直流穩(wěn)壓電源設計模擬電子技術

1、成績課程設計說明書題 目： 直流穩(wěn)壓電源設計 課程名稱： 模擬電子技術 學 院： 電子信息與電氣工程學院 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級: 指導教師： 2015年 6 月 6日課 程 設 計 任 務 書設計題目固定直流穩(wěn)壓電源設計學生姓名所在學院電子信息與電氣工程學院專業(yè)、年級、班設計要求： 1、設計制作一個直流穩(wěn)壓電源電路； 2、輸入電壓為220V的交流電壓，頻率為50Hz； 3、輸出直流電壓為+5V、-5V兩種穩(wěn)定電壓； 4、最大輸出電流為Iomax=1.0A； 5、紋波電壓小于10mV，穩(wěn)壓系數(shù)Sr小于5。學生應完成的任務：1、設計理論電路，并用Multisim進行仿真。2、用Altiu

2、m Designer繪制原理圖，PCB設計。3、制作電路板并調(diào)試電路板。4、上交電路板，撰寫課程設計論文。參考文獻：1 童詩白. 模擬電子技術基礎M.北京:高等教育出版社,2005. 2 臧春華. 電子線路設計與應用M.北京:高等教育出版社,2005.3 邱關源,羅先覺. 電路（第五版）M.北京:高等教育出版社,2006.4 谷樹忠. Altium Designer教程-原理圖、PCB設計與仿真M.北京:電子工業(yè)出版社,2010.工作計劃：526527 課程設計說明、Multism電路仿真與設計；529530 用Altium Designer設計原理圖、PCB圖；6.3-6.4 制板，發(fā)器件,

3、焊接；6.5 安裝調(diào)試 書寫課程設計報告；6.6 指導教師驗收課程設計電路結果。 指導教師（簽名）： 學生（簽名）：固定直流穩(wěn)壓電源設計摘 要: 通過模擬電子技術設計固定直流穩(wěn)壓電源，主要運用變壓器，整流二極管，電解電容，穩(wěn)壓器等器件.該固定直流穩(wěn)壓系統(tǒng)先通過將220V市電降壓，再經(jīng)過整流二極管1N4007進行整流，通過電容濾波之后，采用穩(wěn)壓芯片7805，7905分別對其進行穩(wěn)壓，從而輸出的穩(wěn)定電壓（+5V/-5V）。關鍵詞：變壓;整流;濾波;穩(wěn)壓;目 錄1.設計背景11.1設計背景11.2設計目的12.設計方案12.1電路概述12.2 整流電路32.3穩(wěn)壓電路42.4 固定直流穩(wěn)壓電源電路設

4、計53.方案實施63.1電路仿真設計與仿真63.2 Altium Designer設計原理圖及PCB設計73.3 電路板的制作與調(diào)試83.4相關數(shù)據(jù)測量84.結果與結論95.收獲與致謝96.參考文獻107.附件107.1 電路實物圖10 7.2 元器件清單111. 設計背景1.1設計背景 隨著科技日新月異的發(fā)展，越來越多的小型電子產(chǎn)品出現(xiàn)在我們身邊，它們一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電，電池作為低效率，高污染的產(chǎn)品不能得到廣泛的使用，而我們最常見到的電源就是220V的交流電源，再次情況下，我們設計了一個轉換裝置，從而可以使其給小型電子設備供電，達到及節(jié)能又環(huán)保，既方便有快捷的目的。1.2設計目的設

5、計這個固定直流穩(wěn)壓電源是為了鍛煉學生的動手能力，理論與實踐相結合，更有利于同學們在學習中積極的思考，培養(yǎng)同學們對學習的興趣；而且，檢驗了同學們對電路仿真軟件和DXP這些軟件的熟悉程度，進一步加深了對這些軟件的理解，提高了應用能力；另外，讓同學們看到，理論知識在現(xiàn)實生活中的應用，知道了這些知識的重要性，要更加努力的學習。本次課程設計就是在這樣的一個背景下而進行的一次十分重要的實習安排。2. 設計方案2.1電路概述 根據(jù)電路的特點和性質，電路可有這幾部分組成，變壓器電路部分，整流電路部分，濾波電路部分，穩(wěn)壓電路部分。 變壓器電路可以使電壓達到設備可以使用的一個電壓范圍，如下圖所示。 整流電路使用來

