直流稳压电源电路设计及实现

青岛农业大学理学与信息科学学院电子工艺实习课程设计报告设计题目直流稳压电源电路设计与实现学生专业班级通信工程09级01班学生姓名（学号）李芳（20092395）指导教师油海东完成时间2011-4-15实习（设计）地点信息楼5112011年4月19日电子工艺实习任务书一、实习目的1．了解直流稳压电源电路的工作原理；2．熟悉电路中主要电器元件三端稳压器的作用及结构；3．掌握电子电路焊接工艺中的基本技能；4．掌握基本测量工具的使用；二、实习要求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；三、实习内容1．直流稳压电源原理的讲解，整流，全桥整流，半波整流原理，三端稳压器的原理的分析；2．电烙铁焊接工艺的实习，练习，要求能做到美观，无虚焊。注意电烙铁的安全使用；3．万用板上元器件的摆放，连接，焊接。在保证焊接方便的前提下，尽量做到有序美观；4．直流稳压电源电路的焊接调试；四、实习日程及内容周一：练习焊接工艺技术，在万用板上练习焊接；周二：下发元器件清单，根据元器件清单，翻阅相关理论，自己设计电路原理图，了解各部分原理；周三：根据设计的原理图，在万用板上焊接实际电路，并调试电路，使电路性能指标符合课程设计的要求；周四：指导教师给出参考原理图，和自己设计的原理图比较优缺点，没有实现电路指标性能的可以根据参考原理图，重新焊接调试；指导教师验收课程设计，根据同学所做的，讲解原理图关键的部分；周五：编写电子工艺实习报告。五、实习器件器件数量器件数量器件数量整流二极管1N40074只电解电容470uF/16V1只LED3mm1只三端稳压器78051只瓷介电容0.1uF2只接线柱4只电解电容1000uF/25V1只电阻470欧姆1只万用板2只共用器件：10W，9V单输出变压器，4个；焊锡：8卷直流稳压电源电路设计与实现I．课程设计的内容及要求：(1)了解直流稳压电源的组成，各部分电路的工作原理和不同类型电路的结构及工作特点、性能指标等。(2)知道主要的电子器件并了解掌握它们的组成、特点和工作状态等。(3)根据自己的掌握程度，设计出直流稳压功能的电路，选择合理的电子器件。(4)在实际动手操作中，背面接线布置正确美观，无漏焊、短路现象，防止虚焊。在进行焊接操作时要注意安全，焊接时间，送锡方法，烙铁头处理，用松香的道理和方法。(5)输入10w,9v的交流电。II．提出方案（方案设计）：因为直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，则分别对整流电路和滤波电路进行选择和分析。一、整流电路整流电路是利用整流二极管的单向导电性，将双向变化的交流电变成单向脉动的直流电。整流电路类型有如表格一：表格一类型电路整流电压波形特点单向半波电路简单，输出波纹大，电源的利用低。单向全波纹波小，二极管的反向电压高。单向桥式电路复杂，纹波小，二极管的反向电压小。二、滤波电路整流输出的直流电压脉动较大，为减小脉动，在整流电路之后加上滤波电路，将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。与用于信号处理的滤波电路相比，直流电源中滤波电路的显著特点是：均采用无源电路。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。无源滤波电路的结构简单，易于设计，但它的通带放大倍数及其截止频率都随负载而变化，因而不适用于信号处理要求高的场合。无源滤波电路通常用在功率电路中，比如直流电源整流后的滤波，或者大电流负载时采用LC（电感、电容）电路滤波。根据以上内容，给出以下方案如图表1至6：方案一半波整流电容滤波器图1半波整流滤波电路图2整流前和整流后波形方案二桥式整流电容滤波电路图3桥式整流电容滤波电路图4整流前和整流后波形方案三半波整流电感滤波器图5半波整流电感滤波电路图6整流前和整流后波形III．原理说明：在电子电路设备中，一般需要稳定的直流电源供电。单向交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压，过程如图7所示。图7稳压电源组成框图变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压，即将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，半波整流电路和全波整流电路的输出波形如图中所画。可以看出，它们均含有较大的交流分量，会影响负载电路的正常工作。为了减小电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压仅为直流电压。一、整流电路工作原理单相半波整流电路图8单向半波整流电路图9整流前和整流后波形根据图8和9可知输出电压在一个工频周期内，只是正半周导电，在负载上得到的是半个正弦波。负载上输出平均电压为流过负载和二极管的平均电流为二极管所承受的最大反向电压最低次谐波的幅值与平均值的比值称为脉动系数Svvs222257.12单相桥式整流电路图10单相桥式整流电路22π02LO45.0π2)d(sin2π21VVttVVVL2L2LD45.0π2RVRVII2Rmax2VV图11整流前和整流后波形图根据图10和11得：当正半周时二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当负半周时二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。参数计算输出电压是单向脉动电压。用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为流过负载的平均电流为流过二极管的平均电流为二极管所承受的最大反向电压脉动系数S图12单相桥式整流电路的负载特性曲线二、滤波电路工作原理电容滤波电路L2L2L9.0π22RVRVIL2L2LD45.0π22RVRVII2Rmax2VV67.032π22π32422VVS22π02LO9.0π22dsin2π1VVttVVV)4cosπ1542cosπ34π2(22OttVv图13电容滤波电路根据图13，若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压V2给电容器C充电。