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1、目 錄摘 要41 直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)簡介與方案論證51.1 直流穩(wěn)壓系統(tǒng)簡介與分析51.2 直流穩(wěn)壓系統(tǒng)的特點與分類51.3 直流穩(wěn)壓系統(tǒng)的方案論證62 總體設(shè)計82.1 系統(tǒng)模塊82.2 功能結(jié)構(gòu)圖93 詳細設(shè)計113.1 電源變壓器設(shè)計113.2 整流電路設(shè)計113.3 濾波電路設(shè)計123.4 穩(wěn)壓電路設(shè)計124 直流穩(wěn)壓系統(tǒng)功能及調(diào)試情況155 總結(jié)176 實物圖18參考文獻22直流穩(wěn)壓電源設(shè)計 摘要 【由于集成穩(wěn)壓器的可靠性高，也有利于提高穩(wěn)壓精度、縮小體積、減輕重量等優(yōu)點，使它在近十多年發(fā)展很快，目前已經(jīng)在國內(nèi)發(fā)展到幾百個品種，人們越來越重視對它的研究。本設(shè)計是用220V交流電源經(jīng)過雙

2、15V變壓器變壓后輸出雙15V交流，再經(jīng)過以二極管組成的整流橋?qū)⒔涣髡鳛橹绷鳎俳?jīng)過濾波電容濾波后使輸出電壓平滑。再以三端固定式集成穩(wěn)壓器LM7805、LM7905、LM7812、LM7912為核心構(gòu)成的直流穩(wěn)壓電路使輸出直流基本不受電網(wǎng)電壓波動和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性，是輸出直流穩(wěn)定。這類穩(wěn)壓器有輸入，輸出和公共端三個端口，輸出電壓固定不變，所以輸出穩(wěn)定性更高更好。本設(shè)計就是應(yīng)用上述原理實現(xiàn)了直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計。】 關(guān)鍵詞 【直流穩(wěn)壓電源 三端穩(wěn)壓器LM7805 三端穩(wěn)壓器LM7812 三端穩(wěn)壓器LM7905 三端穩(wěn)壓器LM7912 雙15V變壓器 濾波電容 整流二極管

3、 】1 直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)簡介與方案論證目的：1. 進一步掌握穩(wěn)壓電源制作的理論知識；2. 了解LM7805、LM7905、LM7812、LM7912這個幾個芯片功能；3. 熟悉掌握穩(wěn)壓電路制作原理，包括整流，濾波，穩(wěn)壓三個電路4. 培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實事求是的工作態(tài)度。要求：（1）輸入電壓為交流220V，電源輸出電壓為125，要求電壓誤差小于0.2V（2）紋波電壓VOP-P5mV （3）穩(wěn)壓系數(shù)Sr5%（4）最大輸出電流I=1A（5）輸出電阻Ro:1.1 直流穩(wěn)壓系統(tǒng)簡介與分析所謂直流穩(wěn)壓電路,就是用半導(dǎo)體工藝和薄膜工藝將穩(wěn)壓電路中的二極管、三極管、電阻、電容等元件制作在同一半導(dǎo)體或絕緣

4、基片上,形成具有穩(wěn)壓功能的固體電路.集成穩(wěn)壓器在近十多年內(nèi)發(fā)展很快.按電路的結(jié)構(gòu)方式分,有單片式集成穩(wěn)壓器和組合式集成穩(wěn)壓器.按電路的工作方式分,有線性集成穩(wěn)壓器和開關(guān)式集成穩(wěn)壓器.按管腳的連接方式分,有三端式集成穩(wěn)壓器和多端式集成穩(wěn)壓器.按制造工藝分,有半導(dǎo)體集成穩(wěn)壓器,薄膜混合集成穩(wěn)壓器和厚膜混合集成穩(wěn)壓器.集成穩(wěn)壓器是在半導(dǎo)體硅片上使用外延、氧化、光刻、擴散和金屬蒸發(fā)等工藝制作而成的穩(wěn)壓電路.這種集成穩(wěn)壓器的各種元件在同一工序中制成.1.2 直流穩(wěn)壓系統(tǒng)的特點與分類常用的集成穩(wěn)壓器有下列幾種.1 多端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器這種穩(wěn)壓器取樣電阻和保護電路的元件需要外接,它的外接端比較多,便于適應(yīng)不

