多功能直流稳压电源系统设计解读.docx

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多功能直流稳压电源系统设计解读

毕业论文（设计）

多功能直流稳压电源系统设计

年级专业：

学生姓名：

学号：

指导教师：

职称：

单位：

毕业论文（设计）任务书

课题名称：

　多功能直流稳压电源系统设计

课题性质：

　设计类　　　　　　　　

系名称：

专　　业：

班　　级：

指导教师：

学生姓名：

一、课题名称：

多功能直流稳压电源系统设计

二、毕业论文（设计）主要内容：

电源是电子设备的重要组成部分，直接影响着电子设备的工作质量，因此，越来越受到人们的重视。

各国的电子设计人员不断地研究开发新型电源，包括新的电路理论、新的器件和新的电路方案。

本课题设计晶体管稳压电源的各部分工作原理，包括整流电路、滤波电路、稳压电路等。

通过设计制作晶体管稳压电源，达到训练学生的动手能力。

三、计划进度：

第11-12周　　查找毕业设计课题的相关资料．

第13周　　制定设计方案（硬件电路）并整理资料．

第14-15周　　绘制电路图和制作电路板.

第16周　　　整理和完善毕业设计论文.

第17-18周　　准备答辩.

四、毕业论文（设计）结束应提交的材料：

1、毕业设计论文

指导教师教研室主任

年月日年月日

电气工程系毕业设计指导教师评阅书

指导教师评语（着重以下几个方面：

①基础理论及基本技能的掌握情况、解决工程实际问题的能力②工作态度、工作量以及取得的存在问题；）成果③存在问题；）

学生上交资料检查：

（在对应资料后打勾）

1、毕业设计报告（）

2、顶岗实习周记（）

3、实习总结（）

4、实习鉴定表（）

设计（报告）成绩

是否同意答辩

指导教师签名

年月日

目录

引言………………………………………………………………………………6

摘要………………………………………………………………………………7

第一章绪论……………………………………………………………………………8

1.1概论………………………………………………………………………………8

1.2直流稳压电源背景及意义………………………………………………………9

1.3直流稳压电源基本知识………………………………………………………10

1.3.1分类………………………………………………………………………10

1.3.2技术指标…………………………………………………………………11

1.3.3选择合适的电源…………………………………………………………12

第二章电路的设计……………………………………………………………………13

2.1设计目的…………………………………………………………………………13

2.2设计任务及要求…………………………………………………………………13

2.3设计步骤…………………………………………………………………………13

2.4仪器与器材………………………………………………………………………14

第三章电路的原理与分析…………………………………………………………15

3.1直流稳压电源的基本原理………………………………………………………15

3.2整流滤波电路……………………………………………………………………15

3.3晶体管稳压电路…………………………………………………………………17

第四章电路板的焊接…………………………………………………………………20

4.1电烙铁的选择…………………………………………………………………20

4.2手工焊接技术…………………………………………………………………21

4.3印制电路板的焊接过程…………………………………………………………22

第五章电路的检测……………………………………………………………………24

5.1电路的误差分析…………………………………………………………………24

5.2稳压电流的性能指标及测试方法………………………………………………24

第六章多功能直流稳压电源系统设计总电路图……………………………………26

第七章结束语………………………………………………………………………27

致辞………………………………………………………………………………28

参考文献………………………………………………………………………………29

引言

当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路--电源电路。

大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。

当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。

超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。

通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。

袖珍计算器则是简单多的电池电源电路。

不过你可不要小看了这个电池电源电路，比较新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。

可以说电源电路是一切电子设备的基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备。

由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。

提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。

直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。

另外，很多电子爱好者初学阶段首先遇到的就是要解决电源问题，否则电路无法工作、电子制作无法进行，学习就无从谈起。

摘要：

流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。

变压器把市电交流电压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。

本设计主要采用晶体稳压构成稳压电路，通过变压，整流，波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可调范围5-12V。

关键词：

直流；稳压；变压。

ABSTRACT：

Thedirectcurrentissteadytopressthepowersupplygeneralfrompowertransformer,commutatetheanelectriccircuitandsteady,presstheelectriccircuitconstitute.Transformerthelow-pressurealternatecurrentthatelectricvoltageneedwhenchangingintoinexchangesinelectricityinmunicipal.Commutatingthemachinechangeintothedirectcurrenttothealternatecurrent.Throughtheanempress,itissteadytopressthemachinechangeintothestabledirectcurrentelectricvoltageexportationtotheunsteadydirectcurrentelectricvoltageagain.Themainadoptioninthisdesignissteadytopressthesliceconstitutestogathersteadytopresstheelectriccircuit,passingtochangetopress,commutating,thewavesteadyranoverthedistanceanalternatecurrent,changeintothestabledirectcurrent.

