青 岛 农 业 大 学

理学与信息科学学院

设 计 题 目  可调的直流稳压电源电路设计                      

学生专业班级     通信工程10级1班                                  

学生姓名（学号）                                    

指 导 教 师                                     

完 成 时 间           ２０１２                   

实 习（设计）地点      信息楼511                   

2011  年  4  月  19  日

目录

一、课程设计的内容及要求.............................................................. 1

二、提出方案..................................................................................... 1

1．设计电路框图.......................................................................... 1

2、电路各部分的作用.................................................................. 2

2、具体的电路图.......................................................................... 2

三、原理说明..................................................................................... 2

1、变压电路设计.......................................................................... 3

2、整流电路设计.......................................................................... 3

3、滤波电路设计.......................................................................... 4

4、稳压电路设计.......................................................................... 5

5、检测电路设计.......................................................................... 5

四、所需器件..................................................................................... 5

五、拓展方案..................................................................................... 6

1．方案一..................................................................................... 6

2．方案二..................................................................................... 6

3．三种方案的比较...................................................................... 6

六、设计测试结果 ………………………………………………………6

七、 课程设计报告总结.................................................................... 7

可调的直流稳压电源电路设计

正文

I．课程设计的内容及要求：

1.  随着科技的不断发展，电子技术这一领域也突飞猛进，而电源又是电子器件中不可或缺的一部分，直流电源是应用极为广泛的一种电源。本次课程设计就是通过我们自己手工制作一个简单的直流稳压电源，运用交流220V转换为直流5V的电压源。这就需要我们自己查找电路原理，独自设计电路来实现这个功能，并且手工焊接在电路板上，这不仅锻炼我们的学以致用的本领，还有摸索实习焊接的经验和方法。我们要会对直流稳压电源原理的讲解，整流，全桥整流，半波整流原理，三段稳压器的原理的分析；练习电烙铁的焊接工艺，万用板要做到排放美观实用，最后要对直流稳压电源电路焊接与调试。总的来说这次的课程设计是对我们的理论和实践上的双重考验。

2.  要求：

1） 掌握元器件的基础知识；

2） 理解串联稳压电路的工作原理；

3） 掌握电路绘制与仿真分析相关知识；

4） 培养学生自学能力，能利用信息媒体获取新知识、新技术；

5） 培养学生电路安装与焊接能力；

6）培养学生电路分析能力和故障排除的基本技能

II．提出方案：

1．  设计电路框图

输入220V，50Hz的交流电，分别通过电源变压器，整流电路，滤波电路，稳压电路，依次进行降压，整流，滤波，稳压，最终以稳定的直流形式输出。其图形模式见图1、图2：

图1  直流稳压电源框图

                                图2  各阶段输出波形

2．  电路各部件的作用

（1）变压部分。一般的电子设备所需的直流电压较之交流电网提供的220V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换到合适的数值。所以，电压变换部分的主要任务是将电网电压变为所需的交流电压，同时还可以起到直流电源与电网的隔离作用。
（2）整流部分。整流是稳压电源的一个重要组成部分，它的主要作用是进行波形变换即将交流信号变成直流信号。是将变换后的交流电压转换为单方向的脉动电压。由于这种电压存在着很大的脉动成份（称为纹波），因此一般还不能直接用来给负载供电，否则，纹波的变化会严重影响负载电路的性能指标。
（3）滤波部分。滤波部分的作用是对整流部分输出的脉动直流电进行平滑 ，使之成为含交变成份很小的直流电压。也就是说，滤波部分实际上是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。

（4）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。

3．  具体的电路图

III．原理说明：

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。

 

2.整流电路设计

（1）直流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图3所示。

图3 单相桥式整流电路

（2）工作原理

设变压器副边电压u2=√2U2sinωt，U2为有效值。

    在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。如图4

图4单相桥式整流电路简易画法及波形图

      在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即 电路中的每只二极管承受的最大反向电压为 (U2是变压器副边电压有效值)。

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。大电容滤掉低频信号，小电容滤掉高频信号。

4.稳压电路设计

因为我们要输出5V的直流电源，因此我们采用L7805cv稳压管来实现。7805 是我们最常用到的稳压芯片了，他的使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流 稳压电源,他的输出电压恰好为 5v。其中 1 接整流器输出的+电压，2 为公共地(也就是负极)，3 就是我们需要的正 5V 输出电压 了，

