1、電路設計方案第一章 緒論直流穩壓電源一般由變壓器、 整流器、 濾波器和穩壓器四部分組成。 變壓器 把 220V 交流電（市電）變為穩壓所需的低壓交流電；整流器把低壓交流電變為 直流電；整流后的直流電中仍會含有交流成分， 可以通過濾波電路將交流成分濾 除；經濾波后，穩壓器再把不穩定的直流電壓變為穩定的直流電壓輸出。穩壓電源的分類方法繁多， 按輸出電源的類型分有直流穩壓電源和交流穩壓 電源；按穩壓電路與負載的鏈接方式分有串聯穩壓電源和并聯穩壓電源； 按調整 管的工作狀態分有線性穩壓電源和開關穩壓電源； 按電路類型分有簡單穩壓電源 和反饋型穩壓電源， 等等。如此繁多的分類方式往往讓初學者摸不著頭腦，

2、 不知 道從哪里入手。其實應該說這些看似繁多的分類方法之間有著一定的層次關系， 只要理清了這個層次自然可以分清楚電源的種類了。直流穩壓電源的技術指標可以分為兩大類： 一類是特性指標， 反映直流穩壓 電源的固有特性，如輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、輸出電壓調節范圍；另一 類是質量指標， 反映直流穩壓電源的優劣， 包括穩定度、等效內阻（輸出電阻） 、 紋波電壓及溫度系數等。 并聯穩壓電源有效率低、 輸出電壓調節范圍小和穩定度 不高這三個缺點。 而串聯穩壓電源正好可以避免這些缺點， 所以現在廣泛使用的 一般都是串聯穩壓電源。第二章 系統設計方案論證及分析2.1 概 述晶 體管 串聯型直流穩壓電 源電

3、路主要元件包括：晶體三極管 、限流 電阻、穩 壓二極管、以 及濾波電容。令限流電阻與穩壓二極管串聯，并 在電源 與地之間 ，便 可在 穩壓二 極管上 得 到穩定的 電壓 ，之 后由 NPN 型三極 管射極輸出、集極接電源輸入 ，穩壓二極管 接基極、由 于發 射極 與基極PN結間電壓固定，因此電路的輸出電壓等于穩壓二極管的電壓 與PN結電壓之和。2.2 設計指標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、濾波電容及集成穩壓器來設計直流 穩 壓 電 源 ；(2) 掌

4、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 輸入電源：單相(AC)，220V士 10% 50HZ±5% 輸出電壓：DC +3+12V,連續可調； 輸出電流：DC 0800mA 負載效應：w 5% 輸出紋波噪聲電壓：w 10m V(有效值)； 保護性能：超出最大輸出電流 20%寸立即過流保護； 適應環境：溫度：040C，濕度：20%90%RH PCB尺寸：不大于120mm*90mm。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)

5、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) 撰寫 設計 使用說明書。(5) 穩壓電源 在輸入電壓為220 V , 50Hz.電壓變化范圍為-10%+10%條 件下 ：a. 輸出直流電壓為 1.26V 12V,+12V,+9V,+5V,-5V；b. 最大輸出 電流為:lomax = 500mA;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，

6、 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。在驗證各個功能模塊基礎上，對整個電路 的元器件和布線， 進行合理布局， 進行直流穩壓電源整個電路的調試。2.5 設計方案論證小功率穩壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路四 個部分 組成， 如圖 2.1 所示。整 流 電 路濾 波 電 路穩 壓 電 路a)圖2.1 ( a)、( b)穩壓電源的組成框圖及整流與穩壓過程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，

7、基本框圖如圖2.2所示。各部分的作用：遞波電路八圖2.2 基本框圖(1)電源變壓器T的作用是將電網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/ P仁n ,式中n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橋式整流整流橋將交流電壓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Ud U0與交流電壓輸出U2的有效值u2的關系為U0=（ 1.1-1.2）u2每只整流二極管

8、承受的最大的方向電壓Vrm= ： 2 U2通過每只二極管的平均電流l=0.5lr=0.45u 2/R式中,R為整流電路的負載電阻.它為電容C提供放電回路,RC放電時間常數應滿 足 R_C> (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U會隨著變化。因此，為了維持輸出電壓U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

9、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U0、輸出電流I。、 輸出紋波電壓 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lomax，確定穩壓器的型 號及電 路形 式。根據穩壓器的輸入電壓U| ,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l°max，確定流過電源變壓器副邊的電 流I 2和電源變壓器副邊的功率P2；根據P2，從表

10、1查出變壓器的效率 n ,從而確定電源變壓器原邊的功率Pi。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I D、整流橋的最大反向電壓URM和濾波 電容的電容值和耐壓值。 根據所確定的參數， 選擇整流橋和濾波電容。 設計參數如下： 選擇 成穩 壓器穩壓管：D6=8.2V.選擇電源變壓器次級線圈的電壓：（以220輸入，輸出500mA為準,整流部分二極 管的壓降為3V,三極管的 壓降為3V,輸出電壓為15V） V3=2+3+15=20V V2'=V3/1.2=16.67V次級線圈的電壓： V2=V2'/0.9=18.5V（3） 用整流橋和濾波電容 整流部分：二極管