5、同的用法。它的輸出電壓可調(diào)，以滿足不同輸出電壓的要求。目前國內(nèi)生產(chǎn)的這類產(chǎn)品有WB712、WB724、WA705WA724、5G11、5G14、CW611、CW616、BG602、CW200系列。2. 三端固定式集成穩(wěn)壓器這類穩(wěn)壓器有輸入、輸出和公共端3個端子，輸出電壓固定不變，CW7800系列的輸出電壓為5，6，9，12，15，18，24V共7個檔次，它們型號的后兩位數(shù)字即表示輸出的電壓值，比如CW78M00系列輸出電流為0.5A；CW78L00系列，輸出電流為0.1A。這類產(chǎn)品具有使用方便、性能穩(wěn)定、價格低廉等優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用。3. 三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器它有三個接線端：輸入端、輸出端

6、、和調(diào)節(jié)端。在調(diào)節(jié)端外接兩個電阻可對輸出電壓做連續(xù)的調(diào)解。在要求穩(wěn)壓精度較高，且輸出電壓須在一定范圍內(nèi)做任意調(diào)節(jié)的場合，可選用這種集成穩(wěn)壓器。目前國內(nèi)產(chǎn)品有CW117、CW217、CW317、CW137、CW237、CW337等系列。4. 跟蹤集成穩(wěn)壓器有很多電路需要正負(fù)電源來組成，而用跟蹤式集成穩(wěn)壓器更為理想。跟蹤穩(wěn)壓器能保證正負(fù)輸出電壓始終是平衡的，它的中點始終為地電位，并有自動跟蹤能力，這類穩(wěn)壓器有LMY10、MC1568、MC1468等。1.3 直流穩(wěn)壓系統(tǒng)的方案論證方案一：采用分立式元件圖1優(yōu)點：分立元件結(jié)構(gòu)簡單，可用常用分立元器件，容易實現(xiàn)，技術(shù)成熟，完全能夠達到技術(shù)參數(shù)的要求，造

7、價成本低。缺點：設(shè)計、調(diào)試難度太大，周期太長，精確度不是太高。方案二：采用集成穩(wěn)壓器圖2優(yōu)點：集成穩(wěn)壓器件穩(wěn)壓部分需采用一塊三端穩(wěn)壓器其他分立元器件，比較放大部分均采用對稱性好、溫漂小的差動放大電路，以利于提高其質(zhì)量。元器件先進，技術(shù)成熟，完全能達到題目要求，性能較方案一優(yōu)越一些。缺點：成本較高。綜上分析，按照本設(shè)計課程的要求，采用分立元件設(shè)計電路成本低，易于購置。但是設(shè)計、調(diào)試難度太大，周期太長，尤其是短時間內(nèi)手工制作難以保證可以實現(xiàn)，且難得達到設(shè)計要求，故采用集成穩(wěn)壓器件設(shè)計電路，即采用方案二。2 總體設(shè)計電子設(shè)備一般都需要直流電源供電。這些直流電除了少數(shù)直接利用干電池和直流發(fā)電機外，大多

8、數(shù)是采用把交流電（市電）轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷闹绷鞣€(wěn)壓電源。圖3 直流穩(wěn)壓電源框圖直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成，其原理框圖如圖10-所示。電網(wǎng)供給的交流電壓廠u1（220，50z）經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓u2，然后由整流電路變換成方向不變、大小隨時間變化的脈動電壓u3，再用濾波器濾去其交流分量，就可得到比較平直的直流電壓I。但這樣的直流輸出電壓，還會隨交流電網(wǎng)電壓的波動或負(fù)載的變動而變化。在對直流供電要求較高的場合，還需要使用穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定。2.1 系統(tǒng)模塊此系統(tǒng)包括電源變壓器、整流電路、濾波電路、和穩(wěn)壓電路三大部分，如圖1所示。

