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                                                                              题    目：        ±12V简易稳压电源设计        

专    业：

年    级：

学    号：

学    生：

指导教师：

完成日期：

                       

   设计要求

设计并制作一台串联型（连续调整式）直流稳压电源。

   输出直流电压。

   最大输出电流。

稳压系数。

具有过流保护功能。

各电路组成的工作原理及设计的采用

变压电路

通常直流稳压电源使用电源变压器来改变输入到后级电路的电压。电源变压器由初级绕组、次级绕组和铁芯组成。初级绕组用来输入电源交流电压，次级绕组输出所需要的交流电压。通俗的说，电源变压器是一种电→磁→电转换器件。即初级的交流电转化成铁芯的闭合交变磁场，磁场的磁力线切割次级线圈产生交变电动势。次级接上负载时，电路闭合，次级电路有交变电流通过。

变压器的电路图符号见图1

                                   Tr

 

图1 变压器的电路图符号

 整流电路

整流电路的主要作用是由整流电路、直流中间电路和逆变电路三部分以及有关的辅助电路组成。在电流型变频器中整流电路的作用相当于一个直流电流源，而在电压型变频器中整流电路的作用则相当于一个直流电压源。经过变压器变压后的仍然是交流电，需要转换为直流电才能提供给后级电路，这个转换电路就是整流电路。在直流稳压电源中利用二极管的单项导电特性，将方向变化的交流电整流为直流电。整流电路的种类如下：

1.  半波整流电路

半波整流电路只利用电源的正半周，电源的利用效率非常低，所以半波整流电路仅在高电压、小电流等少数情况下使用，一般电源电路中很少使用。

2.  桥式整流电路

桥式整流电路使用普通的变压器，每个整流二极管上流过的电流是负载电流的一半，与全波整流相同。桥式整流比全波整流多用了两个整流二极管，由于四个整流二极管连接成电桥形式，所以称这种整流电路为桥式整流电路。

通常情况下桥式整流电路见图2

 

       桥式整流电路图                        

滤波电路

滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阴抗小，所以C应该并联在负载两端。电感L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。经过渺小滤波电路后，既可保留直流分量，又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。滤波电路的种类如下：

 电容滤波电路

电容滤波电路是利用电容的充放电原理达到滤波的作用。在脉动直流波形的上升段，电容充电，由于充电时间常数很小，所以充电速度很快；在脉动直流波形的下降段，电容放电，由于放电时间常数很大，所以放电速度很慢。在电容还没有完全放电时再次开始进行充电。这样通过电容的反复充放电实现了滤波作用。

稳压电路

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U_I会随着变化。因此，为了维持输出电压U_I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。

 

 基本原理

 电路的基本组成

一般直流稳压电源都使用AC220V市电作为电源，经过变压、整流、滤波后输送给稳压电路进行稳压，最终成为稳定的直流电源。这个过程中的变压、整流、滤波等电路可以看作直流稳压电源的基础电路，没有这些电路对市电的前期处理，稳压电路将无法正常工作。

    因设计任务中要求输入端须设上电指示灯，所以本次设计的小功率稳压电源由上电指示电路、变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路五个部分组成，如图9所示。

 

       

+    上 电   +     变 压   +       整 流  +      滤 波  +       稳 压  +

 u₁    指 示   u₂             u₃                         u₄                        u_I                          U₀

­­­_    电 路   _     电 路   _       电 路  _      电 路  _       电 路  _

 

（a）稳压电源的组成框图

u₁             u₂             u₃             u₄                    u_I                  U₀ 

                                                                                                   

0          t   0          t   0          t   0           t   0        t   0      t

 

（b）稳压电源各单元电压波形图

图9  稳压电源的组成框图及电压波形图

 组成部件的功能

1  变压电路：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，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：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。

3 滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。

4稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。

方案设计以及参数的选择

方案一与方案二的滤波电路与稳压电路时相同的，唯一不同的差别是整流电路的不同。

方案一：电源变压器，半波整流电路，电容滤波电路，稳压电路

半波整流电路

方案二：电源变压器，单相桥式整流电路，电容滤波电路，稳压电路

整流滤波电路

 

第二篇：直流稳压电源实验报告--liu

齐齐哈尔大学

综合实践1

题    目：         直流稳压电源                

学    院：                         

专业班级：                      

学生姓名：                            

指导教师：                       

成    绩：                                       

1. 概述

1.1直流稳压电源简介

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。

　　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。

1.2直流稳压电源技术指标

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、极限指标

　　（1）最大输入电压

　  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

保证稳压器安全工作所允许的最大输出电流。

2.设计原理

2.1实验设计步骤及其原理图的制作

1.实验设计步骤

稳压电源设计分三个步骤：一是根据稳压电源的输出电压最大输出电流 Iomax，确定集成稳压器的型号及电路结构形式。二是根据稳压器的输入电压，确定电源变压器二次绕组电压的有效值。根据稳压电源的最大输出电流 。确定流过电源变压器二次绕组的电流和电源变压器二次绕组的功率；根据，查出变压器的效率 η，从而确定电源变压器原边的功率。然后根据所确定的参数，选择电源变压器。三是确定二极管的正向平均电流 I、整流二极管承受的最大反向工作电压 U和滤波电容的电容量和耐压值。根据所确定的参数，选择二极管。

