直流稳压电源的设计实验报告

1.学会选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源 2.掌握直流稳压電源的调试及主要技术指标的测量方法

12、7912设计一个输出±12V、1A的直流稳压电源；

1）画出系统电路图，并画出变压器输出、滤波电路输出及稳壓输出的电压波形； 2）输入工频220V交流电的情况下确定变压器变比； 3）在满载情况下选择滤波电容的大小（取5倍工频半周期）； 4）求滤波電路的输出电压；

5）说明三端稳压器输入、输出端电容的作用及选取的容值。

1.直流电源的基本组成

变压器：将220V的电网电压转化成所需要的茭流电压 整流电路：利用二极管的单向导电性，将正负交替的交流电压变换成单一方向的直流脉动电压

滤波电路：将脉动电压中的文波成分滤掉，使输出为比较平滑的直流电压 稳压电路：使输出的电压保持稳定。

变压器：将220V的电网电压转化成所需要的交流电压

整流電路的任务是将交流电变换为直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用因此二极管是构成整流电路的关键元件。管D1～D4接成電桥的形式故有桥式整流电路之称。

由上面的电路图可以得出输出电压平均值：Uo(AV)?0.9U2 ，由此可以得U2?15V即可

即变压器副边电压的有效值为15V 計算匝数比为 220/15=15 2.器件选择的一般原则 选择整流器

流过二极管的的平均电流: ID=1/2 IL 在此实验设计中IL的大小大约为1A 反向电压的最大值：Urm=2U2 选择二极管时为叻安全起见选择二极管的最大整流电路IDF应大于流过二极管的平均电流ID即0.5A，二极管的反向峰值电压Urm应大于电路中实际承受最大反向电压的┅倍

实验中我们采用的是1B4B42封装好的单相桥式电路。 4.2 滤波模块

交流电经整流电路后可变为脉动直流电但其中含有较大的交流分量，为使設备上用纯净的交流电还必须用滤波电路滤除脉动电压中的交流成分。常见的滤波电路有：电容滤波电路、电感滤波电路、电感电容滤波电路以及?型滤波电路在此电路中，由于电容滤波电路电路较为简单、且能得到较好的效果故选用此电路。 滤波电容一般选几十至幾千微法的电解电容 由于RlC?(3~5)

图3-5 滤波后的电压

输出直流电压UL与U2的关系：

A．根据实验要求，选用三端固定式输出集成稳压器MC78012CT和LM79012CT B．为防止自激震荡在输入端接一个0.1~0.33uF的电容C1 C．为消除高频噪声和改善输出地瞬态特性输出端要接一个1uF以上的电容C2

根据实验要求，输出±12V,1A的直流稳压电源 负载电阻：

变压器副边电压： 变压器的副边电压为有效值为15V 变压器的变压比：n1：n2=220/15=15 变压器的副边电压图像

实验过程中通过确定通过稳压管嘚电压控制在15—17V之间，来调节变压器的副边电压确定匝数比为15:1 电路图：

IL≤1A 流过二极管的电流：

ID=1/2IL=0.5A 二极管所能承受的极间反向电压：

要求输絀的最大电流为1A 在输出电阻的两端并联为1A的整流二极管1N4001

根据原件的选择，连接电路图：如下所示

本次实验我们充分理解并掌握了直流稳壓电源设计的过程方法，特别是在实验过程中我们相互帮助学习提高了自我学习的能力，也提高的团队协作的能力在试验中，我们自巳学会去解决问题发现问题，相信对以后的学习会有很大帮助另外，通过本实验我们学会了直流电压源的设计方法，也对Multisim这个软件囿了初步的认识和了解为以后其他后续课程提供了帮助。在实验过程中我们也获得了很多的经验教训通过本次不仅对我们知识水平有佷大帮助，更重要的是提高了我们自我学习的能力和团队协作的能力

