北京交通大学模电实验报告之直流稳压电源综述.docx

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北京交通大学模电实验报告之直流稳压电源综述

《模拟电子技术实验》

集成直流稳压电源设计报告

姓　　名：

指导教师：

时　　间：

自然班级：

（周三晚上7:

00-9:

00）

集成直流稳压电源设计

一、实验目的

1.掌握集成直流稳压电源的实验方法。

2.掌握用变压器、整流二极管、滤波电容和集成稳压器来设计直流稳压电源的方法。

3.掌握直流稳压电源的主要性能指标及参数的测试方法。

4.为下一个综合实验——语音放大电路提供电源。

二、设计要求及技术指标

1.设计一个双路直流稳压电源。

2.输出电压Uo=±12V，最大输出电流Iomax=1A。

3.输出纹波电压ΔUop-p≤5mV，稳压系数SU≤5×10-3。

三、电路框图及原理图

1、原理框图：

2电路框图：

图1

四、设计思想及基本原理分析。

1、设计思想：

（1）根据要求选择三端稳压器。

（2）根据三端稳压器对输入电压的要求和桥式整流滤波电路的电压关系，计算出电源变压器副边电压U2的值，再根据输出电流的要求选择电源变压器。

（3）根据桥式整流电路和电网变化情况，计算出二极管的最大反向电压URM和最大平均整流电流IDmax，查手册确定整流二极管或整流桥的型号。

（4）根据电路要求和电网变化情况，计算出电容量和耐压值，查手册选定滤波电容的标称值和耐压值。

2、直流稳压电源的基本原理

在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电，小功率稳压电源一般是由电源变压器、整流、滤波和稳压等四部分电路组成。

其基本电路框图及经各电路变换后，输出的波形如原理图所示。

（1）电源变压器

电源变压器是将交流电网220V的电压变成所需要的电压值，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

整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图②所示。

在U2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；U2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。

正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。

电路的输出波形如图③所示

在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半。

电路中的每只二极管承受的最大反向电压约为反向击穿电压的一半或三分之二（U2是变压器副边电压有效值）。

（3）滤波电路

滤波电路选用一个2200μF的大容量电解电容C1和一个0.1μF的小电容量涤纶CL11型电容C2并联滤波，如图3.6所示。

理论上，在同一频率下容量大的电容其容抗小，这样一大一小电容相并联后其容量小的电容C2不起作用。

但是，由于大容量的电容器存在感抗特性，等效为一个电容与一个电感串联。

在高频情况下的阻抗反而大于低频时的阻抗，小电容的容量小，在制造时可以克服电感性，几乎不存在电感。

在大电容C1上并联一个小电容C2可以补偿其在高频下的不足。

当电路的工作频率比较低时，小电容不工作（容抗大相当于开路）。

大电容的容量越大滤波效果越好。

当电路的工作频率比较高时（输入信号的高频干扰成分），大电容由于感抗大而处于开路状态。

这时高频干扰成分通过小电容流到底线，滤除各种高频干扰成分。

电路的输出波形如④图所示

图④

（4）稳压电路

4.1稳压电路选用三端集成直流稳压器，其电路连接方式一般如图⑤所示。

图⑤三端集成直流稳压器

性能上，常用的集成稳压器由三端固定式、三端可调式和开关式。

以三端固定式为例，其正输出为78XX（后两位代表输出的额定稳压值，00是统称）系列，负输出为7900系列，常见的有05、06、08、09、12、15、18、24八种。

一般要求最小的输入、输出电压差（U1—U0）为2V~3V；输出稳压的容差约为5%；最大输出电流10max有0.1A（LM7812），0.3A（如78M12）和1.5A（如7812）等多种，部分器件的最大输出电流可达2.2A；其最大电压UImax一般是7818档以下为35V，7824档为40V；电压调整率SU一般为0.01%/V；输出电阻R０小于0.1Ω；纹波抑制比SR一般为50dB；温度系数ST一般为每度ImV~2.4mV。

