1、學號： 2010 一一 2011學年 第 2 學期 電路eda課程設計報告題 目： 直流穩壓源 專 業： 通信工程 班 級： 姓 名： 指導教師： 成 績： 電氣工程系2011年5月18日目錄 課程設計任務書 第一章 前言 5 第二章 設計方案討論及分析 7 2.1 總述 7 2.2 設計目的 7 2.3 設計任務 9 2.4 設計要求 9 2.5 設計方案的選擇與分析 9 2.6 電路原理分析 10 2.7 直流穩壓電源的參數設計方法 112.8 pcb的制作過程12 第三章 單元電路的設計 14 3.1 電源變壓器 14 3.2 穩壓電路 19 第四章 制作與調試 20 4.1 安裝與檢查

2、22 4.2 穩壓電源各項性能指標的測試23 4.3 誤差分析 24 第五章 結論和心得 25 參考文獻 30 課 程 設 計 任 務 書學生班級： 09通信1班 學生姓名： 學號： 設計名稱： 直流穩壓電源 起止日期： 2011-5-152011-5-22 指導教師： 課程設計任務書半導體直流穩壓電源的設計和測試（一）設計目的1、學習直流穩壓電源的設計方法；2、研究直流穩壓電源的設計方案；3、掌握直流穩壓電源的穩壓系數和內阻測試方法；（二）設計要求和技術指標1、技術指標：要求電源輸出電壓為12v（或9v /5v），輸入電壓為交流220v，最大輸出電流為iomax=500ma，紋波電壓vop-

3、p5mv，穩壓系數sr5%。2、 設計基本要求（1） 設計一個能輸出12v/9v/5v的直流穩壓電源；（2） 擬定設計步驟和測試方案； （3） 根據設計要求和技術指標設計好電路，選好元件及參數；（4） 要求繪出原理圖，并用protel畫出印制板圖； （5） 在萬能板或面包板或pcb板上制作一臺直流穩壓電源；（6） 測量直流穩壓電源的內阻；（7） 測量直流穩壓電源的穩壓系數、紋波電壓；（8） 撰寫設計報告。3、設計擴展要求 （1）能顯示電源輸出電壓值，00.0-12.0v； (2) 要求有短路過載保護。（三）設計提示1、設計電路框圖如圖所示穩壓電路若使用分離元件要有取樣、放大、比較和調整四個環節

4、，晶體管選用3dd或3dg等型號；若用集成電路選78xx和79xx穩壓器。測量穩壓系數：在負載電流為最大時，分別測得輸入交流比220v增大和減小10%的輸出vo，并將其中最大一個代入公式計算sr，當負載不變時，sr=vovi/vivo。測量內阻：在輸入交流為220v，分別測得負載電流為0及最大值時的vo，ro=vo/il。紋波電壓測量：疊加在輸出電壓上的交流分量，一般為mv級。可將其放大后，用示波器觀測其峰峰值vop-p；用可用交流毫伏表測量其有效值vo 。于紋波電壓不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定誤差。2、實驗儀器設備自耦變壓器一臺、數字萬用表、交流毫伏表、面包板或萬能板、智能電工實驗臺

5、、示波器3、設計用主要器件 變壓器、整流二極管、集成穩壓器（7812/7912/7809/7909/7805/7905）、電容、電阻若干（四）設計報告要求1、選定設計方案；2、擬出設計步驟，畫出電路，分析并計算主要元件參數值；3、列出測試數據表格。4、調試總結。（五）設計總結1、總結直流穩壓電源的設計方法和運用到的主要知識點，對設計方案進行比較。2、總結直流穩壓電源主要參數的測試方法。（六）參考書電子線路cad實用教程西安電子科技大學出版社單片機原理及接口技術北京航空航天大學出版社數字電子技術國防工業出版社；晶體管直流穩壓電源遼寧科技出版社 模擬電子技術基礎高等教育出版社第一章 前沿 電子技術

6、是當今高新技術的“龍頭”，各先進國家無不把它放在優先的發展的地位。電子技術是電類專業的一門重要的技術基礎課，課程地顯著特點之一是它的實踐性。要想很好的掌握電子技術，除了掌握基本器件的原理，電子電路的基本組成及分析方法外，還要掌握電子器件及基本電路的應用技術，課程設計就是電子技術教學中的重要環節。本課程設計就是針對模擬電子技術這門課程的要求所做的，同時也將學到的理論與實踐緊密結合。 電源技術是一門實踐性很強的工程技術，服務于各行各業。電源在使用時會造成很多不良后果，世界各國紛紛對電源產品提出了不同要求并制定了一系列的產品精度標準。只有滿足產品標準，才能夠進入市場。隨著經濟全球化的發展，滿足國際標