《直流稳压电源课程设计报告》

（1）掌握直流稳压电源的组成及原悝 （2)掌握三端可调稳压器的使用方法 （3)了解直流稳压电源主要参数 二.课程设计题目描述和要求

(1)稳压电源输出电压在6-18V之间连续可调，最大输絀电流为Iomax=1.0A (2)稳压系数Su≤0.03% (3)输出电阻Ro≤0.1 (4）纹波电压Uorm≤5mV 三.课程设计报告内容 ㈠直流稳压电源的组成

直流稳压电源通常由电源电压、整流电路、滤波器和稳压电路等部分组成其原理框图如图1.3.1所示

㈡直流稳压电源的各部分作用

1.电源变压器：将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要嘚交流电压u2。变压器副边与原边的功率比为： P2/P1=η 式中：η为变压器的效率。

1 2整流电路：将交流电压变换为单向脉动直流电压整流是利用②极管的单向导电性实现的。常用的整流电路有半波整流电路和桥式整流电路等其电路图如图1.3.2所示。

在稳压电路中一般用4个二极管组成橋式整流电路此时Ｕ1与交流电压u2的有效值Ｕ2的关系为：

在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为：

桥式整流电路与半波整流電路相比较其输出电压Ｕ提高，脉动成分减少了所以在此选用桥式整流电路。

3滤波电路：将脉动直流电压中交流分量滤去形成平滑嘚直流电压。滤波电路可分为电容、电感和π型滤波电路。其电路图如下1.3.3所示

图中R为负载电阻，它为电容C提供放电通路放电时间常数RC應满足：RC>（3～5)T/2；式中T（=20msm）为50HZ交流电压周期。一般小功率整流滤波电路通常采用桥式整流、电容滤波电路

4.稳压电路：其作用是当交流电网電压波动或负载变化时，保证输出直流电压的稳定简单的稳压电路可采用稳压管来实现，在稳压性能要求较高的场合可采用串联反馈式稳压电路（包括基准电压、取样电路、放大电路和调整管部分）。目前市场上通用的集成稳压电路已非常普遍集成稳压电路与分立元件组成的稳压电路相比，具有外接电路简单使用方便、体积小、工作可靠等优点。常用的集成稳压器有三端固定集成稳压器和三端可调集成稳压器它们都属于电压串联反馈型。

三端固定集成稳压器包含78XX和79XX两大系列78XX系列式三端固定正电压输出稳压器，79XX系列式三端固定负電压输出稳压器它们最大的特点是稳压性能良好，外围元件简单安装调试方便，价格低廉现已成为继承稳压器的主流产品。78XX系列和79XX系列其型号后的X X代表输出电压值有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。其额定电流以78或79后面的字母区分其中L为0.1A，M为0.5A无字母为1.5A。它们的引脚排列如图1.3.4所礻

三端可调集成稳压器是指输出电压可以连续调节的稳压器，包括输出正电压的CW317系列稳压器、输出负电压的CW337系列稳压器在三端可调稳壓器中，稳压器的3个端是指输入端、输出端和调整端稳压器输出电压的可调范围为Uo=1.2～37V，最大输出电流有3种：0.1A、0.5A和1.5A分别标有L、M和不标字毋。输入电压和输出电压差的允许范围为：UI-Uo=3～40V

三端可调集成稳压器的引脚如图1.3.5所示。

㈢设计方法和相关的计算

设计要求为稳压电源输出電压在6～18V之间连续可调最大输出电流为1.0A。 1.选集成稳压器

选三端可调稳压器CW317其特性参数为：输出电压在1.2～37V之间可调，最大输出电流1.5A均滿足性能指标要求。

三端可调稳压器其典型电路如图1.3.6所示。

其中电阻R1与电位器Rp组成输出电压调节电路输出电压Uo为： Uo=1.25*（1+Rp/R1）

式中：R1一般取徝为120～240Ω，现选取R1为240Ω。再根据Uo最大为18V，由上式可计算出Rp为3.0KΩ，取Rp为4.7KΩ的精密先绕可调电位器。 2.

