直流稳压电源电路

直流稳压电源电路

1 引言

模拟电子技术是计算机基础理论的一个重要组成部分，是计算机科学与技术系的重要学科基础课。模拟电子技术是一门研究对仿真信号进行处理的模拟电路的学科。它以半导体二极管、半导体三极管和场效应管为关键电子器件，包括功率放大电路、运算放大电路、反馈放大电路、信号运算与处理电路、信号产生电路、电源稳压电路等研究方向。

直流稳压电源是指能为负载提供稳定直流电源的电子装置。它的供电电源大都是交流电源，当交流供电电源的电压或负载电阻变化时，稳压器的直流输出电压都会保持稳定。

2 设计内容和设计要求

设计一个完整的直流稳压电源电路，其主要技术指标要求：①输出电压可

调：U

o =+3V～+15V②最大输出电流：I

omax

=800mA③输出电压变化量：ΔU

o

≤15mV

④稳压系数：S

V

≤。

直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图1。

3 设计原理

（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定。

（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

（3）滤波电路：可以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。

（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。

4 直流稳压电源电路

*注：设计过程中的仿真图均由调试完后的结果而来。

变压电源设计

变压器原理：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变压器原理图流时，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）。如图4-1-1中是一个10TO1的变压器，他的作用是使变压后的电压为原来的1/10。

图4-1 变压电源电路图

仿真后的波形图4-1-2

图4-1-2 变压电源仿真波形图

整流电路设计

整流电路的作用是把交流电能转换为直流电能的电路。通常采用桥式整流器是利用二极管的单向导通性，用来将交流电转变为直流电。

U 2＞0时，D

1

,D

3

导通，D

2

,D

4

截至。电流通路：A→D

1

→R

1

→D

3

U 2＜0时，D

2

,D

4

导通，D

1

,D

3

截至。电流通路：D

2

→R

1

→D

4

→A

加上中的变压电路得到了如图4-2-1所示的电路。

图4-2-1 整流电路图仿真测试后波形如图4-2-2

图4-2-2 整流电路仿真波形图

滤波电路设计

滤波电路其基本原理就是利用电路的频率特性实现对信号中频率成分的选择。滤波是信号处理非常。根据高等数学理论，每一个满足一定条件的信号，都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。而滤波电路只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而另一部分频率成分不能通过的电路。由此设计出滤波电路。如图4-3-1。

图4-3-1 滤波电路图

仿真后结果如图4-3-2

图4-3-2 滤波电路仿真波形图

稳压电路设计

稳压电路的作用是输出稳定的直流电压。根据设计需要，如图4-4-1所示，是一个串联三极管稳压电路。

主要依据质量指标选择电路方案，电路应当尽量简单而又满足指标要求。本次设计中，稳压系数Sr≤、内阻r0的要求不高，工作温度变化不大，所以选用典型电路即可。

硅堆进行桥式整流，得到脉动直流，220V交流电经变压器TF1降压后，由D

1

滤除其交流成份，得到直流电压。

然后由C

1

图4-4-1 稳压电路图

经过仿真，得到如图4-4-2所示的波形图，输出端（out）的参数为0-15V，如图4-4-3，符合设计要求。

图4-4-2 稳压电路波形图

图4-4-3 稳压电路输出端波形图

直流稳压电源电路

如图4-5-1。经过测试，我选用的是一个7000欧的滑动变阻器，如果没有此型号的可以用多个滑动变阻器串联或者用10000欧的滑动变阻箱调到7000欧姆档。

图4-5-1 直流稳压电源电路总图

在滑动变阻器阻值为7000欧姆时的仿真波形如图4-5-2，输出端（out）的电压为3V。

图4-5-2 直流稳压电路输出端仿真波形图

调试与测试

根据设计出的总电路图和仿真，逐渐确定所用的各电阻、电容的参数，如图4-6中所示。经过仿真得出如下波形，在滑动变阻器的阻值为7000欧时输出端电压为3V，阻值接近于0时输出电压为15V，符合设计要求。

图4-6 当滑动变阻器阻值为7000Ω时的直流稳压电路波形仿真图

自制封装

另外，为了生成PCB图，自制了电源和整流器的封装，分别如图8-1和图8-2.

图8-1 电源封装图8-2 桥式整流器封装

5 元件清单。

名称标示参数值封装号电源Vin 220V/50Hz DY 变压器TF1 10TO1 DIP4 电桥整流器D1 18DB05 ZL 电容C1 130μF

电容C2 65μF

二极管D2 100HF100PV TO-92A 三极管Q1 2N1893 TO-5 电阻R1 700Ω

电阻R2 1500Ω

电阻R3 950Ω

滑动变阻器R4 0-7000ΩVR5

6 生成PCB印刷电路板

仿真结果正确后，就可以开始进行PCB板的制作：

(1) 绘制元件库

(2) 绘制原理图

(3) 绘制封装库

(4) 导入网线表

(5) 自动布线

(6) 手工调整

如图6