2.实验的原理及PCB的制作

首先要对所要设计的电路的功能有所了解，了解直流稳压电源的原理并对各个部分的功能有所了解并精心初步的设计分析直流稳压电路的特点可有以下部分的功能模块组成。

（1）  电源变压器：

电源变压器的作用是将220V交流电网电压变换为整流电路所需要的交流电压，需要计算变压器的转换效率η=/。

（2）  整流电路：

      整流电路的作用是将交流电压变换成单向脉动的直流电压在直流稳压电源中常采用桥式整流电路。在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为=，流过每只二极管的平均电流为：。其中：R为负载电阻；是流过负载电阻的电流；整流二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管的平均电流；即；二极管的最大反向工作电压  必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压；即。由上述计算得到的和来选择整流二极管。

（3）  滤波电路

      经整流后的直流输出电压脉动性很大，不能直接使用。为了减少其交流成分，通常在整流电路后接有滤波电路。滤波电路的主要任务是将整流后的单向脉动直流电压中的纹波滤除掉，使其变成平滑的直流电。在小功率电路中常采用电容滤C直接并联在波电路，将滤波电容负载 R两端，就可组成电容滤波电L路。由于电容的储能作用，使得输出直流电压波形比较平滑，脉动成分降低，输出直流电压的平均值增大。采用电容滤波电路可以得到脉动性很小的直流电压，但输出电压受负载变动的影响较大，其主要用于要求负载电流较小，负载基本不变的 

场合R 为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数 RC应满足：。其中：T=20ms是 50Hz交流电压的周期。由此确定滤波电容的容量。滤波电容一般采用电解电容，使用时注意极性不能接反，电容器的耐压应大于它实际工作时所承受的最大电压。通常电容器的耐压取（1.5～2）V2。

（4）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）发生变化能使输出直流电压不受影响，从而维持稳定的输出。稳压电路的类型很多，通常采用集成稳压器。在小功率稳压电源中，经常使用的是三端集成稳压器。集成稳压器的类型很多，按输出电压类型不同可分为固定式和可调式，按输出电压极性不同可分为正电压输出和负电压两种类型。

     按照所示的要求完成各个部分的功能电路，并将各部分的电路组合成直流稳压电路的原理图并进行各各元件的参数设置以实现直流稳压电路的功能。

利用DXP软件进行设计的过程：

先要对对软件进行熟悉操作，了解基本的菜单功能及制作流程：如下图所示为一个PCB项目所包含的基本文件：

图（1）

在了解了PCB项目文件的制作流程之后就开始进行操作，新建一个PCB项目文件并保存在在项目中添加原理图文件并保存后就开始绘制所要的电路图

如下所示：将手绘制的图转换成PCB的原图。

                           图（2）

                     

接下来执行命令进行自动布线后并进行划定板子的范围效果如下图所示：

图（8）

完成之后转化，观察其3D效果图：

图（10）

确定其无误后即完成了基本的PCB项目的流程制作。

2.2选取元件及制作电路板

2.2.1元件的选取：电容2个，电阻2个，二极管4个，稳压管1个，变压器

1个

2.2.2电路板的制作：

首先将PCB图用打印机打印在纸上，打印的时候确保油墨充足，线条清晰，然后将纸张有油墨的一面覆盖在单面覆铜板有铜的一面，放入到制版机当中，经过制版机的高温压制后输出，待覆铜板冷却之后，将纸张快速撕掉，纸张上的电路图就会印在覆铜板上。将表面印有原理图的板子放入到装有三氯化铁的腐蚀箱中腐蚀。经过一段时间的腐蚀，当覆铜板除电路图墨线外其余地方的铜均被腐蚀后取出电路板。

2.3元件参数的设定及焊接

2.3.1元件参数的设定：  C1=100uF               C2=100uF  

R1=350Ω               R2=230Ω   

电源变压器 12V        稳压二极管 6V

二极管  反向击穿电压UBR=1000V>17V ，

最大整流电流IF=1A>0.4A 

参数选定之后，需要在multisim软件中进行仿真，仿真图如下：

仿真过程中万用表的示数为5.06 V与理论值5V相近，所以可以证明我们设置的参数是合理的，然后就可以进行焊接工作

2.3.2焊接

焊接注意事项：

1．焊接时要对各个功能模块电路进行单个测试，需要时可设计一些临时电路用于调试。

2．测试电路时，必须要保证焊接正确，才能打开电源，以防元器件烧坏。

3. 按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。

4.焊接前一定要保持版面清洁干净，否则焊接不牢固。

5.焊接前对面板各个焊点进行测试，防止短路。

6．焊接时切勿离人过近，以免烫伤他人。

7.焊接时要保证温度足够，否则会出现虚焊的现象。

3.总结

通过本次设计,让我们更进一步的了解到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.我们这次设计的这个直流稳压电源电路运用的桥式电路，使我们对其原理有了更深刻的认识，增加了学习兴趣，实践了动手能力。而且我们也知道了团队协作的重要性，我们之间的密切配合也是我们完成此次设计实验所不可缺少的，还有就是我们更加细心一些，应该每个细节都做到很细，这样我们的作品才会更加完美。

参考文献：

1. 童诗白，华成英《模拟电子技术基础》          高等教育出版社

2. 姜思敏.《PADS电路原理图和PCB设计》       机械工业出版社    

3. 马淑华，高原《电子设计自动化》               北京邮电大学出版社

4. DXP2004教程                                网络

5  Protel DXP的电路板备板制作技巧             网络