模拟电子技术课程设计报告(直流稳压电源)【模板】

模拟电子技术课程设计报告

设计题目：  直流稳压电源设计            

专    业  电气工程             

班    级                        

学    号                      

学生姓名                     

指导教师                        

设计时间    20##-2011学年上学期    

教师评分                       

20##年  月  日


目  录

1.概述. 2

1.1直流稳压电源设计目的. 3

1.2课程设计的组成部分. 3

2.直流稳压电源设计的内容. 4

2.1变压电路设计. 4

2.2整流电路设计. 5

2.3滤波电路设计. 9

2.4稳压电路设计. 10

2.5总电路设计. 11

3.总结. 13

3.1所遇到的问题，你是怎样解决这些问题的. 13

3.3体会收获及建议. 13

3.4参考资料（书、论文、网络资料）. 14

4.教师评语. 14

5.成绩. 14

1.概述

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。直流稳压电源是常用的电子设备，它能保证在电网电压波动或负载发生变化时，输出稳定的电压。一个低纹波、高精度的稳压源在仪器仪表、工业控制及测量领域中有着重要的实际应用价值。

直流稳压电源通常由变压器、整流电路、滤波电路、稳压控制电路所组成，具有体积小，重量轻，性能稳定可等优点，电压从零起连续可调，可串联或关联使用，直流输出纹波小，稳定度高，稳压稳流自动转换、限流式过短路保护和自动恢复功能，是大专院校、工业企业、科研单位及电子维修人员理想的直流稳压电源。适用于电子仪器设备、电器维修、实验室、电解电镀、测试、测量设备、工厂电器设备配套使用。几乎所有的电子设备都需要有稳压的电压供给，才能使其处于良好的工作状态。家用电器中的电视机、音响、电脑尤其是这样。电网电压时高时低，电子设备本身耗供电造成不稳定因家。解决这个不稳定因素的办法是在电子设备的前端进行稳压。

直流稳压电源广泛应用于国防、科研、大专院校、实验室、工矿企业、电解、电镀、充电设备等的直流供电。　　

1.1直流稳压电源设计目的

（1）、学习直流稳压电源的设计方法；

（2）、研究直流稳压电源的设计方案；

（3）、掌握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法。

1.2课程设计的组成部分

1.2.1  设计原理

 设计电路框图

  设计电路框图如图1所示，包括变压器降压，整流滤波电路滤波，稳压电路进行稳压四个部分。图1为电压经过各个部分的波形，交流U1经过变压器降压后到较小的交流U2，经过整流滤波后变为纹波很小的直流U4，最后由稳压电路进行稳压输出。                                                                          

直流稳压电源的组成

                          图1

1.2.2各部分电路的作用

交流变压器。一般的电子设备所需要的直流电压较之交流电网提供的200V电压相差较大，为了得到输出电压的额定范围，就需要将电网电压转化到合适的数值。所以，电压变换部分的主要作用就是将电网电压变为所需要的交流电压，同时还可以起到直流电源与电网的隔离作用。

整流电路。整流电路的作用是将变换后的交流电压转换为单方向的脉冲电压。由于这种电压存在着很大的脉动部分（称为纹波），因此，一般还不能直接用来给负载供电，否则，纹波会严重影响到负载的性能指标。

滤波电路。滤波部分的作用是对整流部分输出的脉动直流进行平滑，使之成为含交变成分很小的直流电压。也就是说，滤波部分实际上使一个性能较好的低通滤波器，且其截止频率一定低于整流输出电压的基波频率。

稳压电路。尽管经过整流滤波后的电压接近于直流电压，但是其电压值的稳定性很差，受温度、负载、电网电压波动等因素的影响很大，因此，还必须有稳压电路，以维持输出直流电压的基本稳定。