5.检测电路设计

利用一块470Ω的电阻串在发光二极管的两端来检测电路是不是有断路，方便我们对故障的调试，电阻是为了保护二极管的正常工作。

IV．所需器件：

表1 器件清单

V．扩展方案：

方案一：用晶体管和集成运放组成的最基本的直流稳压电源,该方案简单易行，是最基本的直流稳压电源。电路图如图3所示：

图4 最基本的直流稳压电源

方案二：用晶体管和集成运放组成的实用型直流稳压电源，该方案功能强大，具有保护电路和比较放大电路。电路图如图4所示：

图5 实用型直流稳压电源

三种方案的对比分析：

方案一结构简单功能最少，没有保护电路和比较放大电路，因而不够实用，故抛弃方案一。方案二功能强大且最实用,但电路比较复杂，使用元器件较多，由于实验室条件和成本的限制，故抛弃方案二。

VI．设计测试结果：

1、测试方法：

（1）目光检测法：根据设计的要求和指标，需对成品进行参数的测试。在进行参数的测量前必须保证元器件的安装没有发生错误。所以可以用目眼检测的方法进行。

（2）仪器测量法：设计要求测试电源的稳压系数，内阻，和纹波电压。这些数据的测试必须用到实验仪器设备。

2、基本检查：

在通电前认真检查安装电路，必须对电路进行以下事项的检查：

（1）电源变压器的一次和二次绕组是否搞错，否则将会造成变压器损坏.。

（2）三端稳压器的输入、输出和公共一定要识别清楚，不能搞错。特别是公共端不能开路，如果开路，很可能导致负载损坏。

（3）或整流桥的引脚和滤波电容器的极性不能接反，否则将会损坏元器件。

（4）检查负载端是否有短路现象。

3、测试结果：

对已检查好的电路进行调试，二极管正常发光，用万用表测得输出电压为4.9994V，电路焊接正确。

VII．心得体会

为期三天的课程设计已经结束，但它给我带来的影响却远远没有结束。通过这次课程设计我学到了很多平时课本上学不到的知识，像如何使用电烙铁以及遇到了问题该怎么处理（整流电路与后面的滤波电路正负极接反会导致整个电路发热）等。通过这次课程设计我们不仅从理论上了解了电子电路的制作流程还从实践中加强了我们的动手能力，并且希望以后会有更多的这样的实习机会。

这次实习是巩固和运用《模拟电子技术基础》中所学的理论知识和实验技能，基本掌握常用模拟电路的一般设计方法，提高设计能力和动手能力，并在实践中求得理论知识的巩固。

    在设计过程中，虽然对于理论知识有所了解，但是对于元器件的连接，以及焊接往往不能得心应手，尤其在焊接过程中，常出现虚焊，焊焦问题，自己的焊接技术也有待提高。通过这次实习我在组装电路以及焊接过程中认识到以下几点：

  1．了解电路工作原理的情况下，要熟知各元器件功能，按照电路图组装电路，注意正负极，以及元器件的安装顺序；

2. 焊接时不能忽视浸润这一方面，先浸润再焊接，避免虚焊；

3. 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。

4. 注意7805管脚和桥式整流电路中二极管的极性，不应反接。

5. 按照原理图焊接时必须注意安全。

参考文献

[1] 华成英 童诗白主编, <<模拟电子技术基础>>，第四版，清华大学电子学教研组。

[2] 康华光主编,<<电子技术基础>>,高等教育出版社。

[3] 谢自美主编,<<电子线路设计>> ,第二版,华中科技大学出版社。

[4] 张万奎主编,<<模拟电子技术>>,湖南大学出版社。

[5] 李万臣主编，《模拟电子技术基础实验与课程设计》

[6] 康华光主编,<<电子技术基础（模拟部分）>>,高等教育出版社。

[7] 唐竞新主编,<<数字电子电路>>,清华大学出版社。

课程设计成绩评定表

 

第二篇：模拟电路课程设计报告--直流稳压电源设计 15

模拟电路课程设计报告

设计课题：     直流稳压电源设计        

专业与班级：           

学生姓名：                

学　　号：　     　　

指导教师：                   

目录

1引言………………………………………………………………3

2设计目标…………………………………………………………3

3设计任务及要求…………………………………………………3

4实验工具…………………………………………………………4

5设计步骤…………………………………………………………4

6总体设计思路……………………………………………………5

7总原理图、元件清单及PCB图…………………………………10

8注意事项…………………………………………………………12

9结论与心得………………………………………………………13

10参考文献…………………………………………………………14

一、引言

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。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。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可在1.5-15V可调。                                            

