长沙学院课程设计说明书
题目双路输出直流稳压电源系(部)
专业(班级)
姓名
学号
指导教师
起止日期2013/12/16-2013/12/26
模拟电子技术课程设计任务书（14）
系（部）：电子与通信工程系专业：电子信息工程指导教师：陈希
长沙学院课程设计鉴定表
目录
目录 ......................................................................................................................................................................... IV 摘要 . (1)
绪论 (1)
一、设计目的 (2)
二、设计任务及要求 (2)
三、双路输出直流稳压电源设计思路 (2)
四、设计原理 (2)
1、直流稳压电源的基本原理 (3)
五、电路相关元件及电路指标简介 (4)
1、LM317集成稳压器的特性简介 (4)
2、 LM7805稳压器的性能 (6)
3、稳压电源的技术指标 (7)
4、串联型稳压电路的主要特点 (7)
六、电路原件选择 (8)
1、选择电源变压器 (8)
2、选择整流电路中的二极管 (8)
3、集成三端稳压器 (9)
5、滤波电路中滤波电容的选择 (10)
七、用Multisim软件仿真 (10)
1 实验原理图仿真 (10)
2 仿真结果 (10)
八、总结与体会 (11)
九、参考文献 (13)
摘要
随着科技的发展，电气、电子设备已经广泛的应用于日常、科研、学习等各个方面。电源作为电气、电子设备必不可少的能源供应部件，需求日益增加，而且对电源的功能、稳定性等各项指标也提出了更高的要求。对电源的研究和开发已经成为新技术、新设备开发的重要环节，在推动科技发展中起着重要作用。本设计主要用串联型稳压电路设计直流稳压电源，通过相关知识计算出各电路中各个器件的参数，使电路性能达到设计要求中的电压调整率，电流调整率，负载调整率，纹波电压等各项指标。
绪论
电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。
电源可分为交流电源和直流电源，它是任何电子设备都不可缺少的组成部分。交流电源一般为220V、50Hz电源，但许多家用电器设备的内部电路都要采用直流电源作为供电能源，如收音机、电视机、带微处理器控制的家电设备等都离不开这种电源。直流电源又分为两类：一类是能直接供给直流电流或电压的，如电池、蓄电池、太阳能电池、硅光电池、生物电池等，本文不做具体介绍；另一类是将交流电变换成所需的稳定的直流电流或电压的，这类变换电路统称为直流稳压电源。现在所使用的大多数电子设备中，几乎都必须用到直流稳压电源来使其正常工作，而最常用的是能将交流电网电压转换为稳定直流电压的直流电源，可见直流稳压电源在电子设备中起着主要作用，为设备能够稳定工作提供保证。220V、50HZ的单向交流电源经电源变压器降压后，再经过整流滤波可获得低电压小功率直流电源。然而，由于电网电压可以有±10%变化。为此必须将整流滤波后的直流电压由稳压电路稳定后再提供给负载，使负载上直流电源电压受上述因素的影响程度达到最小。直流电源电压系统一般由四部分组成，它们分别是电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路。
一、设计目的
1、学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。
2、学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。
3、培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。
二、设计任务及要求
1、设计一个双路输出的集成稳压电源，其中一路为固定输出5V、1A ；另一路为可调输出9～15V、1A；
2、输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于0.5%，输出内阻小于0.15Ω
三、双路输出直流稳压电源设计思路
1、电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。
2、降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。
3、脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。
4、滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给电压表。
四、设计原理
1、直流稳压电源的基本原理
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的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下：
其中，
（1）电源变压器：是降压变压器，它的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器的变比由变压器的副边按确定，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n，式中n是变压器的效率。
（2）整流电路：利用单向导电元件，将50HZ的正弦交流电变换成脉动的直流电。
（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分滤除。滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。
（4）稳压电路:稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。
在本次课程设计中我准备采用串联型稳压电路，集成稳压器选用LM317与7805，电源变压器选用双15Ｖ／25Ｗ。
由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压U I会随着变化。因此，为了维持输出电压U I稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。
集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。
本课程设计中采用三端可调稳压器LM317。
五、电路相关元件及电路指标简介
1、LM317集成稳压器的特性简介
LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压. 不过它只能连续可调的正电压,稳压器内部含有过流,过热保护电路;由一个电阻(R)和一个可变电位器(RP)组成电压输出调节电路,输出电压为:V o=1.25(1+RP/R).
