集成直流稳压电源

课程设计任务书

学生姓名： 专业班级： 通信 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: 集成直流稳压电源 初始条件：

Multisim10

要求完成的主要任务:

1. 绘制具有一定规模、一定复杂程度的电路原理图*.sch（自选）。可以涉及模拟、数字、高频、单片机、或者一个具有完备功能的电路系统。 2. 绘制相应电路原理图的双面印刷版图*.pcb

3. 对电路原理图进行仿真，给出仿真结果（如波形*.sdf、数据）并说明是否达到设

计意图。

时间安排：

序号 1 2 3 4 阶段内容 安排任务 电路选择与绘制 撰写报告 答辩 合 计 时间 第20周 第20周 第20周 第21周 2周

指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日

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《集成直流稳压电源》 课程设计说明书

集成直流稳压电源

摘 要

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。本设计主要采用多路输出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+3~+9V 可调和实现固定输出电压比如 ±12v,+5v。

关键词：直流；稳压；变压

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目录

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一、绪论

现代工业和自动化生产过程中，会涉及大量的动态检测和控制问题，其中振动和冲击的精确测量显得尤其重要。对于振动和冲击信号的获取，最常见的是用压电加速度传感器，它将力学的输入信号转变为电信号。但是，这个输出信号必须要做适当的处理才能应用。因此，压电加速度传感器的后续适调电路，即电荷放大器的研究就显得非常重要。我们用TL081 芯片来取代传统电荷放大器所用的大量分离元件，优化了电路设计。但是，由于TL081 芯片需±12V 的直流供电，而其它芯片需+5V 电源驱动，因此，需要设计合适的多输出直流稳定电源。直流稳压电源一般分为线性和开关电源两类。对于单片机数字控制的电路系统，通常采用基于PWM 控制的开关电源；而对于放大器的模拟控制系统，采用线性直流稳压电 3 源则更具有优势。线性直流稳压电源具有稳压和滤波的双重作用，产生的干扰很小，随着集成电路技术的发展，较高输出电流和数值可调的集成稳压器相继出现，由此而构成的线性直流稳压电源结构简单，维修方便，功率200W 以下时，整机的体积也不大。一般来讲，线性直流稳压电源的纹波抑制比，电压调整率和噪声抑制等性能比开关直流稳压电源要好。更重要的是工作可靠，故障率低，更适合于放大器的模拟控制系统。因此，针对电荷放大器的需要，本文提出了一种基于集成稳压器的多输出线性直流稳压电源的设计。

二、多路直流稳压电源的设计

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）设计并制作一个连续可调直流稳压电源，主要技术指标要求：

①输出电压Vo 及最大输出电流Iomax; I 档Vo=±12 V 对称输出，Iomax=100mA; II 档Vo=+5V, Iomax=300mA; III 档Vo=（+3~+9）V 连续可调，Iomax=200mA ②纹波电压：△Vop-p≤5mA; ③稳压系数：SV≤0.005；

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(1).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。 (2).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。

(3).批准后，进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能参数。 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、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、总体设计思路和总体电路图 2.4.1．直流稳压电源设计思路

① 电网供电电压交流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。

2.4.2．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。

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图1直流稳压电源方框图

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。 2.4.3 总体电路图 见附录A

2.5、单元电路设计与原理说明

2.5.1 电源变压器 电源变压器是将交流电网 220V 的电压变为所需要的电压值，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。 2.5.2 整流电路

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、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。电路的输出波形如图所示

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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 。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)。

2.5.3、滤波电路 滤波电路选用一个3300μ F 的大容量电解电容C1 和一个0.33μ F 的小容量涤纶 CL11 型电容C2 并联滤波，如图3 所示。理论上，在同一频率下容量大的电容其容抗小，这样一大一小电容相并联后其容量小的电容C2 不起作用。但是，由于大容量的电容器存在感抗特性，等效为一个电容与一个电感串联。在高频情况下的阻抗反而大于低频时的阻抗，小电容的容量小，在制造时可以克服电感特性，几乎不存在电感。在大电容C1 上并联一个小电容C2 可以补偿其在高频下的不足。当电路的工作频率比较低时，小电容不工作（容抗大相当于开路）。大电容的容量越大滤波效果越好。当电路的工作频率比较高时（输入信号的高频干扰成分），大电容由于感抗大而处于开路状态。这时高频干扰成分通过小电容流到地线，滤除各种高频干扰成分。电路的输出波形如图所示