图2.7中，引脚1为电压变换的输入端，引脚2为电压变换后的输出端，引脚3为接地端。

电容Ci作用是改善纹波和抑制输入的过电压，一般取值为0.1μF。

C0作用是改善负载的顺态影响，一般可选取0.1μF的电容，当采用大电容量的电解电容时效果更好。

稳压电源的输入输出端要跨接一个二极管，以防止集成稳压器输出调整管损坏。

4.2稳压电路的设计

本设计是把几个供电模块集成到一个供电电源上，能够同时提供固定输出+5V（最大输出电流0.3A）和固定输出

12V（最大输出电流0.1A）的直流电数出。

输出+5V：

核心器件选用LM7805三端集成稳压器，其输出电压为+5V，额定电流0.1A。

当变压器变压后输出6.3V交流电，经整流桥，整流后输出约6V电压，滤波后有LM7805三端集成稳压电源处理，输出+5V电压，电流最大输出为0.3A。

输出

12V：

核心器件选用稳压器LM7812和LM7912，组合应用这两个稳压器件与一个硅整流桥相接，按图⑥电路就能输出

12V的电压。

组合用LM7812和LM7912时，公共输出接地端用的是变压器输出端口的

12V并分别接入LM7812的接地引脚（GND）和LM7912的电压输入引脚（Vin）；硅整流桥的正、负输出端口则分别接入LM7812的电压输入端（Vin）和LM7912的接地端；滤波电容用了两个100μF首尾相接，连接处接公共输出接地端。

图⑥稳压电路

四、器件选取

变压器，整流管，2.2mF、330uF、1uF、104nF电容各两个，LM7812，LM7912，散热片，导线若干。

五、元件介绍和元件数计算。

1、整流电路：

输出电压平均值Uo（av）=2

=0.9

输出电流平均值

平均整流电流

最大反向电压

整流二极管的选择：

整流桥选择:

KBP307

2、稳压电路：

三端集成稳压器：

LM7812——输出稳定正电压12V

LM7912——输出稳定负电压12V

LM7805——输出稳定正电压5V

使用时需注意：

1.防止输入端，输出端接反；

2.防止稳压器浮地；

3.防止稳压器输入端短路；

4.电流大时需加散热片。

六、测试结果分析，调试过程中所遇故障分析：

1、测试空载输出电压：

正端输出+12.51

负端输出-12.11V

2、测试波纹电压

+3MV<=+12MV

-5MV<=-30MV

符合设计要求。

故障：

1：

第一次测试纹波电压数值有些高。

原因：

电容有些小。

解决方法：

换一个较大电容。

2：

电路板连接电源时，电容爆炸了。

原因：

电容正负管脚接反。

解决方法：

换一个电容重新焊。

七、设计过程的体会与创新点，建议

（详见附件感想）

八、元件清单

九、仿真报告

输出波形为

可以看到，输出电压已经为12V和-12V，在输出电压大小上已经达到指标了。

波纹电压是3.313mV≤30mV，符合所要的要求。

3、测量SU

当电源为198V时，测得输出电压为12.008V

当电源为242V时，测得输出电压为12.009V

所以

=2.27*

十、参考文献：

1.电子电路实验及仿真路勇

北京交通大学出版社清华大学出版社

2.电子技术基础实验与课程设计高吉祥

电子工业出版社

3.电子技术实验与课程设计毕满清

机械工业出版社

附件：

A：

经过三次模电实验以后，我们终于开始着手设计最后的两个重量级实验：

集成直流稳压电源和语音放大器。

由于集成直流稳压电源是我们所做的第一个设计性实验，所以刚开始我们小组的成员都有些无从下手，总觉得有很多问题，比如电路如何设计，需要哪些元件，参数如何选取等等。

后来，我们整理了下思绪，首先非常仔细的研究了下老师给的PPT里的内容，借助老师所给的电路结构，确立了变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路四个部分，然后查阅模电实验的教材，拟定了所需要的元件及元件的的参数。

