串联型二路输出直流稳压负电源电路

电工电子学课程设计题目:姓名:专业:班级:学号:指导教师:2014年6月17日安徽科技学院《数字电子技术》课程设计报告第页1摘要在电子技术的应用领域中，很多地方都需要稳定的直流电源，如一些自动控制装置及电子设备。为了得到直流电，除可以采用直流发电机外，还可以采用由交流电变换为直流电的各种半导体直流电源。后者的应用更为广泛。由交流电变换为直流电的基本环节一般为交流电源、变压器、整流电路、滤波电路以及稳压电路等。由于直流电源应用的十分广泛，其好坏直接影响着控制装置及电子设备的工作性能。本课程在课下进行设计，然后在电脑上得到模拟，最后经过老师的指导与修正得到最终的成果。其设计的主要内容包括：为了获取准确、稳定的直流电源，可以采用将交流电通过变压器经过降压得到符合整流电路所需要的交流电压，再利用具有单向导电性的整流器件将交流电压变换为单向脉动的直流电压，通过滤波电路滤去单向脉动直流电压中的交流成分，减小脉动程度，由于滤波后的直流电压还会变化，利用稳压电路使直流输出电压成为平滑稳定的直流电压。此次实验就是要求我们设计一个串联型输出二路为直流的电路。一路为输出稳定的直流-12V的电压，而另一路则是输出变化值从-1.5~-10V可调的直流电压，调节需要通过电位器进行。本实验可以通过多种方法进行，比较不同方法得到的结果，可以更加的明白不同的方法获取直流的情况，以便总结出科学、简便、效率高的方法。经过自行设计的电路，进行分析，然后模拟以及动手制作，最后如愿的得到从一路输出为-12V的直流电压和另一路从-1.5~-10V的丰硕成果，让我们见证了科学的奇迹！关键词：串联、二路、直流稳压、负电源安徽科技学院《数字电子技术》课程设计报告第页2引言科学技术的迅速发展带给我们史无前例的技术文明。从第一次工业革命开始一直到现在，科学无时无刻的都在改变我们的生活，让我们得到新的思想，得到新的技术，得到新的体验，尤其是电子设备的改变带给我们新的视觉，新的能量。从这么多的改变中，我们看到了科学技术的重要性，不仅是对于我们的个体的享受，还有国家的防卫安全都深深地跟电子技术相连在一起。我们在校学习的有关电子知识，无论理论学习的多么的好，也只是纸上谈兵。我们要做的是一切从实际出发，将理论联系实际，从实践中彻底吸收所学知识并尽自己最大努力创新新的方法、改善传统方法。作为二十一世纪的有志大学生，要积极响应国家的号召，以创新强国，以科学强国，这是我们不可推卸的责任，也是真正锻炼我们的实力！本次的课程是串联型二路输出直流稳压负电源电路，该实验就是将家庭一般所用的交流通过变换变成我们所要的直流。由于用直流发电机发出的直流电跟跟通过变换出来的直流相比有明显的不足，所以一般不采用。串联型出直流稳压电路有很多的优越性于是被各种实验室和工厂制造设备所采用。我们所做的课程就是通过自己和队友自行设计出稳压电路。虽然这种设备已经广泛的被其他地方所采用且为人所熟知，但是对于大学生仍有巨大的实验价值。一个实验的价值并不是在于实验本身所能带给学生多少的知识，而应该更加的包括团队如何合作，如何分工，如何搜索资料，如何进行知识汇报，如何实验，怎样得到相应的结果，出现错误怎么进行分析等诸多能力，这也就能通过做课程报告带给我们的能力学习。当然这个实验简单、易设计、易做，对设计材料无特别要求等特点，也就更加的使得串联二路直流稳压负电源这一课题广泛用于电子课程设计当中。安徽科技学院《数字电子技术》课程设计报告第页3一、设计电路及要求（一）设计内容设计一串联型二路输出直流稳压负电源电路，一路输出电压-12v，另一路通过电位器的调节可以输出电压从-1.5~-10V可调，使得输出电流Iom=300mA，稳压系数Sr=0.05。（二）器材330nF电容器两个、100μF的两个、10μF一个，三端稳压装置LM7912CT两个、LM337H一个，滑动变阻器最大阻值为1K的一个，电阻若干个。（三）设计要求（1）设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实验原理图。（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，交指导教师审批。