9、 直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路 圖42.2 功能結(jié)構(gòu)圖各模塊功能見表1表1模塊電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路各模塊功能電源變壓器具有將較大的交流電降壓為直流電源所需要的較小的交流電將交流電壓變?yōu)槊}動的直流電壓將脈動的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷韩@得穩(wěn)定性好的直流電壓（1）全波整流電路利用副邊有中心抽頭的變壓器和兩個二極管構(gòu)成如下圖所示的全波整流電路。從圖中可見，正負(fù)半周都有電流流過負(fù)載，提高了整流效率。全波整流的特點：輸出電壓V高；脈動??；正負(fù)半周都有電流供給負(fù)載，因而變壓器得到充分利用，效率較高。主要參數(shù)：圖5（2）濾波電路從上面的分析可以看出，整流電路輸出波形中含有

10、較多的紋波成分，與所要求的波形相去甚遠。所以通常在整流電路后接濾波電路以濾去整流輸出電壓的紋波。濾波電路常有電容濾波，電感濾波和RC濾波等。在此我們選用的是電容濾波電路。由于電容的儲能作用，使得輸出波形比較平滑，脈動成分降低輸出電壓的平均值增大。電容放電的時間=RLC越大,放電過程越慢，輸出電壓中脈動（紋波）成分越少，濾波效果越好。一般?。?5）T/2，T為電源交流電壓的周期。 圖6(3)穩(wěn)壓電路在穩(wěn)壓電路中我們使用三端集成穩(wěn)壓器，三端集成穩(wěn)壓器如圖7所示圖7（4）電源變壓器 在此設(shè)計中使用雙15V輸出變壓器，如圖8所示 圖83 詳細設(shè)計3.1電源變壓器設(shè)計圖9電源變壓器具有將較大的交流電降壓

11、為直流電源所需要的較小的交流電。一般地，電網(wǎng)供給有效值為220V的交流電，此設(shè)計只需要雙15V輸出交流電，所以經(jīng)電源變壓器降壓后便可得到所需要的交流電壓。3.2整流電路設(shè)計整流的作用：將交流電變?yōu)槊}動的直流。由于單相半波整流變壓器輸出利用率低，故采用單相全波整流，即單相橋式整流。整流電路和經(jīng)整流后的波形圖分別如圖16和圖17所示：設(shè)電阻兩端的電壓有效值為Uo(AV)，則圖103.3濾波電路設(shè)計整流電路輸出波形中含有較多的紋波成分，與所要求的波形相去甚遠。所以通常在整流電路后接濾波電路以濾去整流輸出電壓的紋波。濾波電路常有電容濾波，電感濾波和RC濾波等。在此我們選用的是電容濾波電路。圖11是經(jīng)過

12、橋式整流電容濾波電路后的波形。1：由于電容的儲能作用，使得輸出波形比較平滑，脈動成分降低輸出電壓的平均值增大。2：在短暫的導(dǎo)電時間內(nèi)流過二極管很大的沖擊電流，所以必須選擇較大容量的二極管。3：電容放電的時間越大,放電過程越慢，輸出電壓中脈動（紋波）成分越少，濾波效果越好。一般?。?5）T/2，T為電源交流電壓的周期。圖113.4穩(wěn)壓電路設(shè)計直流穩(wěn)壓電路使輸出直流基本不受電網(wǎng)電壓波動和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性，是輸出直流穩(wěn)定。這類穩(wěn)壓器有輸入，輸出和公共端三個端口，輸出電壓固定不變，所以輸出穩(wěn)定性更高更好。此次設(shè)計我們使用了三種三端穩(wěn)壓器，LM7805、LM7812、LM790