1.2.3设计方案的的分析

由设计原理可知直流稳压电源应由几部分组成，而且各个部分相对独立，因此，在进行设计电路的时候我们采用各个部分分别设计，独立选择元器件，独立测试的方法，最后将这几部分进行组装和调试，最终达到设计完整直流稳压电源电目的。

2.直流稳压电源设计的内容

2.1变压电路设计

变压电路相对简单，仅有一个单相变压器，变压器将220V市电转化为电路能承担的电压。理想变压器满足I/I=U/U=N/N=1/n,因此P=P=UI=UI.变压器副边与原边的功率比为P/P=,式中是变压器的效率 。根据电路需要选择适当的单相变压器。

 图2

2.2整流电路设计

整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路。有半波整流和全波整流，最常用的是单相桥式整流电路。本设计也采用了单相桥式整流电路，所谓桥式整流电路，就是用二极管组成一个整流电桥。

当输入电压处于交流电压正半周时，二极管D、负载电阻RL、D构成一个回路输出电压Uo=ui-UD-UD。输入电压处于交流电压负半周时，二极管D、负载电阻RL、D构成一个回路，输出电压Uo=ui-UD-UD。

 


                          

单项桥式整流电路

图3

设变压器的副边电压有效值为,则其瞬时值=sinωt。当为正半周时，电流由A点流出，经、、流入B点，因而负载电阻上的电压等于变压器副边电压，即=，和管承受的反向电压为 -。当为副半周时，电流由B点流出，经﹑﹑流入A点，负载电阻上的电压等于 -，即=-，﹑承受的反向电压为。由于﹑和﹑两对二极管交替导通，致使负载电阻上在的整个周期内都有电流通过，而且方向不变，输出电压=|sinωt |。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


单项桥式整流电路的波形图

图4

通过上述分析，可以得到桥式整流电路的基本特点如下：

（1）桥式整流输出的是一个直流脉动电压。

（2）桥式整流电路的交流利用率为100%。

（3）电容输出桥式整流电路，二极管承担的最大反向电压为2倍的交流峰值电压（电容输出时电压叠加）。

（4）桥式整流电路二极管的负载电流仅为半波整流的一半。

（5）实际电路中，桥式整流电路中二极管和电容的选择必须满足负载对电流的要求。

仿真图如下：

                                 图5

2.2.1.参数计算

负载电压平均值：

负载电流平均值：

二极管电流的平均值：

截止二极管承受的最大反向电压：

2.3滤波电路设计

电容滤波的基本工作原理就是利用电容的充放电作用，使负载电

压趋于平滑。

电容并联在负载两端

                                图6

2.3.1.电容滤波电路的特点

（1）二极管导通角         ，导通时间缩短了，流过二极管的瞬时电流很大，故对二极管的要求提高了。 选管时一般取 IFM =（2---3） IF

加在截止二极管上电压的最大值接近            

（2）工程上常用下面经验公式来确定滤波电容C的值，即

（3）电容滤波电路的输出电压为

通常情况下取

仿真图如下：

                        图7

2.4稳压电路设计

经整流和滤波后的输出电压，虽然脉动的交流成分很小，但是仍会因交流电源电压的波动和负载的变化而变化，稳定性较差。为了获得稳定性好的直流电压，应该加上稳压环节。

电路特点

                                    图8

2.4.1硅稳压管稳压电路参数的选择

( 1) 硅稳压管的选择

可根据下列条件初选管子

UZ= UO                                                                                                

IZmax= (2 ~ 3) ILmax

(2) 输入电压UI的确定

一般取UI=(2~3)UO

(3) 限流电阻R的选择（略）

2.5总电路设计

总电路图

                               图9

2.5.1电路工作原理

变压电路将220V市电经过电源变压器降压后，变成15V左右的低幅交流电。再通过整流电路将交流电流整流，将正弦波电压变成单一方向的脉动电压。然后通过LC滤波电路滤波，是输出电压平缓。最后通过稳压电路稳定输出电压，采用具有放大环节的串联型稳压电路稳定输出电压，该电路可调节输出电压，集成运放工作在深度负反馈，输出电阻趋于零，因而电压相当稳定。