（3）准批后进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能及参数。二、方案的设计以及选择（一）方案一本方案是采用两个LM7912三端稳压制作二路负电源（如图所示）。固定式三端稳压管（LM7912是由输入端1、输出端2,和公共端3三个引出端组成的）内部也是串联型晶体管稳压电路，它的稳压值为-12V，它属于LM79xx系列的稳压器。使用时只需在其输入端和输出端与公共端之间各并联一个电容即可。输入端接电容可以用以抵消输入端较长接线的电感效应，防止产生自激振荡，接线不长时也可以不用；输出端接电容是为了瞬时增减负载电流时不致引起输出电压有较大的波动。此方案中，一个LM7912直接输出-12V的稳定电压，另一个LM7912输出的-12V电压作为基准电压，加上一个小于240Ohm的电阻和一个1KOhm电位器，这样就能得到-1.5~-10V的可调电压。此电路的稳定性好，只是采用的电容必须要漏电流小的钽电容，如果采用电解电容，则电容量要比其它的数值要增加10倍。又因为要求最大输出电流为300mA，稳定系数小于等于0.05，且输出范围小于所要求的，考虑到这三个因素，该方案有明显的缺陷，安徽科技学院《数字电子技术》课程设计报告第页4是不可取的。C1330nFR1100ΩR21kΩKey=A100%C2330nFC6100uFC5100uFC310uFU2LM7912CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEU3LM7912CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEV1-15V75230（实验电路图如图所示）（二）方案二如果实验室中正好没有稳压器，我们可以通过自己设计电路制作一个相当于稳压器的电路，然后在输出所要求的稳压电压。本方案不使用实验里面的稳压器，而是采用自己通过元件组合制作合适的稳压器。采用∏形LC滤波电路或者采用∏形RC电路（电路图如图所示）。由于电阻对交、直流电流都具有降压作用，但是它和电容配合之后，就使脉动电压的交流分量较多地降落在电阻两端（这是因为电容C2的交流阻抗很小），而较小地降落在负载电阻之上，从而起到了滤波作用，R越大，C2越大，滤波效果越好。但若R太大，会使直流电压增加。因此，这种滤波电路主要适用于负载电流较小，而要求输出电压脉动很小的场合。但由于稳压效果没有理想当中的那么好，且电压的大小不是那么的尽如人意，所以此方案相对来说也是不太可取的。如果要求的不是很严格，还可以利用晶体管进行稳压电路。虽然分立元件稳压电路已基本被集成稳压电源所替代，但其电路原理仍为后者内部电路的基础。安徽科技学院《数字电子技术》课程设计报告第页5V115Vrms60Hz0°D4BYD33J1D1BYD33JD2BYD33JD3BYD33J34C1330uFC3100uFL11mH520（LC电路，输出的电压比RC大）V115Vrms60Hz0°D4BYD33J1D1BYD33JD2BYD33JD3BYD33J34C1330uFC3100uF5R11kΩR21kΩ02（RC电路，输出的电压比LC小）（三）方案三本方案是采用了一个LM7912三端稳压管和一个LM337三端可调稳压器（如图所示）。稳定电压的那一路输出与方案一相同，另一路可调的直流电压由LM337得到。由于LM337的调整段和输出端之间电压为恒定值-1.25V，可以看做是基准电压，所以由固定电阻R（应小于240Ohm）与电位器RP1组成的取样分压电路，可以用来调节输出电压，可按公式估算输出电压：U0=-1.25（1+RP1/R1）。这就满足了电压的连续可调。另外LM337稳压器的内部含有过流过热保护电路的功能，其输出电流可以达到1.5A。由此可见LM337的性能比和稳压稳定都比LM7912三端稳压管要好。所以我们选用LM337来实现可调的电压输出。