模电课程设计_多路输出直流稳压电源设计

模电课程设计_多路输出直流稳压电源设计
模电部分
多路输出直流稳压电源设计
一、设计任务与要求
1．设计并制作一个连续可调直流稳压电源，可将220V/50HZ交流电转换为多路直流稳压输出，主要技术指标要求：
第一档输出 +12V，-12V 1A 第二档输出 +5V，-5V 1A 第三档输出 +3～+12V
2．学会根据已学知识设计具有某一特定功能的电路；3．学会基本电路的组装与调试。

二、方案设计与论证
可调直流稳压电源一般电源、变压器、整流电路、滤波电路、及稳压电路组成。

变压器把市电220V/50Hz交流电变为所需要的低压交流电。

整流器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。

这次课程设计是在王枫老师指导下充分利用所学模拟电子技术的知识设计制作的。

直流稳压电源有很多优异特性，为获得可靠的直流电压，一个简易的办法就是将我国目前的市电电压通过一定的方法转化为我们需要的直流电。

我们此次课程设计任务就是
设计一个可靠的多路输出直流稳压电源。

本设计主要采用多路输出直流稳压构成集成稳压电路，通过变压、整流、滤波、稳压四过程将 220V交流电变为稳压直流电，实现实现固定输出电压 +12V、-12V、+5V、-5V四种电压输出，并实现在+3V～+12V间可调。

采用电源变压器、整流滤波电路、和稳压电路。

其中稳压电路是采用7812和7912实现+12V、-12V输出；采用集成电路7805和7905稳压器实现+5V、-5V输出；采用317集成电路实现+3～+12V输出。

将此方案与其他任何方案进行对比，可以发现此方案结构简单，所用元件数目较少，且容易调试。

在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。

为了得到此稳压直流电源，我们利用所学的模电知识设计可调直流稳压电源，此电源一般电源变压器，整流、滤波电路及稳压电路所组成。

变压器把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。

方案一：输出+12V、-12V、+5V、-5V电流均为1A。

方案二：输出电压可以在+3～+12V
连续调节。

三、单元电路设计与参数计算
1．电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电
变换成符合需要的交流电，并送给整流电路，变压器的变比变压器的副边电压确定。

副边与原边的功率比为P2： P1=η，其中η是变压器的效率。

2．整流电路：整流电路是利用二极管的单向导电性，把交流电变为脉动直流电的电路。

此稳压源利用的是单向桥式全波整流电路，此整流电路四个二级管组成。

如图1所示。

其工作原理为：当U2为正半周期时，二极管D1、D3承受正向电压而导通，D2、D4承受反向电压而截止，电流方向如左图虚线所示。

此时电流波形如图2所示。

整流二极管的反向击穿电压URM应该满足：URM>2 V0，经过整流管的电压U0=。

当U2为负半周幅值变化到恰好大于UC时，D2和D4因加正向电压变为导通状态，U2再次对C充电，UC上升到U2的峰值后又开始下降；下降到一定数值时D2和D4变为截止，C对RL放电，UC按指数规律下降；放电到一定数值时D1和D3变为导通，重复上述过程。

3.滤波电路：
图3
电容充电时间常数为RDC，因为二极管的RD很小，所以充电时间常数小，充电速度快；RLC为放电时间常数，因为RL较大，放电时间常数远大于充电时间常数，因此，滤波效果取决于放电时间常数。