仿真图如下：

                           图10

3.总结

3.1所遇到的问题，你是怎样解决这些问题的

（1）波形调不出——把负载减小，调节频率；

（2）选错器材或接错端口——检查电路，重新接；

（3）画图时不会用一些工具——问老师或同学或上网查；

3.3体会收获及建议

本次课程设计是在系统学习《模拟电子技术基础》之后通过查阅相关资料完成的，这次课程设计给我带来了很大的收获，让我学到了很多，不仅掌握了简单的电子电路的设计与制作，也掌握了论文写作的方法和格式。在制作电路时，我深深体会到连接电路时一定要认真仔细，每一步骤都要认真分析。

怎样看电路图以前是我们学习模拟电子技术的一大难题。为了提高且掌握看图、识图、分析图的方法和技巧，我们特地从网上查找了些专题文章，详细了解各类电路图的基本原理和分析方法。

直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标。也让我们认识到在此次设计电路中所存在的问题；而通过不断的努力去解决这些问题.在解决设计问题的同时自己也在其中有所收获。

设计过程中遇到很多难题，在老师以及同学的帮助下我顺利地完成了本次设计，通过这次设计我深刻感到自己的知识十分有限，在以后的课程学习中一定要认真学习理论知识，充实自己。

3.4参考资料（书、论文、网络资料）

（1）模拟电子技术基础  王济浩  清华大学出版社

（2）网络资料：直流稳压电源的设计与测试

             直流稳压电源的设计

4.教师评语

 

第二篇：直流稳压电源 模拟电子技术课程设计

模拟电子技术课程设计

题目:直流稳压电源

学院:机械与电子工程学院 专业:电子大类

年级:2011级

班级:112班

姓名:焦宏宇

学号:2011210760

指导教师:邱森友

20xx年

月 26日 12

直流稳压电源

1．设计任务

设计一波形直流稳压电源，满足：

(1)当输入电压在220V±10%时，输出直流电压为12V，输出直流电流最大为500mA；

(2)输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于5%

2.设计要求

直流稳压电源的基本要求：

在输入电压为220Ｖ，50HZ. 电压变化范围为+10%～-10%条件下： a.输出直流电压为12V；

b.最大输出电流为:Iomax＝500mA；

c.纹波电压(峰-峰值) ≤5mV(最低输入电压下，满载)；

d.具有过流保护及短路保护功能；

e.画出总体设计框图，以说明直流稳压电源有哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间的联系、变化，并以文字对原理作辅助说明。设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。

3．设计方案的选择与论证

方案一：简单的并联型稳压电源

并联型稳压电源的调整元件与负载并联，因而具有极低的输出电阻，动态特性好，电路简单，并具有自动保护功能；负载短路时调整管截止，可靠性高，但效率低，尤其是在小电流时调整管需承受很大的电流，损耗过大，因此在本实验中不适合此方案。

方案二：输出可调的开关电源；

开关电源的功能元件工作在开关状态，因而效率高，输出功率大；且容易

实现短路保护与过流保护，但是电路比较复杂，设计繁琐，在低输出电压时开关频率低，纹波大，稳定度极差，因此在本实验中不适合此方案。

方案三：由固定式三端稳压器（7812）组成

由固定式三端稳压器（7812）输出脚V0、输入脚Vi和接地脚GND组成，它

的稳压值为+12V，它属于CW78**系列的稳压器，输入端接电容可以进一步滤波，输出端接电容可以改善负载的瞬间影响，此电路比较稳定。根据实验设计要求，本实验采用方案三。

4．电路的方框图及说明

直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，基本框图如图4所示。各部分的作用：

直流稳压电源模拟电子技术课程设计

图4

（1）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U2。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。

（2）整流滤波电路：整流电路将交流电压U1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U0。常用的整流滤波电路