Keywords:

directcurrent;voltageregulation;transformation.

第一章绪论

1.1概论

直流稳压系统，即稳压电源，是各种电子电路的动力源，被人们誉为电路的心脏。

人所皆知，所有的用电设备，包括电子仪表、家用电器、工业用电器设备等，对供电电压都有一定的要求。

例如，有的电视机要求220V的电网供电电压变化不能超过±10%，即从198V到242V之间。

如果超出这个范围，电视机就不能正常收看，甚至会因电压过高而烧坏电视机。

至于精密电子仪器，对供电电压保持稳定不变的要求就更加严格。

为解决用电设备要求供电稳定，而是点电网又难以保证的供求矛盾，人们便研制了各种各样的稳定电源。

所谓“稳定”是指电压或电流的变化小到可以允许的程度，并不是绝对不变的。

  稳压问题的提出，可追溯到19世纪，爱迪生发明电灯时，就曾考虑过稳压器。

到20世纪初，就已经出现了铁磁稳压器及相应的技术文献。

电子管问世不久，就有人设计了电子管直流稳压器，20世纪40年代后期，电子器件与磁饱和元件相结合，构成了电子控制的磁饱和交流稳压器，至今还在应用中。

20世纪50年代，随着半导体工业的飞速发展，晶体管的诞生使串联调整型晶体管稳压电源成了直流稳压电源的中心，这种局面一直维持到20世纪60年代中期。

这种电源虽然性能优良，但它的最大的弱点是由于功率调整管与负载串联，并且晶体管工作在线性区域。

稳压器的输出电压调节与稳定借助于功率调整管上电压降的调整来实现，因而在输出电压低、电流大的场合，效率非常低且功率晶体管发热也很厉害，散热变成了很大的问题。

随着半导体技术的进步，电子设备开始从分立元件进入集成电路时代，体积日益减小，装机密度不断提高，规模容量逐渐增大。

这种晶体管串联型常规电源难以满足形势发展的问题日益显露。

20世纪60是年代后期，科技工作者对稳定电源技术进行了一次新的总结，是开关电源和可控硅电源得到了快速的发展。

与此同时，将稳压器的大部分元器件都集成在一块硅基片上的集成稳压器也在不断发展。

从1967年美国BobWidlar发明了第一块集成稳压器μA723至今，集成稳压器种类之多，系列之全使人们刮目相看。

简述之，以电子计算机为代表的要求供电电压低，电流大的电源都是由开关电源担任的；要求供电电压高，电流大的设备的电源有可控硅电源代之；要求控制电电流小，电压低的仪器仪表会家用电器都采用集成稳压器。

至于一些对电源稳定度要求很高的精密测量仪器或在其他高电压，小电流的供电场合，仍摆脱不了串联型晶体管稳压电源。

1.2直流稳压电源背景及意义

电源是各种电子、电器设备工作的动力，是自动化不可或缺的组成部分，直流稳压电源是应用极为广泛的一种电源。

自六十年代起，第一台开关电源问世以来，开关电源在世界各国迅速发展，直流稳压电源也顺势而生，但在初期价格较高，直到八十年代，随着元件工艺的成熟，直流稳压电源的价格也日益下降，应用也变的日益广泛。

近几年随着科技的发展，直流稳压电源的工作频率有原来的几十千赫发展到现在的几百千赫，甚至更高。

现在智能化的直流稳压电源也被广泛应用于生产领域，对此的研究开始向高频方面发展。

以美国为首的几个发达国家在这方面的研究已经转向高频下电源的拓扑理论、工作原理、建模分析方法和高频大功率开关器件，高性能集成控制器和功率模块的开发研制方面发展。

我国在此方面的起步较晚，1973年才开始这方面的研究工作，现在主要在小功率单端变换器方面发展较为迅速。

在功率半导体器件及控制集成化方面，与国外同类产品有这很大的差距。

因此，直流稳压电源的研制及应用在此方面与之也从在很大的差距。

直流稳压电源通常可分为线性稳压电源和开关稳压电源两大类。

线性稳压电源是指电压调整功能的器件始终工作于线性放大区的一种直流稳压电源，是发展最早、应用最广泛的一种电源。

但其体积大，效率低，可靠性差，操作使用不方便，自我保护功能不够。

近年来，随着微机，中小型计算机的普及和航空航天数据通信，交通邮电等事业的讯速发展，以及为了各种自动化仪器、仪表和设备配套的需要，当代对电源的需要不仅日益增大，而且对电源的性能、效率、重量、尺寸和可靠性以及诸如程序控制、电源通/断、远距离操作和信息保护等功能提出了更高的要求。

对于这些要求，传统的线性稳压电源无法实现，和线性稳压电源相比，稳压电源具有以下的一些优越性:

1、效率高2、稳压范围宽

3、体积小重量轻4、安全可靠

1.3稳压电源的基本知识

当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路--电源电路。

大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。

当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。

超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。

通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。

袖珍计算器则是简单多的电池电源电路。

不过你可不要小看了这个电池电源电路，比较新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。

可以说电源电路是一切电子设备的基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备。

　由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。

提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。

直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。

另外，很多电子爱好者初学阶段首先遇到的就是要解决电源问题，否则电路无法工作、电子制作无法进行，学习就无从谈起.