11、的選擇：耐壓u=20.35 X 230V電流 Imax=0.5Imax=1A 功率 選材： 4001濾波電容：RC>（35）T/2=（35） X 0.01C>0.05/R=0.05/124200uF （其中 R=6/0.5=12 歐）耐壓 u=20.35 X 1.414 30V選 材 ： 3300uF/50V第三章 單元電路的設計在電子電路中，通常都需要電壓穩定的直流電源供電。本次課程設計的穩壓源是小功率穩壓源，它由電源變壓器，整流，濾波和穩壓電路 等四部分組成。各部分的介紹如下:3.1電源變壓器電源變壓器的作用是將交流電網220V的交流電壓變換為所需的交流電壓。變壓器的副邊與原邊

12、的功率比定義為變壓器的效率。3.2整流電路整流電路的任務是將交流電變為直流電，完成這一任務主要靠二極 管的單向導電作用，因此二極管是構成整流電路的關鍵元件。在小功率 整流電路中，常見的幾種整流電路有單相半波，全波，橋式和被壓整流 電路。本設計中采用的是單相橋式整流電路。在橋式整流電路中，二極管D1，D3和D2，D4是兩兩輪流導通的， 所以流經每個二極管的平均電流為：1 u°U 2Id Io0.45U-（ 3-2-1 ）2 2RlRl每只整流二極管承受的最大反向電壓為：URM ,2U 2（ 3-2-2 ）一般電網電壓波動范圍為土 10%實際上選用的二極管的最大整流電流和最 高反向電壓應

13、留有大于10%勺余量。橋式整流電路的優點是輸出電壓高， 紋波電壓小，管子所承受的最大反向電 壓較低，同時因電源變壓器在正，負半周內都有電流供給負載，電源變壓器得到 了充分的利用，效率較高。3.3濾波電路濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波， 一般由電抗元件組成。濾波電路 的形式很多，為了掌握它的分析規律，把它分為電容輸入式和電感輸入式。 前一 種濾波電路多用于小功率電源中，而后一種濾波電路多用于較大功率電源中。 所 以本設計中采用電容輸入式濾波電路。在表達式（3-2-2 ）中電阻R為整流濾波電路的負載電阻，它為電 容C提供放電回路，RC放電時間常數應滿足RC （ 3 5）/2（ 3-3-1 ）

14、式中為50HZ交流電壓的周期，及20ms。3.4穩壓電路1. 穩壓原理利用穩壓二極管的反向擊穿特性 由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會引起較小的電壓變化VI T voT vzT iz T ir T vrT voj2. 串聯穩壓電源構成VO =VI-VR當vi T RT VRT 在一定程度上抵消了VI增加對輸出電壓的影響。若負載電流IL T RJ VRJ 在一定程度上抵消了因IL增加，使VI 減小，對輸出電壓減小的影響。第四章制作與檢測4.0 PCB板的制作1. 準備原理圖和網絡表。2. 規劃電路板，設置參數。3. 裝入網絡表，元件封裝。4. 布置元件，手工調整。5. 布線，手工調整。6.

15、pcb文件存盤，save，打印輸出。并檢查打印出來的 PCB圖是否完好7. 用Feci 3溶液進行腐蝕。4.1安裝與檢查對電路進行組裝：按照自己設計的電路，在 PCE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。4.2 焊接技術手工焊接一般分四步驟進行。準備焊接：清潔被焊元件處的積塵及油污,再將被焊元器件周圍的元器件左右掰一掰，讓電烙鐵頭可以觸到被焊元器件的焊錫處，以免烙鐵頭伸向焊接處時燙壞其他元器件。焊接新的元器件 時,應對元器件的引線鍍錫。加熱

16、焊接：將沾有少許焊錫和松香的電烙鐵頭接觸被焊元器件約幾秒鐘。若是要拆下印刷板上的元器件，則待烙鐵頭加熱后，用手或鑷子輕輕拉動元器件，看是否可以取下。清理焊接面：若所焊部位焊錫過多，可將烙鐵頭上的焊錫甩掉（注意不要燙傷皮膚，也不要甩到 印刷電路板上！），用光烙錫頭"沾"些焊錫出來。若焊點焊錫過少、不圓滑時， 可以用電烙鐵頭"蘸"些焊錫對焊點進行補焊。檢查焊點：看焊點是否圓潤、光亮、牢固，是否有與周圍元器件連焊的現象。注意：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，不能插錯。從輸入級開始向后級安 裝。4.3 穩壓電

17、源各項性能指標的測試在本次設計中，測試了穩壓電源的主要性能指標，穩壓系數，內阻，紋波電壓等。其方法如下：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%勺輸出 Vo,并將其中最大一個代入公式計算 Sr，當負載不變時，Sr=A 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, 則 ro= Vo/ II測量紋波電壓：疊加在輸出電壓上的交流分量，一般為 mv級。可將其放大 后，用示波器觀察其峰-峰值 Vop-p，也可用交流毫伏表測量其有效值 Vo,由 于紋波電壓不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定誤差。一、電路的調試與檢