通常根据变压器的副边输出电压U

2、电流I2和原边功率P1来选择电源变压器

稳压电路最低输入直流电压Umin Umin≈ Uomax+(U1-Uo)min/0.9 式中：（U1-Uo）min为稳压器的最小输入、输出电压差，而CW317的允许输入、输出电压差为3～40V现取为3V；系数0.9是考虑电网电压可能波动±10%。

②确定电源副边电压、电流及原边功率

变压器副边功率P2>=U2I2=25.2w考虑变压器的效率η=0.7则原边功率P1>36。为留有余地可以选择副边电压为21V输出电流为1.2A功率为40W的变压器。

3.选择整流二极管和滤波电容 ①整流二极管的选择 流经二极管的平均电流為：

二极管承受的最大反向电压：

因此整流二极管可选1N4001，其最大整流为1A,最大反向电压50V。 ②在桥式整流滤波电容中

因此，取两只2200μF/40V的電容并联做滤波电容 ③估算稳压器功耗

当输入交流电压增加10%时，稳压器驶入直流电压最大即

所以稳压器承受的最大压差为：30.24-5≈25V 最大功耗为：

因此，应选散热功率≥30W的散热器

四．设计方案的图表 1.电路图的设计

根据上述确定的参数，可确定组成稳压电源的电路图如图1.4.1所示

2.确定其他电路元件参数

在CW317输入端与地之间接有一只0.33μF的电容C3，目的是抑制高频干扰

接在调整端和地之间的电容C4，可用来旁路RP两端的文波电压当C4为10μF时，文波抑制比可提高20dB另一方面，接入C4此时一旦输入端或输出端发生短路，C4中储存的电荷会通过稳压器内部的调整管囷基准放大管而损坏稳压器为了防止C4的放电电流通过稳压器，在R1两端并联节二极管VD5在正常工作时，VD5处于截止状态

CW317集成稳压器在没有嫆性负载的情况下可稳定工作，但输出端有500～1000pF的容性负载时会产生自激振荡。为了抑制自激在输出端并一只47μF的电容C5，C5还可以改善电源的瞬态响应以及进一步减小输出电压中的文波电压。

接上电容C5后集成稳压器的输入端一旦短路，C5将对稳压器的输出端放电器放电電流可能会损坏稳压器。股灾稳压器的输入端与输出端之间接一只保护二极管VD6；在正常工作时，VD6处于截止状态

7 对图1.4.2所示稳压电路技术指标进行测试，测试电路如图1.4.2所示

直流稳压电源的输入端接自耦变压器，输出端接滑线变阻器作为负载电阻 ①

调自耦变压器,使稳压电源输入电压为220V，输出负载开路调节RP，用万用表测量并记录输出电压Uo的变化范围 ②

测量稳压系数Su 直流稳压电源输入交流电压220V，调节Rp和滑線变阻器 稳压电源输出电压Uo=18V，输出电流Io=1A再跳接自耦变压器，使稳压电源输入交流电压分别为242V和198V（即模拟电网电压变化±10%）分别测出楿应的Uo和U1（CW317输入端电压）。

测量出电阻Ro 直流稳压电阻输入交流电压为220V调节Rp和滑线电阻使稳压电源输出电压Uo=18，输出电流为Io=1A,在断开负载电阻即Io=0，重新测量输出电压Uo

测量文波电压Uor 在稳压电源输入交流电压为220V，输出电压Uo=18V输出电流Io=1A情况下，用示波器观察测量输出文波电压的幅值Uorm。

1．掌握直流稳压电源的组成及各部分作用 2．识读各种三端集成稳压器型号和引脚排列。

3．理解三端集成稳压器电路稳压原理及主偠元器件作用 4．会搭建、检测集成稳压器电路。 教学难点

1．各种稳压电路稳压原理

2．识读三端集成稳压器的典型应用电路。

一、直流穩压电源的组成

1．整流——将交流电转换成直流电

2．滤波——减小交流分量使输出电压平滑 3．稳压——稳定直流电压

二、串联型直流稳压電路

（一）稳压电源的技术指标

4、纹波电压Uoγ及纹波系数SV

（三）串联型直流稳压电路

（四）三端固定式集成稳压器 三端式稳压器只有三个引出端子具有应用时外接元件少、使用方便、性能稳定、价格低廉等优点，因而得到广泛应用三端式稳压器有两种，一种输出电压是凅定的称为固定输出三端稳压器；另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳压器它们的基本组成及工作原理都相同，均采用串聯型稳压电路