7、準的產品才能獲得進出的通行證。電源可分為交流電源和直流電源，它是任何電子設備都不可缺少的組成部分。交流電源一般為220v、50hz電源，但許多家用電器設備的內部電路都要采用直流電源作為供電能源。現在所使用的大多數電子設備中，幾乎都必須用到直流穩壓電源來使其正常工作，而最常用的是能將交流電網電壓轉換為穩定直流電壓的直流電源，可見直流穩壓電源在電子設備中起著主要作用，為設備能夠穩定工作提供保證。 本設計是設計的直流穩壓電源，是一種將220v交流電轉換為穩壓輸出的直流電源裝置，主要是采用一些簡單的電子元件即可，它是有電源變壓器，整流電路，濾波電路和穩壓電路四個部分組成。 通過本次設計能使我們對電子工

8、藝的理論有了更進一步的系統了解。我們了解到了設計小電子產品的一些常規方法，以及培養了我們團隊合作的能力，在討論設計方案，計算元件參數，購買元件，制作電路板，安裝調試方面都體會到了團隊的力量。第2章 系統設計方案論證及分析 2.1 概 述220v經電源變壓器降為約+24v的交流電，先經過d1整流橋和電容c1進行和c2整流后分別經過穩壓芯片u1、u2分別得到+12v和-12v的一個相對穩定的直流電壓。2.2設計目的1、 學習小功率直流穩壓電源的設計與調試方法。2、 掌握小功率直流穩壓電源有關參數的測試方法。3、通過集成直流穩壓電源的設計、安裝和調試，要求學會： (1)選擇變壓器、整流二極管、濾波電

9、容及集成穩壓器來設計直流 穩壓電源； (2)掌握直流穩壓電路的調試及主要技術指標的測試方法。(3)通過電路的設計可以加深對該課程知識的理解以及對知識的綜合運用。2.3設計任務設計一波形直流穩壓電源，滿足：(1)當輸入電壓在220v10%時，輸出直流電壓為12v，輸出直流電流d的最大為500ma；(2)輸出紋波電壓小于5mv，穩壓系數小于5%，輸出內阻小于0.1歐。2.4設計要求直流穩壓電源的基本要求：(1)合理的選擇電源變壓器；(2)合理選擇集成穩壓器；(3)完成全電路理論設計、計算機輔助分析與仿真、安裝調試、繪制電路圖；(4)穩壓電源在輸入電壓為220，50hz. 電壓變化范圍為+10%-1

10、0%條件下： a. 輸出直流電壓為+12/-12； b.最大輸出電流為:iomax500ma； c.紋波電壓(峰-峰值) 5mv(最低輸入電壓下，滿載)； d.具有過流保護及短路保護功能； e. 畫出總體設計框圖，以說明直流穩壓電源有哪些相對獨立的功能模塊組成，標出各個模塊之間的聯系、變化，并以文字對原理作輔助說明。設計各個功能模塊的電路圖，加上原理說明。選擇合適的元器件，接線驗證、調試各個功能模塊的電路，在接線驗證時設計、選擇合適的輸入信號和輸出方式，在充分電路正確性同時，輸入信號和輸出方式要便于電路的測試和故障排除。2.5設計方案的選擇與論證小功率穩壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和

11、穩壓電路四個部分組成，如圖2.1所示。負載穩壓電路濾波電路整流電路變壓器 （a） u1 u2 u3 ui （b）整流與穩壓過程圖2.1穩壓電源的組成框圖及整流與穩壓過程由固定式三端穩壓器（7812）組成：由固定式三端穩壓器（7812）輸出腳v0、輸入腳vi和接地腳gnd組成，它的穩壓值為+12v，它屬于cw78*系列的穩壓器，輸入端接電容可以進一步濾波，輸出端接電容可以改善負載的瞬間影響，此電路比較穩定。根據實驗設計要求，本實驗采用此方案。2.6電路原理分析直流穩壓電源一般由電源變壓器t、整流、濾波電路及穩壓電路所組成，基本框圖如圖2.2所示。各部分的作用： 圖2.2（1）電源變壓器t的作用是

12、將電網220v的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓u2。變壓器副邊與原邊的功率比為p2/ p1=，式中是變壓器的效率。（2）整流濾波電路：整流電路將交流電壓u1變換成脈動的直流電壓。再經濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓u0。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等，如圖2.3所示。 圖2.3 整流橋將交流電壓u2變成脈動的直流電壓，再經濾波電容c濾波紋波，輸出直流電壓u0。u0與交流電壓u2的有效值u2的關系為u0=（1.1-1.2）u2每只整流二極管承受的最大的方向電壓vrm=u2通過每只二極管的平均電流i=0.5ir=0.45u2/r式中,r 為整流電路的