由此可见此稳压器的性能和稳压稳定都比较好,所以此此方案可选,此电源就选用了LM317三端稳压电源. 三端可调稳压器的输出电压可调，稳压精度高，输出波纹小。其一般的输出电压为1.25~35V或-1.25~-35V。比较典型的产品有LM317和LM337等。
其中LM317的输出电压范围是 1.2V 至 37V，LM337 的输出电压范围是 -1.2V 至 -37V，负载电流最大为 1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM317/LM337 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。
特性简介
可调整输出电压低到 1.2V。
保证 1.5A 输出电流。
典型线性调整率 0.01%。
典型负载调整率 0.1%。
80dB 纹波抑制比。
输出短路保护。
过流、过热保护。
调整管安全工作区保护。
标准三端晶体管封装。
电压范围
输入输出最小压差降为0.2V
LM317/LM337 1.25V 至 37V 连续可调。
LM317与LM337集成稳压器的特性满足设计要求的输出电压Vo：±1.25 - ±12V连续可调。
封装形式
TO-220 塑料封装，TO-3 铝壳封装，TO-202 塑料封装，TO-39 金属封装
图3 TO-220 塑料封装图
图4 TO-3铝壳封装图
图5 TO-39金属封装图
图6是三端可调输出集成稳压器的一般应用电路。电路中的R1、R2组成可调输出的电阻网络。为了能使电路中的偏置电流和调整管的漏电流被吸收，所以设定R1为120~240欧姆。通过R1泻放的电流为
5~10mA。输入电容器C1用于抑制纹波电压，输出电容器C2用于消震，缓冲冲击性负载，保证电路工作稳定。
由于加外接保护电路C2的存在，容易发生电容器发电而损坏稳压器。若有外接保护二极管D2，电容器C2放电时，D1导通钳位，使稳压器得到保护。D1是为了防止调节端旁路电容器C3放电时而损坏稳压器的保护二极管。旁路电容器C3也是为了抑制波纹电压而设置的。当C3为10uF时，能提高纹波抑制比15dB。
LM317
图6 LM317应用电路图
1，2脚之间为1.25V电压基准。为保证稳压器的输出性能，R1应小于240欧姆。改变R2阻值即可调整稳压电压值。D1，D2用于保护LM317/337。
这类稳压器是依靠外接电阻来调节输出电压的,为保证输出电压的精度和稳定性，要选择精度高的电阻,同时电阻要紧靠稳压器，防止输出电流在连线上产生误差电压。三端可调式稳压器的典型应用电路的输出电压为:
LM317的VREF=1.2V，Iadj=50mA，由于Iadj< 2、LM7805稳压器的性能 三端固定式稳压器，其正输出为78XX（后两位代表输出的额定稳压值）系列，负输出为79XX系列，常见的有05、06、08、09、12、15、18、24八种，一般要求最小的输入、输出电压差（Ui—Uo）为2~3V，最大输出电流有0.1A（78L12）,0.3A (78M12)和1.5A（7812）等多种，设计要求输出5V 1A电流，选择LM7805型稳压器。 3、 稳压电源的技术指标 稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，如输出电压、输出电滤及电压调节范围；另一类是质量指标，反映一个稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。 4、 串联型稳压电路的主要特点 1．稳定性好 当输入电压Usr （整流、滤波的输出电压）在规定范围内变动时，输出电压Usc 的变化应该很小一 般要求。 由于输入电压变化而引起输出电压变化的程度，称为稳定度指标， 常用稳压系数S 来表示：S 的大小，反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。在同样的输入电压变化条件下，S 越小，输出电压的变化越小，电源的稳定度越高。通常S 约为 。 2.输出电阻小 负载变化时（从空载到满载），输出电压Usc ，应基本保持不变。稳压电源这方面的性能可用输出电阻表征。 