有全波整流滤波、桥式整流滤波等

整流桥将交流电压U2变成脉动的直流电压，再经滤波电容C滤波纹波，输出直流电压U0。

（3）电压输出稳压器

由于输入电压U1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。因此，为了维持输出电压UI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（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能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所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。

5．单元电路的设计

5.1 电源变压器

直流稳压电源模拟电子技术课程设计

图 5.1 电源变压器

电源变压器的作用是将交流220V的电压变为所需的电压值，然后通过的电压还随电网电压波动、负载何温度的变化而变化。

电源变压器参数选择

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U2。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。

一般小型变压器的效率为：

表 5.1 变压器的效率表

直流稳压电源模拟电子技术课程设计

根据设计的要求，最终要输出12V的直流电压。若从变压器输出的送给整流滤波电路的电压U2为16V，则电容滤波电路的负载电压UC与U2的关系为：

UC =（1.1 ～ 1.2）V2

UC = (1.2 * 16 )v= 19.2 v

为了稳定直流电压为12V，后面的稳压电路选用集成稳压器：LM7812CT。也就是说U2为16V符合要求。

于是变压器的变比n可以计算：

n = U1/U2 = 220/16 = 13.75

于是可以用变比n为14的功率为8W变压器。

5.2 整流电路

直流稳压电源模拟电子技术课程设计

图5.2 单相桥式整流电路

1）电路组成及工作原理

桥式整流电路由四只二极管组成的一个电桥，电桥的两组相对节点分别接变压器二次绕组和负载。这种电路有三种画法，如图所示。在工作时，D1、D2与D3、D4两两轮流导通。在u2正半周，二极管D1和D2正向导通，而D3、D4反向截止，形成负载电流i0，i0流通路径为：a→D1→RL→D2→b→a，u0=u2；在u2的负半周，二极管D3和D4正向导通，而D1、

D2反向截止，形成负载电流i0，i0流通路径为：b→D3→RL→D4→a→b， u0=－u2。 由此可见，不论哪两只二极管导通，负载电流的方向都始终保持不变。

2）单相桥式整流电路参数计算

在桥式整流电路中，二级管是两两轮流导通，设计要求中要求最大输出IO为500mA，所

以流经每个二极管的电流为：

ID = 0.5IOMAX =(0.5 * 500)mA = 250 mA

而每个二极管所承受的最大反向电压为：URM

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2 = 22.63 v

于是整流桥部分采用的是四个型号为 1N4007GP 的二极管构成。

一般电网电压的波动范围为+%10到-%10之间，实际上选用的二极管的最大整流电流和最高反向电压应该留有大于%10的余量。

5.3 滤波电路

1）工作原理

设u2波形如图5.3（b）所示，未接电容时，输出电压如图5.3（b）中的虚线所示。在

u2正半周，设u2由零上升，二极管D导通，u0=u2，此时电源对电容充电，由于充电时间常数很小，电容充电很快，所以电容上升的速度完全跟得上电源电压的上升速度，uC=u2。当u2上升到峰值时，电容充电达到1.4u2，二极管D截止，随后u2下降，电容C向负载RL放

电，放电时间常数为RLC，其值较大，所以电容电压下降的速度比u2下降到速度慢得多，此时负载电压靠电容C的放电电流来维持，u0=uC。当电容放电到b点时，uc＜u2，二极管D又导通，电容又被充电。充电至1.4u2后，又放电。如此重复进行，就得到输出电压的波形如图5.3（b）中实线所示。由图可见，经电容滤波后，负载电压变得平稳，且平均值提高了。