13、負載電阻.它為電容c提供放電回路,rc放電時間常數應滿足rlc(3-5)t/2式中,t為50hz交流電壓的周期,即20ms.（3）電壓輸出穩壓器由于輸入電壓u1發生波動、負載和溫度發生變化時，濾波電路輸出的直流電壓ui會隨著變化。因此，為了維持輸出電壓ui穩定不變，還需加一級穩壓電路。穩壓電路的作用是當外界因素（電網電壓、負載、環境溫度）發生變化時，能使輸出直流電壓不受影響，而維持穩定的輸出。穩壓電路一般采用集成穩壓器和一些外圍元件所組成。采用集成穩壓器設計的穩壓電源具有性能穩定、結構簡單等優點。 2.7直流穩壓電源的參數設計方法穩壓電源的設計，是根據穩壓電源的輸出電壓uo、輸出電流io、輸出

14、紋波電壓uop-p等性能指標要求，正確地確定出變壓器、集成穩壓器、整流橋和濾波電路中所用元器件的性能參數，從而合理的選擇這些器件。直流穩壓電源的參數設計可以分為以下三個步驟：根據穩壓電源的輸出電壓uo、最大輸出電流iomax，確定穩壓器的型號及電路形式。根據穩壓器的輸入電壓，確定電源變壓器副邊電壓u2的有效值u2；根據穩壓電源的最大輸出電流i0max，確定流過電源變壓器副邊的電流i2和電源變壓器副邊的功率p2；根據p2，從表1查出變壓器的效率，從而確定電源變壓器原邊的功率p1。然后根據所確定的參數，選擇電源變壓器。確定整流橋的正向平均電流id、整流橋的最大反向電壓和濾波電容的電容值和耐壓值。根

15、據所確定的參數，選擇整流橋和濾波電容。設計參數如下： 選擇三端集成穩壓器，確定電路形式集成穩壓器選用l7812cv(1.5a,12v)及pj7912(1.5a,-12v)，其輸出電壓范圍為：uo=12v和-12v。所確定的穩壓電源電路如圖2.4所示。 圖2.4 選擇電源變壓器 電源變壓器有很多種：有降壓的、有升壓的，在這次的設計中我用的是降壓變壓器，它的作用是將來自電網的220v交流電壓u1變為整流電路所需要的交流電壓u2。，其中：是變壓器副邊的功率，是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率如表1所示：表1 小型變壓器的效率 副邊功率p2 效率0.60.70.80.85因此，當算出了副邊功率后

16、，就可以根據上表算出原邊功率。u1和u2的取值決定了相關器件及參數的選擇，一般情況下，u1應比u0高3v左右（太小影響穩壓，太大穩壓器功耗大，易受熱損壞）。故可取u1=12+3=15v，考慮電網電壓10%的波動，最終取u1=16.7v,由 ul=（1.1-1.2）v2,變壓器次有效值u2 為u2=u1/1.1=15.2v，但因本設計輸出電壓為12v，故變壓器輸出電壓u2=18v，即變比為0.7，但在實際過程中，由于商家沒有，選購了輸出為24v的。選用整流橋和濾波電容整流橋：整流輸出電壓平值 =21.6v 二極管平均電流 =0.327a二極管最大反向壓 =33.94v故整流橋選用2w06w(1a

17、,50v)保護二極管選in4001(1a,50v)濾波電容：rlc(3-5)t/2,則c1=5t/2rl, 式中t為交流電源周期，t=20ms， rl 為c1右邊的等效電阻，應去最小值，由于imax=500ma,因此 rl =u1/imax=33,所以c1=c2=1515f,可見c1的容量較大，應選電解電容，受規格限制，電容的耐壓要25v,故濾波電容c取容量為2200uf，耐壓為25v的電解電容。 發光二極管的保護電阻選用470.2.8 pcb的制作過程（1）編輯原理圖。在編輯原理圖的過程中，必須確定并給出每一元器件的封裝圖。（2）原理圖的電氣檢查。執行erc檢查，找出并糾正電路圖中可能存在的

18、缺陷。（3）確定電路板層數。根據電路系統的復雜程度，生產工藝及成本，確定電路板層數，即采用單面板、多面板還是多么面板。（4）初步確定電路板形狀及尺寸。在此基礎上，根據元件布局基本規則大致確定各單元電路在硬紙板的位置。（5）裝入常用元器件封裝圖文件包miscellaneous devices.ddb。（6）生成pcb文件。在原理圖編輯狀態下，執行“design”菜單下的“ pcb”命令。（7）在“update design”窗口，單擊“preview change”按鈕，觀察更新后發生的改變。若有錯誤信息，認真分析并改正直到更新列表窗口內沒有錯誤提示信息為止。（8）設置pcb編輯器的工作參數。（