输出电阻（又叫等效内阻）用rn 表示，它等于输出电压变化量和负载电流变化量之比。 7805 7812 7905 7912 输入电压范围 Ui +7V ～+35V +14V ～+35V -7V ～-35V -14V ～-35V 输出电压 Uo 5V 12V -5V -12V 电压调整率/mV Su 50 120 50 120 电流调整率/mA Si 600 140 500 180 最小压差 Ui-Uo 2V 2V -2V -2V 型 号 参 数 值 参 数 名 称 、 符 号 rn 反映负载变动时，输出电压维持恒定的能力，rn 越小，则Ifz 变化时输出电压的变化也越小。 性能优良的稳压电源，输出电阻可小到1欧，甚至0．01欧。 3.电压温度系数小 当环境温度变化时，会引起输出电压的漂移。良好的稳压电源，应在环境温度变化时，有效地抑制输出电压的漂移，保持输出电压稳定，输出电压的漂移用温度系数KT 来表示. 4.输出电压纹波小 所谓纹波电压，是指输出电压中50赫或100赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示。经过稳压作用，可以使整流滤波后的纹波电压大大降低，降低的倍数反比于稳压系数S 。 六、电路原件选择 1、选择电源变压器 1、确定副边电压U2： 电源变压器T 的作用是将电网220V 的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压U i 。实际上，理想变压器满足I 1/I 2=U 2/U 1=N 2/N 1=1/n ，因此有P 1=P 2=U 1I 1=U 2I 2。变压器副边与原边的功率比为P 2/ P 1=η，式中η是变压器的效率。根据输出电压的范围，可以令变压器副边电压为22V ，即变压系数为0.1。 2、选择整流电路中的二极管 因为变压器的副边电压 U 2=22V ∴桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：2U 2=31.1V 桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为： 查手册选整流二极管IN4001,其参数为：反向击穿电V V U BR 1.311000>>= 最大整流电流 故选择二极管IN4001作为整流二极管 3、集成三端稳压器 可调输出的集成稳压器是在固定输出集成稳压器的基础上发展起来的，这种集成稳压器，在集成芯片的内部，输入电流几乎全部流到输出端，流到公共端的电流非常小，因此可以用少量的外部元件方便的组成精密可调的稳压电路，应用更为灵活。正电源系列的基准电压为1.25V ，可在1.25V~37V 之间连续可调。其内部设有过流、过电压保护和调整管安全工作区保护电路，使用安全可靠，性能比LM7800系列性能更加，而且它的输出电压输出电流均符合要求，所以此次的可调集成稳压器选择LM317 。 4、电阻的选择 以LM317为例说明。 电路图如下所示： 图11 LM317电路图 输出电压计算公式 )R R 1.25(1U 1 2 0+ ≈ 要求一端输出为5V ，另一端为可调9~15V ，所以设计中加入一个固定电阻以保证可调端最小可输出9V 电压 取电阻器：Ω=1001R ， 则经过计算，Ω= 4803R ，加入的固定电阻阻值为Ω=6202R 5、滤波电路中滤波电容的选择 滤波电容一般选几十至几千微法的电解电容， 由于2) 5~3(T C R l ，故选1000uF/25V 的电解电容 七、用Multisim 软件仿真 1 实验原理图仿真 根据设计要求，实验原理图如下： 2 仿真结果 运行Multisim ，实验结果如下所示： 输出5V电流： 另一端输出9~15V可调电流： 用测量探针得到数值： 输出纹波电压小于5mv 八、总结与体会 通过这次设计，了解了书本上没有的知识，更加巩固了所学的知识，而且锻炼了自己的动手能力。此外，也学到了许多的经验，做什么事都有思前想后。这次的课程设计，获益匪浅，虽然从学会了multism 软
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