直流稳压电源 5V.

湖南工学院
课程设计说明书
课程名称：半导体直流稳压电源的设计和测试（一）专业名称：电子信息工程
指导老师：龙卓珉
课程设计任务书
半导体直流稳压电源的设计和测试（一）
（一）设计目的
1、学习直流稳压电源的设计方法；
2、研究直流稳压电源的设计方法；
3、掌握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法；（二）设计技术要求和技术指标
1、技术指标：要求电源输出电压为±12V（或±9V／±5V），
输入电压为交流220V，最大输出电流为I omax=500mA，
纹波电压ΔV op-p≤5mV，稳压系数Sr≤5%。

2、设计基本要求
（1）设计一个能输出±12V／±9V／±5V的直流稳压
电源；
（2）拟定设计步骤和测试方案；
（3）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件
及参数；
（4）要求绘出原理图，用Protel画出印制板图（选做）；
（5）在万能板或面包板或PCB板上制作一台直流稳压
电源；
（6）测量直流稳压电源的内阻；
（7）测量直流稳压电源的稳压系数、纹波电压；
（8）撰写设计报告。

3、设计扩展要求
（1）能显示电源输出电压值，00.0-12.0V；
（2）要求有短路过载保护。

（三）设计提示
1、设计电路框图如图所示
稳压电路若使用分离元件要有取样、放大、比较和调整四个
环节，晶体管选用3DD或3DG等型号；若用集成电路选78XX
和79XX稳压器。

测量稳压系数:在负载电流为最大时，分别测得输入交流比
220V增大或减小10%的输出ΔVo，并将其最大一个代入公式
计算Sr，当负载不变时，Sr=ΔV O V I／ΔV I V O。

测量内阻：在输入交流为220V，分别测得负载电流为0及
最大值时的ΔV O,r o=ΔV O／ΔI L。

纹波电压测量：叠加在电压上的交流分量，一般为mV级。

可将其放大后，用示波器观测其峰-峰值ΔV op-p；可用交流
毫伏表测量其有效值ΔVo，由于纹波电压不是正弦波，所以
有效值衡量存在以一定误差。

2、实验仪器设备
自耦变压器一台、数字万用表、交流毫伏表、面包板或万能
表、智能电工实验台、示波器
3、设计用主要器件
变压器、整流二极管、集成稳压器（7812／7912／7809／7909
／7805／7905）、电容、电阻若干
4、参考书
《电工学》电子工业出版社；《晶体管直流稳压电源》辽宁
科技出版社
《电子线路设计·实验·测试》华中科技大学出版社
《模拟电子技术基础》高等教育出版社
（四）设计报告要求
1、选定设计方案；
2、拟出设计步骤，画出电路，分析并计算主要元件参数值；
3、列出测试数据表格。

4、调试总结。

（五）设计总结
1、总结直流稳压电源的设计方法和运用到的主要知识的，
对设计方案进行比较。

2、总结直流稳压电源主要参数的测试方法。

目录
第一章系统设计思路 (1)
第二章系统功能及其使用说明 (2)
2.1 变压器 (2)
2.2 整流电路 (2)
2.3 滤波电路 (3)
2.4 稳压电路 (3)
第三章实验所需器件及其用途 (4)
3.1 变压器 (4)
3.2 稳压器CW7805 LM7905 (5)
3.3 整流二极管 (5)
3.4 电解电容 (5)
第四章电路设计要求以及参数计算 (6)
4.1 设计要求 (6)
4.2 各参数计算 (6)
4.3实物测量数据 (7)
第五章总结 (8)
参考文献 (9)
附录……………………………………………………………
直流稳压电源设计报告
直流稳压电源是一种当电网电压波动或温度、负载改变时，能保持输出直流电压基本不变的电源。

