5V稳压电源.docx

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5V稳压电源

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1.Protel应用软件介绍

1.1Protel99SE的系统组成

按照系统功能来划分，Protel99se主要包含以下俩大部分和6个功能模块。

1、电路工程设计部分

（1）电路原理设计部分（AdvancedSchematic99）：

电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器。

本系统的主要功能是：

绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。

（2）印刷电路板设计系统（AdvancedPCB99）：

印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器。

本系统的主要功能是：

绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。

（3）自动布线系统（AdvancedRoute99）：

本系统包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。

2、电路仿真与PLD部分

（1）电路模拟仿真系统（AdvancedSIM99）：

电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。

（2）可编程逻辑设计系统（AdvancedPLD99）：

可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器（Waveform）。

本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。

（3）高级信号完整性分析系统（AdvancedIntegrity99）：

信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。

1.2Protel99SE的功能特性

1、开放式集成化的设计管理体系

2、超强功能的、修改与编辑功能

3、强大的设计自动化功能

2.5V稳压电源的设计

2.1稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求

稳压电源的技术指标可以分为两大类：

一类是特性指标，如输出电压、输出电滤及电压调节范围；另一类是质量指标，反映一个稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。

对稳压电源的性能，主要有以下四个万面的要求：

1．稳定性好

当输入电压Usr（整流、滤波的输出电压）在规定范围内变动时，输出电Usc的变化应该很小一般要求。

　　由于输入电压变化而引起输出电压变化的程度，称为稳定度指标，常用稳压系数S来表示：

S的大小，反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。

在同样的输入电压变化条件下，S越小，输出电压的变化越小，电源的稳定度越高。

通常S约为

。

2.输出电阻小

　　负载变化时（从空载到满载），输出电压Usc，应基本保持不变。

稳压电源这方面的性能可用输出电阻表征。

输出电阻（又叫等效内阻）用rn表示，它等于输出电压变化量和负载电流变化量之比。

　　rn反映负载变动时，输出电压维持恒定的能力，rn越小，则Ifz 变化时输出电压的变化也越小。

性能优良的稳压电源，输出电阻可小到1欧，甚至0．01欧。

3.电压温度系数小

当环境温度变化时，会引起输出电压的漂移。

良好的稳压电源，应在环境温度变化时，有效地抑制输出电压的漂移，保持输出电压稳定，输出电压的漂移用温度系数KT来表示：

4.输出电压纹波小

　　所谓纹波电压，是指输出电压中50赫或100赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示。

经过稳压作用，可以使整流滤波后的纹波电压大大降低，降低的倍数反比于稳压系数S。

串联型稳压电路，用做一种简单的稳压电源，可以满足一般无线电爱好者的需要。

但是，这种电源还有许多“天生的”缺陷，要提高对性能的要求，就必须再做一些改进。

从以下四个右面对它的性能加以改善，便可做成一台有实用价值的稳压电源了。

2.25V稳压电源工作原理

如图1.1所示输出电压为+/-5V，电流最大为1A入电压最好大于输出电压的2.5-5V左右，这样既可降压稳压IC的功耗，也保证了电平波动时输出的稳定性。

图1.1

（1）用变压器进行交流降压，然后经过桥式整流器整成脉动直流，并用大电容C1座平滑滤波后送到7805三端稳压器稳成5V输出，并用大电容C4作进一步的平滑滤波，得到更好的直流输出。

（2）两个小电容C2和.C3是为了旁路电源中的高次谐波而用的。

这些高次谐波电解电容是滤不掉的，因为它本身的潜布电感较大，会阻碍高频成分的通过。

2.3元件清单

序号

元件

类别

参数

元件数量

1

D1-D5

二极管

IN4007

5

2

R1

电阻

1K

1

3

C1、C3

电容

2200uF/470uF

2

4

C2、C4

电容

103

2

5

D6

发光二极管

红

6

U1

稳压管

LM7805

7

电源

220V

1

8

PCB板

1

表1.1

2.4元件介绍

2.4.1电容

电容（或电容量，Capacitance）指的是在给定电位差下的电荷储藏量；记为C，国际单位是法拉（F）。

一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上；造成电荷的累积储存，最常见的例子就是两片平行金属板，也是电容器的俗称。

很多电子产品中，电容器都是必不可少的电子元器件，它在电子设备中充当整流器的平滑滤波、电源和退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流耦合等。

由于电容器的类型和结构种类比较多，因此，使用者不仅需要了解各类电容器的性能指标和一般特性，而且还必须了解在给定用途下各种元件的优缺点、机械或环境的限制条件等。

下文介绍电容器的主要参数及应用，可供读者选择电容器种类时用。

1.标称电容量（CR）：

电容器产品标出的电容量值。

云母和陶瓷介质电容器的电容量较低（大约在5000pF以下）；纸、塑料和一些陶瓷介质形式的电容量居中（大约在0005μF10μF）；通常电解电容器的容量较大。

这是一个粗略的分类法。

2.类别温度范围：

电容器设计所确定的能连续工作的环境温度范围，该范围取决于

相应类别的温度极限值，如上限类别温度、下限类别温度、额定温度（可以连续施加额定电压的最高环境温度）等。

3.额定电压（UR）：

在下限类别温度和额定温度之间的任一温度下，可以连续施加在电容器上的最大直流电压或最大交流电压的有效值或脉冲电压的峰值。

电容器应用在高压场合时，必须注意电晕的影响。

电晕是由于在介质/电极层之间存在空隙而产生的，它除了可以产生损坏设备的寄生信号外，还会导致电容器介质击穿。

在交流或脉动条件下，电晕特别容易发生。

对于所有的电容器，在使用中应保证直流电压与交流峰值电压之和不的超过直流电压额定值。

4.损耗角正切（tanδ）：

在规定频率的正弦电压下，电容器的损耗功率除以电容器的无功功率。

这里需要解释一下，在实际应用中，电容器并不是一个纯电容，其内部还有等效电阻。

因此，在应用当中应注意选择这个参数，避免自身发热过大，以减少设备的失效性。

5.电容器的温度特性：

通常是以20℃基准温度的电容量与有关温度的电容量的百分比表示。

6.电容器是最简单的电池，而且有充电快，容量大等优点。

电容的选择：

经过整流桥以后的是脉动直流，波动范围很大。

后面一般用大小两个电容大电容用来稳定输出，众所周知电容两端电压不能突变，因此可以使输出平滑小电容是用来滤除高频干扰的，使输出电压纯净电容越小，谐振频率越高，可滤除的干扰频率越高大体的原则：

