变压器的效率。
（2） 整流滤波电路：整流电路将交流电压U1变换成脉动的直 流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波 较小的直流电压U0。常用的整流滤波电路有全波整流滤 波、桥式整流滤波等，如图2.3所示。
图2.3 桥式整流 整流桥将交流电压U2变成脉动的直流电压，再经滤波电容C滤波纹波， 输出直流电压U0。U0与交流电压输出U2的有效值u2的关系为 U0=（1.1-1.2）u2 每只整流二极管承受的最大的方向电压Vrm=u2 通过每只二极管的平均电流I=0.5Ir=0.45u2/R 式中,R 为整流电路的负载电阻.它为电容C提供放电回路,RC放电时间常 数应满足RLC≥(3-5)T/2 式中,T为50HZ交流电压的周期,即20ms. （3）电压输出稳压器
2.2设计目的
1、 学习小功率直流稳压电源的设计与调试方法。
2、 掌握小功率直流稳压电源有关参数的测试方法。
3、通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试，要求学会：
(1)选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直
流
稳压电源；
(2)掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。
(3)通过电路的设计可以加深对该课程知识的理解以及对知识的综
第1章 绪论
电子技术是电类专业的一门重要的技术基础课，课程地显著特 点之一是它的实践性。要想很好的掌握电子技术，除了掌握基本器 件的原理，电子电路的基本组成及分析方法外，还要掌握电子器件 及基本电路的应用技术，课程设计就是电子技术教学中的重要环 节。本课程设计就是针对模拟电子技术这门课程的要求所做的，同 时也将学到的理论与实践紧密结合。
载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。
3.3滤波电路
滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成。
滤波电路的形式很多，为了掌握它的分析规律，把它分为电容输入式和
电感输入式。前一种滤波电路多用于小功率电源中，而后一种滤波电路
多用于较大功率电源中。所以本设计中采用电容输入式滤波电路。
在表达式（3-2-2）中电阻R为整流滤波电路的负载电阻，它为电
3.2整流电路
整流电路的任务是将交流电变为直流电，完成这一任务主要靠二
极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。在
小功率整流电路中，常见的几种整流电路有单相半波，全波，桥式
和被压整流电路。本设计中采用的是单相桥式整流电路。
在桥式整流电路中，二极管D1，D3和D2，D4是两两轮流导通的，
2.5设计方案的选择与论证
小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路 四个部分组成，如图2.1所示。
负载 稳压电路 滤波电路
整流电路 变压器
（a）
U1
U2
Ui
UI1
UI2
（b）
图2.1（a）、（b）稳压电源的组成框图及整流与稳压过程
方案一：简单的并联型稳压电源 并联型稳压电源的调整元件与负载并联，因而具有极低的输出
选购了输出为24V的。 （3）用整流桥和滤波电容
整流桥：实测V2=33V 整流输出电压平值
Vi=(1.1-1.2)V2 =36.3V 二极管平均电流
=0.327A 二极管最大反向压
=23.3V 故整流桥选用1N4001(1A,50V) 保护二极管选IN4148(1A,50V) 滤波电容： RLC≥(3-5)T/2,则C1=5T/2RL, 式中T为交流电源周期，T=20ms， RL 为C1右边的等效电阻，应取最小值，由于Imax=500mA,因此 RL =U1/Imax=33,所以C1=C2=1515μf,可见C1的容量较大，应选电解 电容，受规格限制，电容的耐压要≥25V,故滤波电容C取容量为 2200uF，耐压为25V的电解电容。
合运用。
2.3设计任务
设计一波形直流稳压电源，满足：
(1)当输入电压在220V±10%时，输出直流电压为1.26V-17.51V，
12V，9V，±5V；
(2)输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于5%。
（3）在可调电压端接入一个数字电压表，直接测出调出电压的数
值。
2.4设计要求
直流稳压电源的基本要求： (1)合理的选择电源变压器； (2)合理选择集成稳压器； (3)完成全电路理论设计、计算机辅助分析与仿真、安装调试、绘 制电路图； (4)撰写设计使用说明书。
其中，R1为固定电阻，故调节R2可以调节输出电压UO，并且UO的最小值 为1.25 V。
实际电路与上图有一点区别，不过原理都是一样。
3.5数字电压显示
LED/LED显示A/D转换器。ICL7107是高性能、低功耗的三位半A/D转 换电路。它包含有七段译码器、显示驱动、参考源和时钟系统。 ICL7107可直接驱动发光二极管LED。采用两个MAN6710数码管进行数字 电压显示。在本电路中，数字电压显示表接在可变电压输出端，可以直