6、把變壓器副邊通過的交流電壓轉換為直流電壓，滿足設備需要直流電源供電的要求。即將正弦波電壓轉換為單一方向的脈動電壓，半波整流電路和全波整流電路的輸出波形如下圖所示。但實際情況是整流后還含有較大的交流分量，會影響負載電路的正常工作。 濾波電路是用來進一步的減少電路中的交流分量，增加電路中的直流分量，使輸出電壓平滑。理想情況下，應將交流分量全部濾掉，使濾波電路的輸出電壓僅為直流電壓。然而，由于濾波電路為無源電路，所以接入負載后會影響其濾波效果。對于穩(wěn)定性要求較高的電子電路，還需要對其進行穩(wěn)壓處理。 穩(wěn)壓電路是保障電路中的電壓達到一個相對穩(wěn)定狀態(tài)，防止忽高忽低損壞設備，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性，滿足要求

7、較高的電子電路的圖2.1 直流穩(wěn)壓電源方框圖1、電源變壓器（1）電路作用：電源變壓器的作用是將來自電網(wǎng)的220V、50Hz的市電交流電壓變換成整流電路所需的電壓。變壓器副邊與原邊的功率比為： (2.1)式中為變壓器的效率。一般小型變壓器的效率如表1所示：表1 小型號變壓器的效率 副邊功率101030308080200效率0.60.70.80.85 （2）參數(shù)計算及元件選擇：變壓器副邊輸出電壓有效值為，輸出電壓為5V，取，則有: （2.2）故選擇220V輸入，30V輸出電源變壓器，功率在010W之間，效率為0.60.7，本次設計選用EI系列小型變壓器。122.2整流電路(a)電路(b )整流電路

8、常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖2所示。在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導通，D3、D4截止；u2的負半周內(nèi)，D3、D4導通，D1、D2截止。正負半周內(nèi)部都有電流流過的負載電阻RL，且方向是一致的。電路的輸出波形如圖3所示。圖2.2整流輸出電路（a）橋式整流 （b）輸出波由輸出波形圖2.3可看出, 全波整流輸出波形是半波整流時的兩倍, 所以輸出直流電壓也為半波時的兩倍, 即： （2.3）解之得： （2.4）輸出電流的平均值： （2.5）在橋式整流電路中，整流二極管D1、D3和D2、D4是兩兩輪流導通的，因此，流過每個整流二極管的平均電流是電路輸出電流平均值的一半： （2.6）再考慮到電

9、網(wǎng)電壓可能有±10%的波動，故應保證： （2.7）橋式整流電路因其變壓器只有一個副邊繞組，在U2正半周時，D1、D3導通，D2、D4截止，此時D2、D4所承受的最大反向電壓為U2的最大值，即圖2中每個二極管截止時承受的最大反向電壓為： （2.8）考慮到電網(wǎng)電壓可能有±10%的波動，故應保證： （2.9）同理，在U2負半周時，D1、D3也承受同樣大小的反向電壓。設計要求最大輸出電流 ，則流經(jīng)二極管的最大平均電流為： （2.10）二極管承受的最大反向電壓： （2.11）因此整流電路采用由1N4007整流二極管（1N4007的反向耐壓為1000V，最大電流1.0A，滿足設計要求）

10、構成的全波整流電路。2.3 穩(wěn)壓電路直流穩(wěn)壓電路類型和設計方法有多種，本次設計采用集成元件構成穩(wěn)壓電路。用LM78系列和LM79系列的芯片。 包括固定三端與可調(diào)式三端穩(wěn)壓器，我們介紹固定三端穩(wěn)壓器及其典型應用，使輸出穩(wěn)定電壓。所謂三端，即含輸入端1、輸出端2和公共端3三個端口。圖中電容用于抵消輸入線較長時的電感效應，以防止電路產(chǎn)生自振，其容量較小，一般小于1。電容 用于消除輸出電壓中高頻噪聲，可取小于1的電圖2.3 LM7805的基本應用電路容，也可取幾微法甚至幾十微法的電容，以便輸出較大的脈沖直流。但是若 容量較大，一旦輸入端斷開， 將從穩(wěn)壓器輸出端向穩(wěn)壓器放電，易使穩(wěn)壓器損壞。因此可在穩(wěn)壓

11、器的輸入端和輸出端之間跨接一個二極管，如圖2.3所示，起保護作用。2.4 固定直流穩(wěn)壓電源電路設計 變壓器的選?。和ㄟ^查詢7805,7905芯片手冊得知兩芯片的輸入電壓得達到13V才能正常工作，故變壓器輸出電壓有效值，由于要求輸出的電壓為正負兩組，所以設計中選取220V轉±15V交流變壓器。整流二極管的選取：選取整流二極管時，主要考慮其反向耐壓值，在整流電路中，最大電壓不超過，整流二極管耐壓值大于其即可，設計中選取1N4007，其反向耐壓值為1000V,滿足設計要求。濾波電容的選?。哼x取濾波電容是主要考慮其耐壓值及其容值，在濾波電路中，同整流電路，最大電壓不超過，根據(jù)公式，可以算出C