13、5、LM7912。三端穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)圖如圖12所示，整流后如圖13所示圖12 圖13LM78XX：LM79XX：元件列表元件名稱標(biāo)稱值與型號引腳數(shù)/只元件個數(shù)/個電源變壓器雙15V輸出，TRAN-2P3S51整流二極管IN400228電解電容3300uF24三端穩(wěn)壓器790531三端穩(wěn)壓器780521三端穩(wěn)壓器781221三端穩(wěn)壓器791221電解電容220uF44瓷片電容0.1uF28電路仿真圖如圖14圖14電路原理圖如圖15圖154 作品功能及調(diào)試情況表一名稱 UoIoUi紋波電壓標(biāo)稱值測試值+12V12.14V11.89V12.12V9.4mA8.9mA9.2mA15V15.2V2.4mV+

14、5V5.00V4.99V4.98V9.1mA8.8mA8.9mA2.4mV-5V-5.14V-4.98V-4.97V-8.4mA-8.0mA-8.1mA2mV-12V-11.92V-11.87V-11.86V-8.2mA-7.9mA-8.0mA1.9mV數(shù)據(jù)分析：穩(wěn)壓系數(shù)： 輸出電阻：Sr=4.53%紋波電壓：根據(jù)測試結(jié)果，125的紋波電壓均小于3mV，符合設(shè)計要求。穩(wěn)壓系數(shù)小于5%，滿足設(shè)計要求。最大輸出電流I=1A，滿足設(shè)計要求。空載時輸出電壓分別為+4.99V,+12.14V,-11.94V,-5.03V。誤差較小，滿足設(shè)計要求。5 總結(jié)主要實現(xiàn)了基于LM7805、LM7905、LM78

15、12、LM7912穩(wěn)壓直流電源的硬件設(shè)計。本文的主要工作內(nèi)容由三個主要方面組成，一部分是變壓器及整流電路的設(shè)計，一部分是濾波電路的設(shè)計，另一部分是三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路的設(shè)計。其中主要的工作內(nèi)容如下：1) 學(xué)習(xí)主要芯片的功能及其應(yīng)用；2) 完成穩(wěn)壓直流電源的硬件總體設(shè)計方案；3) 用Protel畫出原理圖；4） 用Proteus畫出電路圖及仿真5) 進行電路板焊接和調(diào)試。本設(shè)計中存在的問題有如下幾個：1) 電路板設(shè)計存在一些不規(guī)范的問題；2) 沒有實現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源各輸出的精確輸出；3) 沒有對電路進行完全保護的設(shè)計。由以上存在的問題出發(fā)，我們將在以后的設(shè)計工作中對電路進行優(yōu)化，盡量將電路設(shè)計更加緊

16、湊和合理，同時將利用所學(xué)的知識實現(xiàn)對電路的檢測和保護功能的設(shè)計。通過這次設(shè)計，我們更進一步的了解到直流穩(wěn)壓電源的工作原理以及它的要求和性能指標(biāo)，讓我們認(rèn)識到在此次設(shè)計電路中所存在的問題，通過不斷的努力去解決這些問題，解決設(shè)計問題的同時自己也在其中有所收獲。實物的制作也提升了我們的動手能力，實踐能力得到了一定的鍛煉，加深了我們對模擬電路設(shè)計方面的興趣。理論與實踐得到了很好的結(jié)合。6 實物圖圖16：圖17：圖18：圖19：圖20：參考文獻1 童詩白，華成英. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）M. 北京：高等教育出版社，2006.5第四版2彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)M.北京：高等教育出版社，1997.10第一版3夏路易，石宗義.電路原理圖與電路板設(shè)計教程M.北京：北京希望電子出版社，2002.6第一版4羅小華，朱旗.電子技術(shù)工藝實習(xí)M.武昌：華中科技大學(xué)出版社，2003.9第一版5孟祥印，肖世德. 基于先進集成電路多輸出線性直流穩(wěn)壓電源設(shè)計J. 微計算機信息，2005（1）：154-155+1806黃天戍,詹恩奇,任清珍,陳健,肖虎,陳向陽.實用直流電源分析與設(shè)計J.微計算機信息，2000（1）:80-82