电路板和元件等器材买回来之后，我们首先对电路进行布线，然后尝试焊，结果费劲千辛焊完之后，一联通电路，才发现出现短路。

仔细看了看电路板，这才发现我们之前布线居然没有注意到板子是三联的，很多管孔是短路的，之前布好的线路全都不能用，只好又拆了重新焊。

我们的苦难还没有结束。

修改过后，正电源输出正常了，可是负电源输出怎么也不正常。

怎么测试也测试不出来问题在哪，这令我着实烦恼了好几天。

眼看着就要交了，我们始终有一端输出过高。

迫不得已我们只好请教了一个已经成功的同学。

他对我们的电路板进行了各种测试后，建议我们换一个变压器，因为怀疑我们开始测试的时候烧坏了。

果然，换了变压器之后，所有输出都正常了，我们的直流稳压电源这才成功完成。

这次电路设计虽然很简单，但是由于是我们第一次完成设计性实验，经验不足，真可谓是多灾多难，但也给我们积累了很多宝贵的经验，为下面的电路做基础。

在实验过程中，我们也收获了很多。

B：

我们这次的第一个任务就是直流稳压电源设计。

刚开始电路设计出来的时候，觉得应该比较好焊，电路看起来不是特别复杂。

但实际去操作下来才发现问题真的不少。

首先是对元件的不熟悉，电解电容的管脚识别，一般电容的容值的读取都花费了一定的时间，以前学的一些基本知识都记得不是很清楚了。

这最终导致我们在测试电容的时候出现了电容爆炸的问题，两个220uF的电容接反，而且电容突然爆炸造成了短路给变压器也造成了影响，导致在后来的测试中一直有问题而我们始终在找电路的问题，而没有去检查检查变压器的输出浪费了很多的时间。

其次是焊接技术的不合格，虽然大一的时候我们有联系过但长时间的不接触自己的技术有很多的问题，有许多虚焊点。

而且电路在平常的磕碰中经常会出现焊点脱落的问题，虽然每次都小心翼翼但板子的背后已经被改的面目全非了。

最后没办法只能重新去焊一块，到那个时候才发现变压器有问题。

再后来板子焊好做测试的时候也出现不少的问题，有时候是自己不注意没接地线使输出地图像出现杂波，有时候是元件出现问题自己又没发现，有的时候做的都快没信心了，但没有办法还得和大家一起找出问题。

光芯片7812和7912就换了好几个。

而且在最初布线的的时候，内有给散热片留下足够大的地方，最后只能用小的散热片，虽然能起到一定的作用，但之前元件布置的不合理还是带来了一定的麻烦。

第一块板子中遇到的各种问题，为我们的语音放大器的设计提供了很好的借鉴，尝试过几次失败以后才会寻找到最有利的方法。

失败乃成功之母，我们会有一个更合理的规划去完成下一个任务。

C：

大一的时候常听学哥学姐们说模电焊板子有多么辛苦，当时我总觉得他们有些夸大其词，然而当我真正开始焊第一块板子的时候，问题就接踵而至。

首先我们买的是三连线的板子，在一开始布元件的时候我没有考虑到板子内部连线的问题，导致几个电容短路。

第一次测试的时候，刚接通电源正输出那端的220uF电解电容就爆了，仔细检查电路才发现我把它的正负端接反了。

于是换电容接着测试，正输出那端输出电压与要求值很接近，而负端无输出，经过仔细检查才发现W7912的输入端和地线接在了一起，遂再次改板子。

第三次测试正输出没有问题，而负输出总是14V，用电表逐段检测都没什么问题，遂怀疑集成稳压器W7912烧坏，于是换了一个，输出正常。

就这样，我们一共焊了两块直流稳压电源的板子，元件换了好几个，终于功夫不负有心人，我们最后的输出电压与要求值非常接近。

说实话，测试的过程比焊的过程辛苦，有时候真的是花了好几个小时去检查一个小错误，每一次测试我都非常紧张，害怕自己辛辛苦苦焊好的板子得不到预期的效果。

通过这次实验，我知道了在焊板子时，要尽量利用板子的三连线，减少布线，这样不仅能使板子看起来更加干净美观，而且还减少了许多短路的潜在可能。

我知道了在测试板子之前一定要先仔细地检查电路是否有短路、错接的情况，不要等到测试的时候才发现，因为那样很容易烧毁元器件。

我还知道了团队合作的重要性，一个三人小组要想做到事半功倍，最重要的就是分工明确，发挥每个人的特长，当然遇到问题的时候大家要一起商量，一起发现问题的症结所在。

同时，在设计电路的过程中，我把模电课堂上所学的知识用到了实际中来，也算是对自己学习成果的一次检验。

总结：

总的来说，我们这块板子设计得比较常规。

最后，在测试完以后，为了增强板子的安全性，我们在变压器输出端接了一个保险管。

并且为了让板子更好看，及连线更方便，我们加装了杜邦线。

总之，我从这次实验中收获很多。