安徽科技学院《数字电子技术》课程设计报告第页6C1330nFR1100ΩR21kΩKey=A0%C2330nFC6100uFC5100uFC310uFU3LM7912CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEV1-15V75U2LM337HLINEVREGCOMMONVOLTAGE320(实验电路图如图所示)于是，通过全面的比较，所选用的电路方案为第三种。三、课程系统组成和工作原理（一）系统组成本系统主要是由一个输出稳定直流电源电路和一个输出可调直流电源电路通过串联而组成的，通过稳压器LM337使电路输出可调的负电压，LM7912CT输出稳定的负电压。输出稳定直流电源电路：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。输出可调直流电源电路：该直流稳压电源电路由降压整流电路和稳压输出电路组成，通过电位器的调节可使电压在一定范围内变化。（二）工作原理安徽科技学院《数字电子技术》课程设计报告第页7（1）原理基本构造图在电子技术的应用领域中，很多地方都需要稳定的直流电源，如一些自动控制装置及电子设备。为了得到直流电，除可以采用直流发电机外，还可以采用由交流电变换为直流电的各种半导体直流电源。后者的应用更为广泛。由交流电变换为直流电的基本环节一般为交流电源、变压器、整流电路、滤波电路以及稳压电路等。直流稳压电源框图直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图所示。电网供给的交流电压u1(220V,50Hz)经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压u2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压u3，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压uI。但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。①整流变压器：将交流电源的电压u1(220V,或380V)变换成符合整流电路所需要的交流电压u2。②整流电路：利用具有单向导电性的整流器件（半导体二极管、晶闸管等），将交流电压u2变换成单向脉动的直流电压u3。③滤波电路：滤去单向脉动直流电压u3中的交流成分，减小脉动程度，供给负载比较平滑的直流电源u4。④稳压电路：在交流电源电压波动或负载变化时，滤波后的直流电压大小还会变化，利用稳压电路使直流输出电压u0成为平滑稳定的直流电压。（2）电路原理图安徽科技学院《数字电子技术》课程设计报告第页8V1220Vrms60Hz0°12T1NLT_PQ_4_10D11N1202CD21N1202CD31N1202CD41N1202C36C1330nFU2LM7912CTLINEVREGCOMMONVOLTAGER1100ΩR21kΩKey=A95%C3100uFC4330nF11C5100uFC6100uF78490U1LM337HLINEVREGCOMMONVOLTAGE于是得到了系统性的组成结构图。串联型二路直流稳压电源电路是由一个LM337和一个W7912三端稳压器、一个电位器、一个电阻和若干个电容串联而成，接通电源后能够产生稳定-12V电压和一从-1.5~-10V之间可调的电压。四、参数计算、器件选择（一）电源降压电路电网电流经过降压器变为整流所需要的电压值，变压器副边与原边的功率之比为P2/P1=n,式中n是变压器的效率。副边功率P/vA1010-3030-8080-200效率n0.60.70.80.85（二）整流电路将变压器次级交流电压u2变成单向的直流电压u3，它包含直流成份和许多谐波分量，它是利用半导体二极管的单向导电特性实现的。通常先由整流变压器将220V、50Hz的交流电压降压到符合整流所需要的交流电压值。整流电路分为单相半波整流安徽科技学院《数字电子技术》课程设计报告第页9电路、单相全波整流电路和单相桥式整流及倍压整流电路；而对于大功率整流，一般用三相半波或三相桥式整流。根据它们优缺点的分析结果，本设计采用集成单相桥式整流电路桥式，电路采用四个二极管连成电桥