电容C愈大，负载电阻RL愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大，如图4所示。

电容滤波负载器输出电压U0=U2。

图4
4．稳压电路：于稳压电路发生波动、负载和温度发生变化，滤波电路输出的直流电压会随着变化。

因此，为了维持输出电压稳定不变，还需加一级稳压电路。

稳压电路的作用是当外界因素等发生变化时，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组成。

采用集成稳压器设计的电源具有性能稳定、结构简单等优点。

如图5所示，此电路图用的稳压器件是集成稳压块。

固定式三端稳压器有78XX系列和79XX系列，78XX 系列输出固定的正电压，79XX系列输出固定的负电压。

它们的引脚功能如图所示。

78XX也可换为79XX。

图5
可调式三端稳压器输出连续可调的直流电压，常见产品有LM117和LM317等。

它们的基准电压是，输出电流为100mA 或500mA，输出电压范围可在～37V之间连续可调。

稳压器内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠、应用方便性能优良等特点。

如图6所示，其中R1与Rw组成电压输出电压调节电路，输出电压U0的表达式为：
U0≈
式中R1通常取240Ω，Rw则根据对V0值的要求值求得。

图6
稳压器的输入端接电容C1可以进一步滤除纹波，输出端接电容C0能消除自己振荡，确保电路稳定工作。

四、总原理图及元器件清单
1．总原理图：
2. Multisim 原理图：
D21N4007U1LM7812CTD11XSC1Ext Trig+2V1T1220 Vrms 50 Hz 0°TS_PQ4_μF100nFD71N4002C12C14D8100nF100nF1N4002_A+_+B_μFA+_XSC2Ext Trig+_B+_ΩR3D91N4007C201mFR2400ΩμF2050Ω0%Key=A 3. 元件清单：
元件序号 V1 T1 D1 C C C C C U1 U2 U5 U6 U3 D D 型号 TS_PQ_4_12 3N248 100nF 100μF 30nF 1mF LM7812 LM7912 LM7805 LM7905 LM317 1N4002 1N4007 主要参数 220V 50Hz 12V/25W 数量 1 1 1 7 8 3 2 1 1 1 1 1 1 4 6 备注电源降压器桥式电路滤波电容滤波电容滤波电容滤波电容滤波电容稳压管输出+12V 稳压管输出-12V 稳压管输出+5V 稳压管输出-5V 可调集成电压保护电路保护电路五、安装与调试
调试时将变压器接入220V交流电，将直流电压表接入电路中，然后调节RW，观察其输出电压。

在做观察纹波这一
步时可选用示波器来完成。

将输出电压接在示波器上，观察示波器显示的波形，并调节示波器的旋钮，记录最大波纹值，并与设计要求相比较。

看是否符合要求，若不符和要求，则改进电路。

对于输出±5V、±12V电路，可进行类似处理，一步一步调试，可使用替换法对电路进行测试，若不符合要求则对电路检查和改进。

输出+12V和-12V的波形
输出+5V和-5V的波形
可调电压3V和12V的输出结果
六、性能测试与分析
1.电源与变压器的选择：
U0max+(Ui-U0)min≦Ui≦U0min+(Ui-U0)max 即18V+3V≦Ui≦3V+40V 取 21V≦Ui≦43V U2≧Uimin/= 变压器副边电流 I2≧Iomax=1A 则变压器的副边输出功率 P2≧为留有余地，故选用功率为25W的变压器，所以变压器选用12V/25W双输出变压器即可。

2.整流二极管及滤波电容器的选择：
整流二极管VD2的反向击穿电压URM应满足:URM>2 U2 其额定工作电流应满足：IF>I0max 实际电路中选用整流器。

3.滤波电容C的容量可下式估算：
充电时间常数为RC，为了得到平滑的负载电压，一般取
RC≥T/2，式中T为电源交流电压的周期，于交流电压的频率为f=50Hz，所以周期T为20ms。

所以RC取值为30～50ms，所以在设计里取C=。

4.输出可调电压的计算：
R1与Rw组成电压输出电压调节电路，输出电压U0的表达式为： U0≈
式中R1通常取240Ω，Rw则根据对V0值的要求值求得最大值为2064Ω。

七、结论与心得
在课程设计的最后我认识到，我们需要翻阅复习课本第十章的知识才能确立实验方案，然后逐步进行细化设计。

我主要负责电路的模拟与仿真部分，在仿真过程中总会遇到各种各样的问题，需要耐心地分析、解决。

但是,我知道世上无难事，只怕有心人，经过我多日的不懈努力，我终于攻克了仿真过程中的绝大多数难题，成功地实现了仿真，基本达到了预期效果。

通过这次的模电课程设计，我了解了电源制作的整个过程及其工作原理，在和课本上的知识进行比较对照，更加深刻地理解了课本第十章的内容。

我还学会了模拟仿真软件Multisim 的安装、汉化、及基本使用方法，学会简单电路的模拟仿真，对今后的学习和生活会有很大的帮助，甚至可以不去实验室就能在电脑上模拟完成一些实验项目。

此外，
我理解了设计直流稳压电源时如何正确选取合适的原件，使我进深一步地认识了电源的工作原理和它的性能指标。

我们以前学的都是理论知识，仅仅能够通过不多的几次实验进行实践。

这次课程设计之后，我认识到只有自己深入到练习和实践中去，才能真正地了解电路、认识电路，加深对所学知识的掌握理解。

于本次课程设计安排在期末考试期间，时间紧，任务重，最后的设计结果难免存在一些问题，例如模拟中仿真电压比标准电压略高，并且在有些时候也不太稳定，我会在以后的实践活动中认真思考，好好改进，吸取这次的经验教训，在实践中得到锻炼，在实践中得以提高。

八、
模电部分
多路输出直流稳压电源设计
一、设计任务与要求
1．设计并制作一个连续可调直流稳压电源，可将220V/50HZ交流电转换为多路直流稳压输出，主要技术指标要求：
第一档输出 +12V，-12V 1A 第二档输出 +5V，-5V 1A 第三档输出 +3～+12V
2．学会根据已学知识设计具有某一特定功能的电路；3．学会基本电路的组装与调试。

二、方案设计与论证
可调直流稳压电源一般电源、变压器、整流电路、滤波电路、及稳压电路组成。

变压器把市电220V/50Hz交流电变为所需要的低压交流电。

整流器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。

这次课程设计是在王枫老师指导下充分利用所学模拟电子技术的知识设计制作的。

直流稳压电源有很多优异特性，为获得可靠的直流电压，一个简易的办法就是将我国目前的市电电压通过一定的方法转化为我们需要的直流电。

我们此次课程设计任务就是设计一个可靠的多路输出直流稳压电源。

本设计主要采用多路输出直流稳压构成集成稳压电路，通过变压、整流、滤波、稳压四过程将 220V交流电变为稳压直流电，实现实现固定输出电压 +12V、-12V、+5V、-5V四种电压输出，并实现在+3V～+12V间可调。