其电源电路包括电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个环节。

设计中要用的元件有变压器、稳压器、整流二极管、玻璃保险管、电解电容、散热片和陶瓷电容等。

第一章系统设计思路
本次实验内容的电路图为集成稳压电源LM7805型的电路。

其主要器件有变压器、整流二极管、滤波电容和集成稳压器。

图1.±5v直流稳压电路图
该系统设计思路为：
（1）根据设计的要求设计后电路，再根据原理图把实物图连接好；
（2）先测在输入为220V的交流电压下的输出Vo+,Vo-是否符合原件性能指标,以及其纹波电压≤5mV；
（3）把输入电压设置为198V和242V,分别测出两种情况下的输出电压Vo1,Vo2;
(4) 通过测得的Vo1,Vo2算得稳压系数Sr，若稳压系数≤5%，则该电路设计成
功。

第二章系统功能及其使用说明
本次设计的5V直流稳压电源的主要功能为把输入的220V交流电压通过变压器的降压，滤波，整流和稳压等转化为所需要的5V直流低压输出。

使用时只需插上插座，将用电器直接与该器件的输出端相连接即可。

以下为电路中各个环节的功能介绍。

2.1.变压器
变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。

变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。

变压器的基本原理是电磁感应原理。

2.2.整流电路
整流电路是把经过变压后的交流电通过具有单向导电性能的整流元件（如二极管、晶闸管等），将正负交替的正弦交流电压变换为单向的脉动直流电压。

但是，这种电压直流幅值变化很大，包含有很多的脉动交流成分，还不能作为直流电源使用。

本次设计为桥式整流滤波电路，就是四个二极管两两并联后接入输出电压分别把正负电压整流在输出时候获得了正负输出的两次的整流电压。

其电路图如下图所示：
图2.桥式整流电路
2.3.滤波电路
滤波电路通常由具有储能特性的电容、电感等元件组成，它能将脉动直流电中的脉动交流成分尽量滤除掉，而只留下直流成分，使输出电压成为比较平滑的直流电压。

但是，当电网电压或负载以及温度发生变化时，滤波器输出直流电压值也将随之变化，因此，此时的直流电压不稳。

其电路图如下图所示：
图3.滤波电路
2.4.稳压电路
稳压电路是利用能够自动调整输出电压变化的电路来使输出的电压不随电网电压、温度或负载的变化而变化，从而达到稳定输出电压的目的。

一般有并联型、串联型线性稳压电路和开关型稳压电路等。

本次设计所用的为固定集成稳压器，其本身不能产生功率，只是将输入端功率取出传给负载，通过控制该功率的大小使输出电压不变。

三端稳压器的三端是输入端子U I、输出端子U o和公共端子COM，使用时公共端子COM通常接地，其内部等效电路如图3所示。

它由调整管、保护电路、控制电路、误差放大器等组成，U o－COM端子间电压与基准电压U ref进行比较，工作时经常保持一致，当输入电压U I或输出电流I O变化时，使输出电压U o保持稳定。

图3 三端稳压器的内部等效电路
第三章实验所需器件及其用途
实验器件如下表所示：
3.1变压器
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后需要的变流电压Ui，变压器副边与原边的功率之比为变压器的效率。

3.2稳压器CW7805 LM7905
CW7805、LM7905稳压器的三端是输入端子U I、输入出端子U o和公共端子COM，使用时公共端子COM通常接地，7805 1为正电源输入，2为地，3为正电源输出；7905 1为地，2为负电源输入，3为负电源输出。

7805的3与2之间为+5V。

7805的3与7905的3为+10V。

7905的3与1为为-5V。

7905的3与7805的3为-10V。

78XX正压系列系列输出电压有5、6、8、10、12、15、18、20、24V等品种，输出电压精度基本上为4%。

该系列稳压块有过流、过热和调整管安全工作区保护，以防过载损坏。

一般不需要外接元件即可工作，有时为改善性能也加少量元件。

78XX系列又分三个子系列：78XX、78MXX和78LXX，其差别只在输出电流和外形，78XX输出电流为1A，78MXX输出电流为0.5A，78LXX输出电流为0.1A。

3.3整流二极管
二极管的基本性质是“单向导电”，交流电流过时，只有正（或负）半周时电流能流过，而在负（或正）半周时，电流是截止的，就是说，只有半个周期的电流流过，另半个周期因为电流方向是相反的不能流过，这样在电路中就只有一个方向的电流了，也就是把交流电变成了单身脉动电流，这就是它能整流的基本原理。