18、測一、調試前的準備(一 )外觀檢查：(1) 電源調試前，仔細檢查整流濾波電容極性裝配是否正確，以 免 發生意外及損壞元器件。(2) 、防止輸出端或負載短路，以免損壞電源調整管或其它元器件。(二) 電路靜態檢測整流輸出端對地電阻10KQ穩壓輸出端對地電阻約2KQ(三) 變壓器的檢測(1) 靜態直流電阻初級130 Q次級1 Q(2) 加電測量 初級 220V次級 18V 變壓器無明顯發燙、震動、名叫現象。二、調試工藝文件1儀器儀 表 、GB一 9毫伏表1臺， 、0. 5kW調壓器1臺， 、 萬用表 1 塊， 、常用調試工具1套 、35W電烙鐵1把(外殼接地), 、300V交流電壓表1個， 、3A交

19、流電流表1個， 、工藝電阻：15W 15?電阻1只3、調試儀器與電路的連接W壓ft4. 調試的步驟和方法(1) 、電路調整將調壓器調準在220V,接上變壓器插頭，調整 W2直流輸出電壓變化為312 V連續可調。調W2使直流輸出電壓為 9 ± 0.2V。(2) 、測電源消耗和負載特性 仍在調壓器為220V,直流輸出電 壓為9 ± 0.2V的情況下，接入15?假負載；此時交流電流表指示值應< 100mA。當斷開10?假負載(即直流輸出為空載)，交流電流表指示應< 10mA。(3) 、測電壓調整率 電源輸出端接上10?假負載，調壓器從180V 調到240V，直流輸出電

20、壓為12 ± 0. 2V。(4) 、測紋波電壓GB一 9毫伏表接10?負載兩端，將表置10mV檔，檢查表上紋波電壓應w 5mV2.技術要求(1) 、輸出電壓在12V上下可調，當交流電壓為220V時，輸出直 流電壓為12 ± 0. 2V，(2) 、紋波電壓：當交流電壓為220V時，10?假負載上的紋波電壓 < 5mV:（3）、交流電源消耗：滿載時w 150mA,空載時w 40mA。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Vol;再調節自藕變壓器使輸入減 少10%，即Vi=198, 測量此時對應的輸

21、出電壓Vo2,然后測量出 Vi=220V時對應的輸出電壓Vo,則穩壓系數Sv= ( Vo/Vi)/( Vi/Vi)=220242198Vol VO2VoF表為在實驗室中測得的數據并通過計算得出的穩壓系數結果:輸出電壓ViVdVo穩壓系數12v241v18.4v12.3v9v221v17.5v9.5v9v195v15.2v9.3v-5v-4.67v-4.7v-4.62v（2）.紋波電壓的測試用示波器觀察uo的峰峰值，（此時丫通道輸入信號采用交流耦合AC），測量 Uop-p的值（約4mV。下表為在實驗室測得的紋波電壓實驗數據：輸出電壓（v）紋波電壓（m）129.293.652.730.6(3) 調

22、壓測試在實際電路板中，R1=1.5K RP1=10K則可以算的理論的調壓范圍為1.2512V，而實際中輸入LM317中的電壓要小于25.73V，因此也無法達到這么 大的電壓。Vmin=1.26V還是與基準電壓1.25V非常接近。4.4 誤差分析1) 、誤差計算12v 檔的誤差 V12%=( 12.13-12.00 ) /12.00 I =1.108%9V檔的誤差 V9%=l (8.97-9.00 ) /9.00 I =0.333%5V檔的誤差 V5%=l (5.06-5.00)/5.00 I =1.2%-5V 檔的誤差 V-5%=l (-4.67-(-5.00)/5.00 I =6.6%2)

23、、誤差原因綜合分析可以知道在測試電路的過程中可能帶來的誤差因素有：a) 元件本身存在誤差；b) 焊接時，焊接點存在微小電阻；c) 萬用表本身的準確度而造成的系統誤差；d) 測量方法造成的人為誤差。第五章設計總結及個人感想在電子電路中，通常都需要電壓穩定的直流穩壓電源供電， 小功率的穩壓電 源是由電源變壓器，整流電路，濾波電路和穩壓電路等四部分組成。在本設計中， 采用串聯型穩壓電路來穩定輸出電壓。串聯型穩壓電源以最成熟、電路簡單、穩 定度高、輸出電壓可以調節等優點，仍成為當前應用廣泛。本電路采用單相橋式整流，電容濾波，串聯穩壓電路，截流保護電路組成。 其電路實測參數基本能夠達到設計要求，電路性能穩定，帶負載能力強。首先進行了電路的設計 , 確定了電路的結構 , 然后通過仿真軟件對設計的電 路進行了電路參數的仿真,接著在EDA軟件Protel中對設計的電路作了原理圖的 繪制、PCB勺生成，最后在實訓室里對設計的電路板進行制作，了解了手工制板 的流程。最后進行了電路的裝配和調試， 使電路達到設計的性能指標要求。 但在 實際調試過程中 ,