1.3.1分类

　稳压电源的分类方法繁多，按输出电源的类型分有直流稳压电源和交流稳压电源；按稳压电路与负载的连接方式分有串联稳压电源和并联稳压电源；按调整管的工作状态分有线性稳压电源和开关稳压电源；按电路类型分有简单稳压电源和反馈型稳压电源，等等。

如此繁多的分类方式往往让初学者摸不着头脑，不知道从哪里入手。

其实应该说这些看似繁多的分类方法之间有着一定的层次关系，只要理清了这个层次自然可以分清楚电源的种类了。

　　既然我们谈的是稳压电源的分类，那么首先就应该清楚电源的输出是什么，是输出直流电还是输出交流电。

这样第一个层次就出来了，首先应该根据电源的输出类型来分类。

接下来的分类就要麻烦一些，是按稳压电路与负载的连接方式分类还是按调整管的工作状态分类呢？

其实了解一下我们身边的电子设备会发现实际应用中稳压电源有两个区别很大的种类，一种是各种比较简单的电子设备中广泛使用的线性稳压电源，比如收音机、小型音响等；一种是各种复杂电子设备中广泛使用的开关稳压电源，比如大屏幕彩电、微型计算机等。

这样看来第二个层次的分类我们可以根据调整管的工作状态来分类。

接下来的第三个层次的分类就是根据稳压电路与负载的连接方式来分类。

再往下面细分由于各种不同的电路特性相差太大，就不好一概而论，应该根据每一个具体类别的特性进行分类区分了。

当然这里所谈的分类只是根据直流稳压电源的特点给出一个大致的分类思路.

1.3.2技术指标

　直流稳压电源的技术指标可以分为两大类：

一类是特性指标，反映直流稳压电源的固有特性，如输入电压、输出电压、输出电流、输出电压调节范围；另一类是质量指标，反映直流稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。

1、特性指标

（1）输出电压范围

　　符合直流稳压电源工作条件情况下，能够正常工作的输出电压范围。

该指标的上限是由最大输入电压和最小输入－输出电压差所规定，而其下限由直流稳压电源内部的基准电压值决定。

（2）最大输入－输出电压差

　　该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所允许的最大输入－输出之间的电压差值，其值主要取决于直流稳压电源内部调整晶体管的耐压指标。

（3）最小输入－输出电压差

　　该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所需的最小输入－输出之间的电压差值。

（4）输出负载电流范围

　　输出负载电流范围又称为输出电流范围，在这一电流范围内，直流稳压电源应能保证符合指标规范所给出的指标。

2、质量指标

（1）电压调整率SV

电压调整率是表征直流稳压电源稳压性能的优劣的重要指标，又称为稳压系数或稳定系数，它表征当输入电压VI变化时直流稳压电源输出电压VO稳定的程度，通常以单位输出电压下的输入和输出电压的相对变化的百分比表示。

（2）电流调整率SI

电流调整率是反映直流稳压电源负载能力的一项主要自指标，又称为电流稳定系数。

它表征当输入电压不变时，直流稳压电源对由于负载电流（输出电流）变化而引起的输出电压的波动的抑制能力，在规定的负载电流变化的条件下，通常以单位输出电压下的输出电压变化值的百分比来表示直流稳压电源的电流调整率。

（3）纹波抑制比SR

　　纹波抑制比反映了直流稳压电源对输入端引入的市电电压的抑制能力，当直流稳压电源输入和输出条件保持不变时，纹波抑制比常以输入纹波电压峰－峰值与输出纹波电压峰－峰值之比表示，一般用分贝数表示，但是有时也可以用百分数表示，或直接用两者的比值表示。