本次课程设计的课题是半导体直流稳压电源的设计和调试，本 课程设计将就直流稳压电源电路的工作原理、参数计算、元件选 取、电路调试等做详细的介绍和说明。
第2章 系统设计方案论证及分析
2.1概 述
220V经电源变压器降为约+24V的交流电，先经过整流桥和电容C1 和C2进行滤波后，经过稳压芯片LM317得到在1.26v-17.51v可调的一个 相对稳定的直流电压，然后把整流后的电压接到7812稳压芯片，7809稳 压芯片，7805稳压芯片、7905稳压芯片上，分别得到+12v，+9v， +5v、-5v的电压。
由于输入电压U1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路
输出的直流电压UI会随着变化。因此，为了维持输出电压UI稳定不 变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电 压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响， 而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件 所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单 等优点。
2.7直流稳压电源的参数设计方法
稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压Uo、输出电流 Io、输出纹波电压ΔUop-p等性能指标要求，正确地确定出变压器、 集成稳压器、整流桥和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合 理的选择这些器件。 直流稳压电源的参数设计可以分为以下三个步骤：
根据稳压电源的输出电压Uo、最大输出电流Iomax，确定稳压器 的型号及电路形式。
1 选择三端集成稳压器，确定电路形式 集成稳压器选用LM7812(12V)、LM7809(9v)、LM7805(5v)、 LM7905(-5V)、LM317(可变电压)，其输出电压范围为： Uo=1.26V~17.51V,12v,9v,5v,-5v。所确定的稳压电源电路如图
2.4所示。
图2.4
Байду номын сангаас
⑵选择电源变压器 电源变压器有很多种：有降压的、有升压的，在这次的设计中
电阻，动态特性好，电路简单，并具有自动保护功能；负载短路时 调整管截止，可靠性高，但效率低，尤其是在小电流时调整管需承 受很大的电流，损耗过大，因此在本实验中不适合此方案。 方案二：由固定式三端稳压器（LM317,7812,7809,7805）组成
由固定式三端稳压器（LM317,7812,7809,7805）输出脚V0、输 入脚Vi和接地脚GND组成，LM317是可调电压稳压芯片，7805， 7809，7812，7905则属于CW78**,CW79**系列的稳压器，输入端接 电容可以进一步滤波，输出端接电容可以改善负载的瞬间影响，此 电路比较稳定。根据实验设计要求，本实验采用方案二。
根据稳压器的输入电压，确定电源变压器副边电压U2的有效值 u2；根据稳压电源的最大输出电流I0max，确定流过电源变压器副边 的电流I2和电源变压器副边的功率P2；根据P2，从表1查出变压器的 效率η，从而确定电源变压器原边的功率P1。然后根据所确定的参 数，选择电源变压器。
确定整流桥的正向平均电流ID、整流桥的最大反向电压和滤波 电容的电容值和耐压值。根据所确定的参数，选择整流桥和滤波电 容。 设计参数如下：
容C提供放电回路，RC放电时间常数应满足
RC >（3～5）Tˊ/2
（3-3-1）
式中Tˊ为50HZ交流电压的周期，及20ms。
3.4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
出直流电压稳定。
电路采用三端集成稳压器电路方案，电路原理图如图4所示。其中IC 为三端集成稳压器。晶体管T，阻R3，和电容器C组成软启动电路。电阻 R4和二极管D组成电压补偿电路。电容C2为输出滤波电容。
所以流经每个二极管的平均电流为:
（3-2-1）
每只整流二极管承受的最大反向电压为：
（3-2-2）
一般电网电压波动范围为±10%。实际上选用的二极管的最大整流电
流和最高反向电压应留有大于10%的余量。
桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压小，管子所承受的最
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
三端集成稳压器LM317及其调压原理。图4中IC采用了LM317系列三 端集成稳压器，其输出电压调节范围可达1.25～37 V，输出电流可达 1.5 A，内部带有过载保护电路，具有稳压精度高、工作可靠等特点。 其输出电压的调节原理如图5所示。由于LM317的2，3脚之间的电压U32 为一稳定的基准电压(1.25 V)，故有：