12、。設計中選取容值2200uF，耐壓值50V的電容。三端穩(wěn)壓芯片的選?。河捎谠O計要求輸出+/-5V兩組穩(wěn)定電壓，所以選取LM7805，LM7905兩組芯片，即可穩(wěn)定輸出兩組電壓。3. 方案實施3.1電路的設計與仿真首先對電路進行理論設計,然后在Multisim軟件中繪制原理圖并進行仿真。對固定直流穩(wěn)壓電源仿真的電路如圖所示，仿真結果如圖3.2所示，電路輸出正向直流電壓，和反向直流電壓,考慮到由于Multisim內(nèi)部器件參數(shù)的影響，使仿真產(chǎn)生較大誤差，總體滿足設計要求。圖3.1 電路仿真圖3.2 仿真結果3.2 Altium Designer設計原理圖及PCB設計根據(jù)Multisim仿真的電路圖繪

13、制原理圖（如圖3.3），再到altium designer 軟件中進行繪制與仿真，仿真無誤后，選取合適的封裝，導入到PCB圖中，對器件進行整體布局，按照指導老師的要求，設置布線規(guī)則，對其進行布線，在繪制PCB過程中，應注意焊盤不應過小，導線不易過細且不能交叉，繪制后的PCB如圖3.4。圖3.3 原理圖圖3.4 PCB圖3.3電路板的制作與調(diào)試先將繪制好的PCB圖打印出來，然后通過熱轉印機將其轉到覆銅板上，放到事先配制好的腐蝕液中進行腐蝕，之后用鉆臺給板子鉆孔，擦去油墨，焊接元器件。在焊接過程中，應注意特別電容和二極管的正負極，注意焊接方式，避免造成虛焊，漏焊等情況。對焊接好的電路板進行供電，用

14、萬用表測試其輸出電壓，進行最終的調(diào)試。3.4相關數(shù)據(jù)測量1.穩(wěn)壓系數(shù)的測量測量穩(wěn)壓系數(shù)，先調(diào)節(jié)自藕變壓器使輸入的電壓增加10%，即, 測量此時對應的輸出電壓；再調(diào)節(jié)自藕變壓器使輸入減少10%，即；測量此時對應的輸出電壓, 然后測量出時對應的輸出電壓, 則穩(wěn)壓系數(shù)為： (3.1)2.紋波電壓的測試用示波器測量的交流分量峰峰值（此時示波器輸入通道采用交流耦合AC），通過示波器觀察得在45mV之間，則紋波系數(shù)為： 4. 結果與結論 將制作好的電路板連接至變壓器，用萬用表測試其空載時輸出電壓，測出其正向輸出電壓為+5.1V，負向輸出電壓為-5.06V，基本滿足設計要求。 我們本次實習的任務是設計一個固

15、定直流穩(wěn)壓電源，供電電壓為220V的市電，經(jīng)過降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四步，達到了使輸出電壓穩(wěn)定在左右的作用。5. 收獲與致謝通過這次課程設計過程，大大增強了我的動手實踐能力，同時學到了很多書上學不到的東西，對模擬電子技術有了更深一步的理解和認識，更加的認識到了它的重要性。通過對固定直流穩(wěn)壓電源的設計，學會使用了Multisim對電路進行仿真，并對仿真結果進行分析。對Altium designer有了更深刻的理解，充分認識到該軟件的強大性，學會使用其對原理圖、PCB圖繪制。掌握了單層電路板的制作流程，焊接技術也提高了不少。同時要感謝張修太老師在這次課程設計過程中的指導及小組中兩位隊友的幫助，才能這么成功的完成課程設計。6. 參考文獻1 童詩白. 模擬電子技術基礎M.北京:高等教育出版社,2005. 2 臧春華. 電子線路設計與應用M.北京:高等教育出版社,2005.3 邱關源,羅先覺. 電路（第五版）M.北京:高等教育出版社,2006.4 權明富，齊佳音，舒華英.客戶價值評價指標體系設計J.南開管理評論，2004，7(3):17-18.5 劉小洪，鄒鵬. 商業(yè)銀行客戶關系價值管理模型研究J.管理科學，2005，18(3):57-607. 附件7.1 電路實物圖圖7.1 電路實物圖表7.2 電路實物圖7.2 元器件清單 表7.