（4）温度稳定性K

　　集成直流稳压电源的温度稳定性是以在所规定的直流稳压电源工作温度Ti最大变化范围内（Tmin≤Ti≤Tmax）直流稳压电源输出电压的相对变化的百分比值。

3、极限指标

（1）最大输入电压

是保证直流稳压电源安全工作的最大输入电压。

（2）最大输出电流

是保证稳压器安全工作所允许的最大输出电流。

1.3.3选择合适的电源

稳压电源的分类并没有明确的含义和界限，我们还可以根据电源稳压器的其他特点对电源进行分类。

面对种类繁多的电源产品，如何选择一款合适的稳压电源十分重要。

我们选择稳压电源，除了要确定电源的型号、种类，还要考虑所选稳压电源的电气特性是否可以满足工作的需要。

一块理想的稳压电源，除了电源的功率和输出电压等基本指标符合工作需要以外，对于交流稳压电源，我们还要确定稳压电源相数、稳压范围和稳压精度，也需要满足工作需要。

对于直流稳压电源来讲，需要考虑稳压电源的电源调整率、输出功率、负载调整率和纹波等指标。

第二章电路设计

2.1设计目的

1、学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。

2、学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。

3、培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

2.2设计任务及要求

1、设计并制作一个多功能直流稳压电源系统，主要技术指标要求：

①输出电压可调：

Uo=+5V～+12V

②最大输出电流：

Iomax=500mA

③输出电压变化量：

ΔUo≤15mV

④稳压系数：

SV≤0.003

2、设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图；

3、合理选择稳压器；

4、完成全电路理论设计、计算机辅助分析与仿真、安装调试、绘制电路图，自制印刷板。

2.3设计步骤

1、电路图设计

（1）确定目标：

设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出多功能直流稳压电源系统原理图。

（2）系统分析：

根据系统功能，选择各模块所用电路形式。

（3）参数选择：

根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。

（4）总电路图：

连接各模块电路。

2、电路安装、调试

（1）为提高学生的动手能力，学生自行设计印刷电路板，并焊接。

（2）在每个模块电路的输入端加一信号，测试输出端信号，以验证每个模块能否达到所规定的指标。

（3）重点测试稳压电路的稳压系数。

（4）将各模块电路连起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。

2.4仪器与器材

自耦调压器、双踪示波器、万用表（模拟或数字）、交流毫伏表各一台，自制电路板的各种工具一套及.

元器件清单

元件名称

数量

管脚

功能

型号/规格

变压器T1

1个

4脚

变压

220V/12V

整流桥D1

1个

4脚

整流

1N4001/1A

电容器C1

1个

2脚

滤波

1000μF/500V

电阻R1

1个

2脚

负载电阻，偏置电阻

1K

电阻R2

1个

2脚

基准电路（限流）

1K

电阻R3

1个

2脚

取样电路

180 Ω

电阻R4

1个

2脚

取样电路

240 Ω

可调变阻器RP

1个

3脚

取样电路

1K

三极管Q1

1个

3脚

调整管

9013

三极管Q2

1个

3脚

比较放大管

9013

稳压二极管D2

1个

2脚

基准电路（稳压）

IN4738-8/2V

第三章原理与分析

3.1直流稳压电源的基本原理

直流稳压电源一般由直流电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本

图如下。

各部分的作用：

图3.1基本原理框图

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所需要的交流电压Ui。

变压器副边与原边的功率比为P2/P1=η，式中η是变压器的效率。

3.2整流波电路

1、整流电路

　　把交流电能转换为直流电能的电路。

大多数整流电路由

　　变压器、整流主电路和滤波器等组成。

它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。

整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。

20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。

滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。

变压器设置与否视具体情况而定。

变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。

　　整流电路按其组成器件可分为不控整流电路、半控整流电路和全控整流电路。

后两种电路按其控制方式又可分为相控整流电路和斩波整流电。

相控整流电路由于采用电网换相方式，不需要专门的换相电路，因而电路简单、工作可靠，得到广泛应用。

但相控整流电路在控制用α较大时，功率因数较低，网侧电流谐波含量较大。

因而在大功率调速传动中，低速运行时，采用斩控整流电路可解决功率因数变坏的问题。

　　整流电路是电力电子电路中最早出现的一种，它将交流电变为直流电，应用十分广泛，电路形式各种各样；按组成的器件可分为不可控、半控和全控三种，按电路结构可分为桥式电路和零式电路，按交流输入相数分为单相电路和多相电路，按变压器二次侧电流的方向是单相或双相，又分为单拍电路和双拍电路；实用电路是上述的组合结构。

2、滤波电路

　　滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。

　　由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容器C在电源供给的电压升高时，能把部分能量储存起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容C具有平波的作用；与负载串联的电感L,当电源供给的电流增加（由电源电压增加引起）时，它把能量储存起来，而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感L也有平波作用。

滤波电路形式很多，为了掌握它的分析规律，把它分为电容输入式（电容器C接在最前面）和电感输入式（电感器L接在最前面）。

前一种滤波电路多用于小功率电源中，而后一种滤波电路多用于较大功率电源中（而且当电流很大时，仅用一电感器与负载串联）。

3、整流滤波电路：

整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。

再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。

常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。

各滤波电容C满足RL-C＝（3~5）T/2，或中T为