（1）大电容,负载越重，吸收电流的能力越强，这个大电容的容量就要越大；

（2）小电容，凭经验，一般104即可。

I0

2A左右

1A左右

0．5~1A

0．1~0.5A

50~100MA

《50MA

电容容量

4000

2000

1000

500

200~500

200

表1.3电容参数

2.4.2二极管

二极管又称晶体二极管,简称二极管（diode）;它只往一个方向传送电流的电子零件。

它是一种具有1个零件号接合的2个端子的器件，具有按照外加电压的方向，使电流流动或不流动的性质。

晶体二极管为一个由P型半导体和N型半导体形成的P-N结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。

当不存在外加电压时，由于P-N结两边

载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。

二极管特性：

二极管的单向导电特性，几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。

二极管构造：

图1.2

二极管的电压与电流不是线性关系，所以在将不同的二极管并联的时候要接相适应的电阻。

二极管原理：

几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。

晶体二极管为一个由P型半导体和N型半导体形成的P-N结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。

当不存在外加电压时，由于P-N结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。

（1）当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。

（2）当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。

（3）当外加的反向电压高到一定程度时，P-N结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。

2.4.3三极管

工作原理:

晶体三极管按材料分有两种：

锗管和硅管。

而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，（其中，N表示在高纯度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而p是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电）。

两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。

对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结，而集电区与基区形成的PN结称为集电结，三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极c。

当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Eb。

在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流了。

由于基区很薄，加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电极电流Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给，从而形成了基极电流Ibo.根据电流连续性原理得：

Ie=Ib+Ic，这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即：

β1=Ic/Ib式中：

β1--称为直流放大倍数，集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为：

β=△Ic/△Ib。

式中β--称为交流电流放大倍数，由于低频时β1和β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β值约为几十至一百多。

三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。

稳压三极管选择:

LM7805集成稳压三极管输出电流可达1A,输出电压5V,过热保护，过流保护，输出晶体管SOL保护。

表1.2LM7805的主要参数表

电压调整率

电流调整率

工作温度

静态电流

耗散功率

最大输出电流

输出电压

偏差

输出电压

360mV

360mV

0~125

8MA

1．2W

1A

0.692～0.748V

17.3~18.7V（T（j）↓=25℃）

3.5V稳压电源的制作过程

3.1原理图的制作

图1.3

3.2PCB板的生成

图1.4

3.3实物图

图1.5

图1.6

总结

通过这次设计，完成了基本要求的全部设计要求，也完成了大部分发挥部分要求的设计，使我学到了更多的有关电路方面的知识。

本电路简单高效，失真小，输出稳定，达到了设计目的和要求，但在电路的整个设计过程中存在很多问题,在使用电容时更要小心因为电容的串联与并联正好与电阻的相反。

在这次模拟电子技术基础课程设计中，我在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、设计的能力，在各种其它能力上也都有了提高。

更重要的是，在设计，我还学会了很多学习的方法以及相关软件的使用,如protel99se。

本设计使用protel99se来设计电路原理图。

而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。

我将所学知识运用到设计中，按照设计要求设计电路的参数，在按对应的参数选取元器件，通过查找资料了解元器件的主要特性与相关使用注意事项。

在电路设计中选取最优元件来满足设计的要求。

要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。

通过本次课程设计使我对集成直流稳压电源有了更为深刻的了解，对其构造组成及参数计算掌握的比以前熟练很多，特别是对稳压器的认识比以前更广泛，虽然在课本中接触过稳压器的知识，但那个课本上的介绍十分简单也十分有限，并且我对课本的记忆不是很深刻，但通过本次自己动手动脑设计之后记忆的就深刻了。

尤其是电路板的焊接虽然焊点不是那么整齐但是却极大地增强了自己的动手能力，在和组员的合作中也学会了word的一些使用技巧。

致谢词

在本次设计，调试以及制板的过程中，受到了老师的悉心指导和许多同学大力帮助，可以这样说没有他们的帮助，我的学年论文是很难完成的，这里对他们致以我最真诚的

谢意。

同时也对系里为我们做学年论文提供了实验室，试验设备表示同样的感谢。

另外，感谢校方给予我这样一次机会，能够合作地完成一个实训，并在这个过程当中，给予我们各种方便，通过这次实训我们最重要的是增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力，这对我们以后走出学校到社会上的工作是个莫大的帮助和锻炼。

最后，感谢所有在这次毕业设计中给予过我帮助的人。

参考文献

[1]戚新波电工技术基础与工程应用北京：

电子工业出版社，1999

[2]邱关源电路原理（第五版）北京：

高等教育出版社，2006

[2]胡宴如、耿苏燕模拟电子技术（第三版）北京：

高等教育出版社，2008

[2]赵桂钦模拟电子技术教程与实验北京：

清华大学出版社，2008

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高等教育出版社，2006

[2]王增福新编线性直流稳压电源北京：

电子工业出版社，2004