此时C相当于并联在v2上，所以输出波形同v2，是正弦形。当v2到达90°时，v2开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载ＲL放电。指数放电起始点的放电速率很大。在刚过90°时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过90°时二极管仍然导通。在超过90°后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。所以，在t1到t2时刻，二极管导电，Ｃ充电，vC=vL按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，vC=vL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。电容滤波的计算另一种是在RLC=(35)T/2的条件下，近似认为VL=VO=1.2V2。（或者，电容滤波要获得较好的效果，工程上也通常应满足RLC≥6~10。）整流滤波电路中，输出直流电压VL随负载电流IO的变化关系曲线如图所示。图14纯电阻和电容滤波电路的输出特性电感滤波电路利用储能元件电感器Ｌ的电流不能突变的性质，把电感Ｌ与整流电路的负载ＲL相串联，也可以起到滤波的作用。图15电感滤波电路图16滤波前和滤波后波形根据图15，当v2正半周时，D1、D3导电，电感中的电流将滞后v2。当负半周时，电感中的电流将经由D2、D4提供。因桥式电路的对称性，和电感中电流的连续性，四个二极管D1、D3；D2、D4的导通角都是180°，获得如图16波形。由上可知，单向半波整流时S=1.57，单向桥式整流时S=0.67，1.570.67，桥式整)41(2L2OLCRTVVV2OLd2O2OL1.22)53(=0.9=,02=,=VVTCRVVCVVR～流与半波整流相比，输出电压的脉动减小很多，则整流电路选择桥式整流。又因为，电容滤波电路减小整流电压的脉动，用于负载电流较小且变化也较小的情况，电感滤波电路减小输出电压的脉动，用于负载电流较大的情况。结合实际情况得出最合适的的电路图如下图17单相桥式整流电路该直流稳压电源设计上具有以下优点：原理简单易于实现、成本较低、性能较好（稳压后又经过一次滤波）、使用安全可靠、电路简洁和便于安装调试。IV．所需器件：（1）整流二极管1N4007，4只。整流二极管是一种将交流电能转变为直流电能的半导体器件。通常它包含一个PN结，有阳极和阴极两个端子。整流二极管一般为平面型硅二极管，用于各种电源整流电路中。选用整流二极管时，主要应考虑其最大整流电流、最大反向工作电流、截止频率及反向恢复时间等参数。普通串联稳压电源电路中使用的整流二极管，对截止频率的反向恢复时间要求不高，只要根据电路的要求选择最大整流电流和最大反向工作电流符合要求的整流二极管即可。（2）电解电容470uF/25V1只1000uF/16V1只电解电容是电容的一种，介质有电解液，涂层有极性，分正负，不可接错。电容(Electriccapacity)，由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成。有极性电解电容器通常在电源电路或中频、低频电路中起电源滤波、退耦、信号耦合及时间常数设定、隔直流等作用。一般不能用于交流电源电路，在直流电源电路中作滤波电容使用时，其阳极（正极）应与电源电压的正极端相连接，阴极（负极）与电源电压的负极端相连接，不能接反，否则会损坏电容器。（3）三端稳压器78051只7805是最常用的稳压芯片，它使用方便，用很简单的电路即可实现一个直流稳压电源，它的输出电压恰好为5v刚好是51系列单片机运行所需的电压。它有很多系列如ka7805,ads7805,cw7805等，性能有微小的差别。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。图187805引脚图（4）瓷介电容0.1uF2只用高介电常数的电容器陶瓷〈钛酸钡一氧化钛〉挤压成圆管、圆片或圆盘作为介质，并用烧渗法将银镀在陶瓷上作为电极制成。它又分高频瓷介和低频瓷介两种。具有小的正电容温度系数的电容器，用于高稳定振荡回路中，作为回路电容器及垫整电容器。低频瓷介电容器限于在工作频率较低的回路中作旁路或隔直流用，或对稳定性和损耗要求不高的场合，这种电容器不宜使用在脉冲电路中，因为它们易于被脉冲电压击穿。瓷片电容只要针对于高频，高压瓷片电容取决于你使用在什么场合，典型作用可以消除高频干扰。优点：1容量损耗随温度频率具高稳定性2特殊的串联结构适合于高电压极长期工作可靠性3高电流爬升速率并适用于大电流回路无感型结构（5）电阻470欧姆1只用于负载电路负载。（6）LED3mm发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。（7）接线柱4只指装于功率放大器和音箱上专供与音箱线连接的接线端子，或指电流表、电压表、电阻上用来连接导线的柱子。（8）万用板2只对集成电路进行试验（9）共用器件：10W，9V单输出变压器，4个；焊锡：8卷V．设计测试结果：(1)对电路进行检查。查看整流二极管、发光二极管和电解电容等器件是否正负极接反，观察线路是否有连接错误和虚焊。(2)如果经过(1)检查无误后，在输入端接入10w,9v的交流电，观察发光二极管是否发光。(3)如果发光二极管发光，则说明电路可以正常工作，用万用表测出输出电压，电压值约为4.97v。(4)断开电源，整理器件。VII．心得体会这次实践感觉最难的不仅仅是设计电路，还有焊接电路。一直纸上谈兵的我们突然拿起生疏的武器，感觉即新奇又担心。拿起它们才发现自己是多么的笨手笨脚，看习惯了纸上的电路图，转移到面包板上感觉就摸不着头绪，好半天反应过来。焊接要求做到美观，没有虚焊。因为自己对电烙铁使用的不熟练，就发生了虚焊的情况，而且焊接的电路没有在一条直线上，也不怎么美观。不过还好，最后能够成功的完成任务。本次直流稳压电源设计实习最主要的收获是：是我们对电子元件及电路安装有了一定的感性和理性认识，培养和锻炼我们的实际着手能力。使我们的理论知识和实践充分的连系，做到不但具有专业知识，而且还