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2.5.4、稳压电路 1、稳压电路选用三端集成直流稳压器，其电路连接方式一般如图4 所示。

性能上，常用的集成稳压器有三端固定式、三端可调式和开关式。以三端固定式为例，其正输出为7800（后两位代表输出的额定稳压值，00 是统称）系列，负输出为7900 系列，常见的有05、06、08、09、12、15、18、24 八种。一般要求最小的输入、输出电压差（UI-U0）为2 V ~3 V；输出稳压的容差约为5%；最大输出电流IOmax有0.1 A （如78L12），0.3 A （如78M12）和1.5 A（如7812）等多种，部分器件的最大输出电流可达2.2 A；其最大输入电压UImax 一般是7818 档以下为35 V，7824 档为40 V；电压调整率SU 一般为0.01%/V；输出电阻R0小于0.1Ω ；纹波抑制比SVP 一般为50dB；

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温度系数ST 一般为每度1mV ~2.4 mV。图4 中，引脚1 为电压变换的输入端，引脚2 为电压变换后的输出端，引脚3为接地端。电容Ci 作用是改善纹波和抑制输入的过电压，一般取值为0.33 μ F。 C0 作用是改善负载的顺态响应，一般可选取0.1μ F 的电容，当采用大容量的电解电容时效果更好。稳压电源的输入输出端要跨接一个二极管，以防止集成稳 8 压器输出调整管损坏。

2、稳压电路的设计 本设计是把几个供电模块集成到一个供电电源上，能够同时提供固定输出+5 V （最大输出电流0.3 A） 和固定输出±12 V （最大输出电流0.1 A）的直流电输出，此外，还有一路+3 V 到+9 V（最大输出电流0.2A）连续可调的电压输出。 (1)输出+5 V：核心器件选用78M05 三端集成稳压器，其输出电压为+5 V，额定电流0.1 A。当变压器变压后输出6.3 V 交流电，经KBPC810 硅整流桥，整流后输出约6 V电压，滤波后由78M05 三端集成稳压电源处理，输出+5 V电压，电流最大输出为0.3 A。 (2)输出+/-12 V：核心器件选用稳压器78L12 和79L12，组合应用这两个稳压器件与一个硅整流桥相接，按图5 好电路就能输出+/-12 V 的电压。组合用78L12 和79L12时，公共输出接地端用的是变压器输出端口的+12 V 并分别接入78L12 的接地引脚（GND）和79L12的电压输入引脚（Vin）；硅整流桥的正、负输出端口则分别接入78L12的电压输入端（Vin）和79L12 的接地端；滤波电容用了两个 1000 uF 首尾相接，连接处接公共输出接地端。

（3）输出+3V~+9V，0.2A：该部分的核心器件为可调式三端集成直流稳压器LM317 和

满量程696Ω 的电位器RW。通过添加一些元件可以构成电压从+3V～+9 V 连续可调直

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流稳压电源。并且解决了利用固定式稳压器和电位器进行调压而引起的精度下降问题。但是要保证其输入电压Ui 与输出电压Uo 之差小于等于40 V。 主要电路如图6 所示：

输出电压Uo=1.25【1+（Rw+R2）/R1】V,R1取120Ω，当；Rw=0，R2=168Ω ，Uo=+3 V。当RW 满量程时，输出Uo 为+9 V。其中C1（3300μ F），C2（0.33 μ F）用来抑制高频干扰；C3用来提高稳压器纹波抑制比，减少输出电压中的纹波电压；C4 用来克服