直流稳压电源模拟电子技术课程设计

图5.3 单相桥式整流电容滤波电路及其波形图

2） 滤波电容参数计算

滤波电容C可由下式估算： t?V C = C

IP?P= (0.01*500/5) mF = 1 mF

?VIP?P为稳压器纹波电压，t为电容C的放电时间，t = 0.5 T = 0.01 s IC为电容

C的放电电流。

可取Ic = IOMAX ，滤波电容C

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2。

还有 RLC = 0.5 * T * 4 = 2 T =( 2 *（0.02）)s = 0.04 s

若考虑电网电压波动?%10, 则电容器承受的最高电压为：

UCM

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2 * 1.1 = (1.4 * 16 * 1.1)v = 24.64 v

滤波电容C取容量为1mF，耐压为25V的电解电容。

5.4 稳压电路

根据课程设计任务书要求：电源输出电压为12V，输入电压为220V，最大输出电流为IO=500mA。因为集成稳压器比较方便，故采用LM7812CT集成稳压器组成稳压电路。

直流稳压电源模拟电子技术课程设计

图5.4 LM7812CT集成稳压器

6. 直流稳压电源的总电路图及工作原理

直流稳压电源的工作原理：

电路接入幅值为220V、频率为50Hz的ui，通过电源变压器，将220V的电压幅值调整为合适的电路工作压值u2。通过电源变压器输送过来的交流电，再通过桥式整流电路整流桥，得到单方向全波脉动的直流电压。由于单方向全波脉动的直流电压中含有交流成分，为了获得平滑的直流电压，在整流电路的后面加一个滤波电路，以滤去交流成分，电容C2

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就起到这个作用；对于要求不高的电路，经过滤波后的直流电压可以直接应用，对于一些

要求比较高的电路。我们在滤波电路的后面再接一个稳压电路，使输出的直流电压更加平滑，如集成稳压器LM7812CT。

一般来说，滤波电容C2的容量比较大，本身就存在着较大的等效电感，因此对于引入的各种高频干扰的抑制能力很差。为了解决这个问题， 在电容C2旁并联一只小容量电容器C1，就可有效地抑制高频干扰。 另外，稳压器在开环增益较高、负载较重的状态下时，由于分布参数的影响，有可能产生自激，C1则兼有抑制高频振荡的作用。输出端接入电容器C3、C4 是为了改善瞬态负载响应特性和减小高频输出阻抗。

元器件清单、仪器仪表清单

集成变压器 LM7812CT 一个1KΩ的电阻

四个二极管 1N4007GP 一个100 uF的电容 滤波电容C 容量为1mF，耐压为25V的电解电容 二个0.1 uF 的电容 集成稳压器 LM7812CT 一个LED灯

双踪示波器 交流电压表 万用表 电烙铁及焊锡

结论和心得

本设计主要利用电源变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器固定式来设计输出12V电压直流稳压电源。其结构简单，使用元器件较少；系统的可靠性好，其精度高，成本低，便于维修，且可作为一个独立的模块为其他电子设备提供电能。

1． 通过这次稳压电源的设计,使我巩固和加深了在模拟电子技术课程中所学的理论知识，对整流电路,滤波电路,稳压电路等的认识更加深刻,并学会查阅相关手册和资料，提高了分析问题，解决问题的能力；

2．采用分模块的设计顺序可以优化设计流程，使之更符合逻辑性。但是需要注意的是，在其中每个环节必须认真进行，如果某模块电路没有设计好，或者存在错误，则总的电路必然会受到影响,所以在设计过程中我们要保持认真严谨的态度；

3． 这次课程设计是一次理论联系实际的过程，在设计中遇到了许许多多的实际问题，在理论上正确的结果在模拟时可能出现各种各样意料之外的结果，这就需要我们在设计的过程中从实际出发，尽可能的考虑到实际情况。另外，在遇到问题时要学会用理论联系实际的方法分析问题，解决问题

参考文献

1.彭介华《电子技术课程设计指导》 高等教育出版社技术；

2.华成英 童诗白《模拟电子技术基础》 高等教育出版社技术；

3.胡宴如《模拟电子技术基础》 高等教育出版社技术；

4.康华光《电子技术基础》 高等教育出版社。

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