采用电源变压器、整流滤波电路、和稳压电路。

其中稳压电路是采用7812和7912实现+12V、-12V输出；采用集成电路7805和7905稳压器实现+5V、-5V输出；采用317集成电路实现+3～+12V输出。

将此方案与其他任何方案进行对比，可以发现此方案结构简单，所用元件数目较少，且容易调试。

在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。

为了得到此稳压直流电源，我们利用所学的模电知识设计可调直流稳压电源，此电源一般电源变压器，整流、滤波电路及稳压电路所组成。

变压器把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。

方案一：输出+12V、-12V、+5V、-5V电流均为1A。

方案二：输出电压可以在+3～+12V
连续调节。

三、单元电路设计与参数计算
1．电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电变换成符合需要的交流电，并送给整流电路，变压器的变比变压器的副边电压确定。

副边与原边的功率比为P2： P1=η，其中η是变压器的效率。

2．整流电路：整流电路是利用二极管的单向导电性，把交流电变为脉动直流电的电路。

此稳压源利用的是单向桥式全波整流电路，此整流电路四个二级管组成。

如图1所示。

其工作原理为：当U2为正半周期时，二极管D1、D3承受正向电压而导通，D2、D4承受反向电压而截止，电流方向如左图虚线所示。

此时电流波形如图2所示。

整流二极管的反向击穿电压URM应该满足：URM>2 V0，经过整流管的电压U0=。

当U2为负半周幅值变化到恰好大于UC时，D2和D4因
加正向电压变为导通状态，U2再次对C充电，UC上升到U2的峰值后又开始下降；下降到一定数值时D2和D4变为截止，C对RL放电，UC按指数规律下降；放电到一定数值时D1和D3变为导通，重复上述过程。

3.滤波电路：
图3
电容充电时间常数为RDC，因为二极管的RD很小，所以充电时间常数小，充电速度快；RLC为放电时间常数，因为RL较大，放电时间常数远大于充电时间常数，因此，滤波效果取决于放电时间常数。

电容C愈大，负载电阻RL愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大，如图4所示。

电容滤波负载器输出电压U0=U2。

图4
4．稳压电路：于稳压电路发生波动、负载和温度发生变化，滤波电路输出的直流电压会随着变化。

因此，为了维持输出电压稳定不变，还需加一级稳压电路。

稳压电路的作用是当外界因素等发生变化时，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组成。

采用集成稳压器设计的电源具有性能稳定、结构简单等优点。

如图5所示，此电路图用的稳压器件是集成稳压块。

固定式三端稳压器有78XX系列和79XX系列，78XX
系列输出固定的正电压，79XX系列输出固定的负电压。

它们的引脚功能如图所示。

78XX也可换为79XX。

图5
可调式三端稳压器输出连续可调的直流电压，常见产品有LM117和LM317等。

它们的基准电压是，输出电流为100mA 或500mA，输出电压范围可在～37V之间连续可调。

稳压器内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠、应用方便性能优良等特点。

如图6所示，其中R1与Rw组成电压输出电压调节电路，输出电压U0的表达式为：
U0≈
式中R1通常取240Ω，Rw则根据对V0值的要求值求得。

图6
稳压器的输入端接电容C1可以进一步滤除纹波，输出端接电容C0能消除自己振荡，确保电路稳定工作。

四、总原理图及元器件清单
1．总原理图：
2. Multisim 原理图：
D21N4007U1LM7812CTD11XSC1Ext Trig+2V1T1220 Vrms 50 Hz 0°TS_PQ4_μF100nFD71N4002C12C14D8100nF100nF1N4002_A+_+B_μFA+_XSC2Ext Trig+_B+_ΩR3D91N4007C201mFR2400ΩμF2050Ω0%Key=A 3. 元件清单：
元件序号 V1 T1 D1 C C C C C U1 U2 U5 U6 U3 D D 型号 TS_PQ_4_12 3N248 100nF 100μF 30nF 1mF LM7812 LM7912 LM7805 LM7905 LM317 1N4002 1N4007 主要参数 220V 50Hz 12V/25W 数量 1 1 1 7 8 3 2 1 1 1 1 1 1 4 6 备注电源降压器桥式电路滤波电容滤波电容滤波电容滤波电容滤波电容稳压管输出+12V 稳压管输出-12V 稳压管输出+5V 稳压管输出-5V 可调集成电压保护电路保护电路五、安装与调试
调试时将变压器接入220V交流电，将直流电压表接入电路中，然后调节RW，观察其输出电压。

在做观察纹波这一步时可选用示波器来完成。

将输出电压接在示波器上，观察示波器显示的波形，并调节示波器的旋钮，记录最大波纹值，并与设计要求相比较。