3.4.电解电容
电容由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成。

由于绝缘材料的不同，所构成的电容器的种类也有所不同。

按结构可分为：固定电容，可变电容，微调电容。

按介质材料可分为：气体介质电容，液体介质电容，无机固体介质电容，有机固体介质电容电解电容。

按极性分为：有极性电容和无极性电容。

我们最常见到的就是电解电容。

电容在电路中具有隔断直流电，通过交流电的作用，因此常用于级间耦合、滤波、去耦、旁路及信号调谐。

电解电容其作用是：
隔直流：作用是阻止直流通过而让交流通过。

旁路（去耦）：为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。

耦合：作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路。

滤波：将整流以后的锯齿波变为平滑的脉动波，接近于直流。

储能：储存电能，用于必须要的时候释放。

470uF/100V，330uF/100V 等为无感CCB电容。

作用如下：
隔直流：作用是阻止直流通过而让交流通过。

旁路（去耦）：为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。

耦合：作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路。

滤波：将整流以后的锯齿波变为平滑的脉动波，接近于直流
第四章电路设计要求以及参数计算
4.1.设计要求：
性能指标要求：V
O+
=+5V, Vo-= -5V
技术指标要求：纹波电压：≤5mV
电压调整率：Sr≤5%
4.2.各参数计算：
（1）确定稳压电路的最低输入直流电压U
imin
U
imin ≈[U
omax
+(U
i
-U
)
min
]/0.9
代入各指标,计算得:
U
imin
≥(5+3)/0.9=8.89V
取值为9 V.
（2）确定电源变压器副边电压、电流及功率
U
i ≥U
omax
/1.1. I
1
≥I
imax
所以我们取I
1
为1.5A.
U
I ≥5/1.1=4.6V 变压器副边功率P
2
≥7W
变压器的效率q=0.7，则原边功率P
1
≥10 W.由上分析,可选购副边电压为9 V,输出1.5A,功率12W的变压器.
（3）选整流二极管及滤波电容
整流二极管1N4007通用参数：
电流参数：IO=1A/IFSM=30A/IR=10μA
电压参数：URRM=URWM=UR=1000V/URSM=1200V/UF=1.1V/UR(RMS)=700V
功率：PD=3W
波电容计算：C≈(3～5)T×Iimax/2U
1min
电解电容作滤波电容。

4.3．实物测量数据：
（1）确定稳压电路的输出直流电压Vo
Vo+=5.02V;Vo-=-4.97V
Vo+≈Vo-≈5V
基本符合性能指标要求
（2）确定纹波电压V
V=（3.0～4.0）mV
（3）测量内阻R
经过测得Vo-=-4.97V，Io-=-1.02A
所以：R=Vo-/Io-=4.87
（4）确定稳压系数Sr
Sr=[220/(242-198)][( Vo1-Vo2)/Vo]=5(5.02-5.02)/5.02=0
第五章总结
在这次设计学习中，我们通过老师上课时的讲解和自己课间查资料，了解了直流稳压电路的基本构成部分，即变压部分、整流电路、滤波电路和稳压电路，以及5V 直流稳压电源的制作。

根据设计好的原理图，将选好的符合要求的器件插入万能板焊接即可。

我们也从中学到了电路分析和设计的基本方法，包括：根据设计任务和指标初选电路；选择元件，安装电路，调试改进；分析实验结果。

而这次的制作，需要我们自己排版设计，这样使我们能够主动自觉的去思考，主动学习相关的知识，培养了一定的自学能力，分析问题的能力和解决问题的能力，再动手的过程中也动了脑。

而且还巩固了一些电子仪器的正确使用。

通过这次设计制作，我收获了很多，不仅是知识上，还有动手能力上都得到了提高。

参考文献
[1] 郑晓峰.模拟电子技术基础.2版.北京：中国电力出版社，2008.
[2] 廖先芸.电子技术实践与训练.北京：高等教育出版社，2000.
[3] 陈玉寿.电子技术实训指导.北京：化学工业出版社，2001.。