二、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。包括：根据设计任务和指标初选电路；调查研究和设计计算确定电路方案；选择元件、安装电路、调试改进；分析实验结果、写出设计总结报告。

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。

4、学会选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压源。

5、 完成全电路理论设计、绘制电路图。

三、设计任务及要求

1．设计并制作一个直流稳压电源，主要技术指标要求：

① 输出电压可调：U_o=+1.5V～+15V

② 最大输出电流：I_omax=500mA

③ 稳压系数：S_V≤5% （最大的波动不能超过5%）

④ 纹波电压（输出电压变化量）：Δvop-p≤5mV

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．自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，交指导教师审核。

4. 学生自行进行组装、调试，并测试其主要性能参数。

四、实验工具

电烙铁、万用表、尖嘴钳、小刀、电路板

五、设计步骤

1．电路图设计

（1）确定目标：设计整个系统是由哪些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出直流稳压电源方框图。

（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、焊接与调试

（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）在已做好的电路板上涂一层助焊剂，对照原理图将元件安装在电路板上，检查元件位置是否正确。检查无误后，用电烙铁将每个元件用焊锡焊牢，保证每个元件不虚焊。在焊元件时根据不同元件耐热性能尽量减少焊接时间。焊接完毕后用万用表检查是否断路和短路。

（3）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。

（4）重点测试稳压电路的稳压系数。

（5）将各模块电路连起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。

六、总体设计思路

1．直流稳压电源设计思路

（1）电网供电交流电压220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。

（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。

（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。

（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。

2．直流稳压电源原理

直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图1。

其中：

（1）电源变压器：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。

整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2所示。在u2的正半周内，二极管D1、D3导通，D2、D4截止；u2的负半周内，D2、D4导通，D1、D3截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻R_L，且方向是一致的。

电路的输出波形如图3所示。

 

在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即电路中的每只二极管承受的最大反向电压为 (U₂是变压器副边电压有效值)。

在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：U_o1=(1.1～1.2)U₂，直流输出电流I₂是变压器副边电流的有效值。稳压电路可选集成三端稳压器电路。

总体原理电路见图4。

3．设计方法简介

（1）根据设计所要求的性能指标，选择集成三端稳压器。

因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。可调式集成稳压器，常见主要有CW317、CW337、LM317、LM337。317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连续可调的负电压，可调范围为1.2V~37V，最大输出电流为1.5A。稳压内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。

LM317系列和lM337系列的引脚功能相同，管脚图和典型电路如图4和图5.

 

图4管 脚图                            图5典型电路

输出电压表达式为: 

式中，1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压 ，此电压加于给定电阻两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器，电阻常取值,一般使用精密电位器，与其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波。图中加入了二极管D，用于防止输出端短路时，10µF大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。

LM317其特性参数：

输出电压可调范围：1.2V～37V

输出负载电流：1.5A

输入与输出工作压差ΔU=U_i-U_o：3～40V

能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。

（2）选择电源变压器

1）确定副边电压U₂:

根据性能指标要求：U_omin=1.5V U_omax=15V

又 ∵ U_i-U_omax≥(U_i-U_o)_min U_i-U_oin≤(U_i-U_o)_max

其中：（U_i-U_oin）_min=3V，(U_i-U_o)_max=40V

∴ 12V≤U_i≤43V

此范围中可任选 ：U_i=14V=U_o1

根据 U_o1=(1.1～1.2)U₂

可得变压的副边电压：

 2）确定变压器副边电流I₂

∵ I_o1=I_o

又副边电流I₂=(1.5～2)I_O1 取I_O=I_Omax=800mA

则I₂=1.5＊0.8A=1.2A

3）选择变压器的功率

变压器的输出功率：Po>I₂U₂=14.4W

（3）选择整流电路中的二极管

∵ 变压器的副边电压U₂=12V

∴ 桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：

桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：

查手册选整流二极管IN4001，其参数为：反向击穿电压U_BR=50V>17V

最大整流电流I_F=1A>0.4A

（4）滤波电路中滤波电容的选择

滤波电容的大小可用式         求得。

1）求ΔU_i:

根据稳压电路的的稳压系数的定义：

设计要求ΔU_o≤15mV ，S_V≤0.003

U_o=+3V～+9V

U_i=14V

代入上式，则可求得ΔU_i

2）滤波电容C

设定I_o=I_omax=0.8A，t=0.01S

则可求得C。

一般滤波电路常用的滤波电容有2200u F和1100u F两种，电容的耐压要大于U₂=×12=16.968V≈17V，故滤波电容C取容值为2200u F（1100u F仿真的结果是一样的），耐压为25 V电解电容。电路中滤波电容承受的最高电压为 ，所以所选电容器的耐压应大于17V。

注意： 因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，所以稳压器的输入、输出端常 并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。

七、总原理图、元器件清单及PCB图

1.总原理图

2、元件清单

3、PCB图

八、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。

九、结论与心得

经过很长时间的探索，课程设计终于完成了。从来没有做过课程设计，刚开始虽然课程设计的题目确定了，可是由于对所选的课程设计所用到的原理不了解，对于集成直流稳压电源电路图改了又改，花了很多时间去确定电路图。通过查阅资料，才慢慢懂得集成直流稳压电源电路的原理和电路图中各个部分的作用。通过这次课程设计，懂得了不同系列的稳压器有不一样的性能，LM系列的稳压芯片能在比较大的范围内调节电压，它的稳压电路也相对78系列的稳压电路要复杂一些，与LM系列的稳压芯片连接的电阻和电位器的参数选定，有固定的计算公式。为了能使电路设计的误差更少，在设计出电路图后进行仿真。仿真也还是有一定的误差。这次的课程设计从题目的选定到最后硬件的完成、性能测试都让我受益匪浅，不但懂得了一些电路元件的性能、作用，硬件的制作，也提高了实践动手能力，为以后的课程设计、毕业设计奠定了基础。也懂得了跟同学如何去合作、团结一致。本次的设计让我受益匪浅，让我更进一步的了解自己的不足之处，更进一步的巩固的所学过的知识，更懂得了做任何事情都要自己主动努力去做，学习到的理论知识只有在实践中，才会真正发挥作用，也只有通过实践才能把知识运用的现实中。

1.准备越充分，实验越顺利。古人云：“磨刀不误砍柴工”。前期的知识储备、文献储备、材料准备、方法准备可以避免手忙脚乱，充分的预实验使你充满信心。一步一个脚印，就不必“从头再来”。最不能容忍的是在开始的几步偷懒，造成后面总有一些无法排除的障碍。      

2.交流是最好的老师。做实验遇到困难是家常便饭，首先应该想到的是交流。对有身份的人，私下的请教体现你对他的尊重；对同年资的人，公开的讨论可以使大家畅所欲言，而且出言谨慎。千万不能闭门造车。

3.一半时间做实验，一半时间看文献。千万不能把时间全部消耗在实验台上。看文献、看书、看别人的操作、听别人的经验、研究别人的思路，边做边思考。要学会比较，不要盲从。否则，会被一些小小的问题困扰许久。

 4.记录真实详尽。人总是有一点虚荣心的。只把成功的步骤或漂亮的结果记到实验记录里，是很多人的做法。殊不知，许多宝贵经验和意外发现就这样与你擦肩而过。客观、真实、详尽的记录是一笔宝贵的财富。

5.实践出真理。实训时间虽然非常短，但是我接触到的新东西却很多，这些东西给我带来了新的体验和新的体会。我相信，只要我用心去尝试，一定会有更大的收获和启发，为自己以后的工作积累更多丰富的知识和宝贵的经验。

6.态度决定一切。这次试训更让我明白了一个道理“态度决定一切”，让我认识到不管以后做什么事，都应抱着认真的态度。

    通过这次对直流稳压电源的制作，使自己对其更深层次的了解了，在实验过程中学习到了许多课堂上无法学到的知识，收获颇多。加深了对知识的了解，并有所巩固，在此基础上得到了升华。通过自身的动手实践，提高了自己的实际操作能力，在这次实训中受益匪浅！

十、参考文献

1、《电子线路—电子通讯类（试验版）》     主编  宋贵林  姜有根

2、《电子技术基础（模拟部分）》     主编  康华光

3、《电子技术实验教程》    主编  王春兴

4、《电子技术基础》       主编  康华光

5、《电子线路设计》第二版      主编  谢自美

6、《集成电路导读》     主编   杨之廉

7、《模拟电子技术基础》第四版       主编  华成英 童诗白

8、《模拟电子技术基础实验与课程设计》      主编  李万臣

9、《模拟电子技术》第二版     主编  王远