LM317 在深度负反馈工作下可能产生的自激振荡，还可进一步减小输出电压中的纹波分量。D1 的作用是防止输入端短路时，电容C4放电而损坏稳压器；D2 的作用是防止输出端短路时C3放电而损坏稳压器。 2.5.5 元器件选择和电路参数计算说明 一．变压器的选择 1）确定副边电压U2:

根据性能指标要求：Uomin=3V Uomax=12V 又 ∵ Ui-Uomax≥(Ui-Uo)min Ui-Uoin≤(Ui-Uo)max 其中：（Ui-Uo）min=3V，(Ui-Uo)max=40V ∴ 16V≤Ui≤43V

此范围中可任选：Ui=14V=Uo1

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根据 Uo1=(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 ∵ Io1=Io

又副边电流I2=(1.5～2)Io1 取Io=Iomax=200mA 则I2=1.5*0.2A=0.3A 3）选择变压器的功率

变压器的输出功率：Po>I2*U2=4.8W 二．选择整流电路中的二极管 ∵ 变压器的副边电压U2=16V

∴ 桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：16 桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：0.3 查手册选整流二极管IN4001，其参数为：

反向击穿电压UBR=50V>16V,最大整流电流IF=1A>0.3A

三．滤波电路中滤波电容的选择 滤波电容的大小可用式C= Δ Ui/( Δ t*I) 求得： 1）求Δ Ui: 根据稳压电路的的稳压系数的定义：

设计要求Δ Uo≤5mV ，SV≤0.005, Uo=-12V～+12V, Ui=16V 代入上式，则可求得Δ Ui=Δ Uo/(Uo*Sv); 2）滤波电容C

设定Io=Iomax=0.2A，Δ t=0.01S 则可求得C。

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。 2.6、电路仿真 2.6.1 测试要求

1．测试并记录电路中各环节的输出波形。

2．测量稳压电源输出电压的调整范围及最大输出电流。 3．测量输出电阻Ro。 4．测量稳压系数。

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用改变输入交流电压的方法，模拟Ui 的变化，测出对应的输出直流电压的变化，则可算出稳压系数SV. （注意： 用调压器使220V 交流改变±10％。即Δ Ui=44V） 5．用毫伏表可测量输出直流电压中的交流纹波电压大小，并用示波器观察、记录其波形。

6．分析测量结果，并讨论提出改进意见。 2.6.2 测试结果和计算结果分析 1. 电压输出波形和纹波变化见仿真图 见附录B

2. 稳定系数Sr 的理论值计算 2.6.3 电路的误差分析与改进

1.综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有: ① 测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差; ② 电流表内阻串入回路造成的误差; ③ 测得纹波电压时示波器造成的误差;

④ 示波器, 万用表本身的准确度而造成的系统误差; 2.可以通过以下的方法去改进此电路: ① 减小接触点的微小电阻;

② 根据电流表的内阻对测量结果可以进行修正; ③ 测得纹波时示波器采用手动同步; ④ 采用更高精确度的仪器去检测;

三、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。 按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。

四、综合总结与体会

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

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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;采用了电压调整管和外加调整管来实现电压的调整部分;而稳流部分用可调式三端稳压电源管来实现。此次课程设计，使我们的实践能力得到很好的提高，使我们巩固了理论知识，培养了我们的设计思维，同时使我们了解了团队精神的重要性。为此，衷心感谢机电学院领导的支持。感谢李海鲲老师在百忙之中的精心指导和支持，感谢同组人员的齐心协力和默契的配合！

参考文献资料

◆<<电子线路基础>>,华东师范大学物理系万嘉若,林康运等编著,高等教育出版社. ◆<<电子技术基础>>,华中工学院电子学教研室编,康华光主编,高等教育出版社。 ◆<<电子线路设计>>,(第二版)华中科技大学谢自美主编,华中科技大学出版社. ◆《模拟电子技术》，程开明主编，重庆大学出版社，1992 ◆大学生电子设计网：http://www.uednet.com ◆电子课程设计网：http://www.edatime.com

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附录

附录A 总电路图

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附录B 输出波形仿真图

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