19、9）執行“design”菜單下的“rule”命令，在“routing”標簽內設置安全間距，在“placement”標簽內選擇元件間距。（10）在pcb編輯窗口內，將各元件封裝圖逐一移到對應單元電路區內，完成元件的預布局。（11）在“keep out layer”內繪出電路板的布線區，以確定布局,布線的范圍。（12）布線前確定元件的最終位置。將元件的引腳焊盤對準點，并調整好各元件的位置以方便布線。（13）在“bottom layer”內進行手工布線，以完成單面板的布線。（14）執行設計規則檢查，找出并調整不滿足設計要求的連線，焊接，過孔等圖2.5 圖2.4的pcb圖第3章 單元電路設計3.1 電

20、源變壓器過整流電路將交流變為脈動的直流電壓。由于此脈動的直流壓含有較的紋波，必須通過濾波電路加以濾波，從而得到平滑的直流電壓。電源變壓器的作用是將交流220v的電壓變為所需的電壓值，然后通過的電壓還隨電網電壓波動、負載何溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩壓電路。穩壓電路的作用是當電網電壓波動、負載何溫度變化時，維持輸出直流電壓穩定。3.2穩壓電路集成三端穩壓器具有體積小，外圍元件少，調整簡單，使用方便且性能好，穩定性高，價格便宜等優點，因而獲得越來越廣泛的應用。 常見的有固定式和可調式兩類集成三端穩壓器，內部多以串聯型穩壓電源為主，還有適當的過流、過熱等保護電路。一般固定式較

21、便宜，可調式較貴，性能也好些，功率相對也較大。故本次設計采用固定式三端穩壓器。 主要有7800系列（輸出正電壓）和7900系列（輸出負電壓）。后兩位數字通常表示輸出電壓的大小。圖3.5是外形圖和電路符號。加散熱片后允許功耗達到7.5w，普通型穩壓器最大輸出電流為1. 5a。 圖3.5 固定式集成三端穩壓器外形及電路符號1. 基本應用電路 圖3.6所示為基本應用電路。具體型號應根據輸出電壓大小和極性選擇。vi和vo間的差壓，即|vivo|（35）v。圖中c1用于抑制芯片自激，應盡量靠近穩壓器管腳；c2用于限制芯片高頻帶寬，減小高頻噪聲。如果對輸出要求高，還應接10f以上的電解電容作濾波用。 圖3

22、.6 固定式三端穩壓器基本應用電路2. 擴展應用電路 圖3.7是正負電壓輸出型穩壓電路。圖3.8（a）、（b）是輸出電壓擴展電路的兩種類型。 圖3.7 正負輸出穩壓電路 圖3.8 輸出電壓擴展電路第4章 制作與測試4.1安裝 對電路進行組裝：按照自己設計的電路，在在通用板上焊接。焊接完畢后，應對照電路圖仔細檢查，看是否有錯接、漏接、虛焊的現象。對安裝完成的電路板的參數及工作狀態進行測量，以便提供調整電路的依據。經過反復的調整和測量，使電路的性能達到要求。安裝前應檢查元器件的質量，安裝是特別要注意電解電容、集成芯片等主要器件的引腳和極性，不能接錯。從輸入級開始向后級安裝。 開始安裝穩壓電源，檢查

23、萬能板內部結構，確定其內部的電氣連接屬性1) 檢查元器件看是否有損壞，或者不符合規格的，要及時更換。2) 安裝一個元器件，先要用尖嘴鉗將其引腳成型，然后用鑷子把引腳放入孔內高度要適中，符合電氣標準完畢后，要用萬用表測量元器件引腳和電路板之間是否接觸良好，然后再安裝下一個元器件。3) 對于導線要用斜口鉗切成適當的長度，然后成型安裝安裝時必須采用絕緣良好的絕緣導線,在畫連線的時候要取好元件與元件的距離.連接的時候線與線之間不能交叉。4) 應避免元器件損壞的發生，插元器件時候要垂直插拔以免行成不必要的損壞。4.2 穩壓電源各項性能指標的測試一、電路的調試與檢測1) 靜態調試 當連好電路板的線路時，先不要急著通電，而因該從以下幾個方面進行檢測：a、對照原理圖，用萬用表一一檢查線路的各個接口是否接通，是否有短路、斷路或漏接的現象，如果有，因該及時改好電路連線。b、對照原理圖，檢查各元件是否接正確。2) 動態調試接通220v的電源，用數字萬用表對所設計的電路實物進行測試，得到正電源輸出電壓為+12.14v，負電源輸出電壓為-12.08v 二、 技術指標測量、測量穩壓系數，先調節自藕變壓器使輸入的電壓增加10%，即vi=242v, 測量此時對應的輸出電壓vo1；再調節自藕變壓器使輸入減少10%，即vi=