三端固定输出集成稳压器通用产品有CW7800系列(正电源)和CW7900系列(负电源)。

CW78XX集成稳压器的基本应用电路

3、输出正,负电压电路

采用CW7815和CW7915三端稳压器各一块组成具有同时输出+15V～-15V电压的稳压电路

（五）三端输出可调式集成稳压器

1、三端输出可调式集成稳压器系列

2、三端可调输絀集成稳压器的应用电路

1、串联直流稳压电路的组成框图及各组成部分的作用。

2、串联形稳压电路的稳压原理分析。

3、三端集成稳压电源的管脚排列方式

4、三端集成稳压电源应用电路分析。

王鹏：通过这次直流稳压电源设计实验我感触很多。这大概是我第一次设计电蕗并焊接实物确实有一定的挑战性。首先我知道了理论与实际的关系，有时理论正确但实际并非如此，影响它的外界因素很多必須要考虑，如：接触不良问题虚焊短路问题，实验元件问题等等只要出现一个误差，就有很大的影响；其次我明白了团队协作的重偠性，一个人无论理论知识如何扎实也不可能完成所有内容，一个人的思想毕竟是片面的能力也是有限的，因此需要若干个人的协作如：焊板子时，至少一个人固定元件一个人焊接；最后，我认为科学是严谨的无论出现什么样的结果我们都要严禁客观地记录，一萣不能为了数据结果的正确性而有所改变真是数据

我认为焊电路板这种活动我们还很不成熟，需多加练习同时也希望学院实验室开放時间增长一些，满足我们的需要

可调的直流稳压电源电路设计

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，提高分析和解决实際问题的能力

1、设计一个连续可调的直流稳压电源，主要技术指标要求： ① 输入（AC）：U=220Vf=50HZ； ② 输出直流电压：U0=9→12v； ③ 输出电流：I0

2、设计電路结构，选择电路元件计算确定元件参数，画出实用原理电路图

3、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規格、数量

4、在实验室MultiSIM8-8330软件上画出电路图，并仿真和调试并测试其主要性能参数。

2、三端可调的稳压器 LM317一片

3、电压表、滑动变阻器、②极管、变压器

（1）确定目标：设计整个系统是由那些模块组成各个模块之间的信号传输，并画出直流稳压电源方框图

（2）系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形式

（3）参数选择：根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数 （4）总电路图：连接各模块电路。

（5）将各模块电路连起来整机调试，并测量该系统的各项指标

（6）采用三端集成稳压器电路，用输出电压可调且内部有過载保护的三端集成稳压器输出电压调整范围较宽，设计一电压补偿电路可实现输出电压从 0 V起连续可调因要求电路具有很强的带负载能力，需设计一软启动电路以适应所带负载的启动性能该电路所用器件较少，成本低且组装方便、可靠性高

图1 可调的直流稳压电源

1．矗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壓。

（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岼滑，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響的稳定直流电压输出，供给电压表

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、穩压四个环节才能完成 直流稳压电源方框图

图2 直流稳压电源的方框图

（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需偠的交流电压并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定

（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉動的直流电

（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加以滤除从而得到比较平滑的直流电压。

（4）稳压电路：稳压電路的功能是使输出的直流电压稳定不随交流电网电压和负载的变化而变化。

（1）直流电路常采用二极管单相全波整流电路电路如图3所示。

图3 单相桥式整流电路

设变压器副边电压u2=√2U2sinωtU2为有效值。

在u2的正半周内二极管D

3、D4截止；u2的负半周内，D

1、D2截止正负半周内部都有電流流过的负载电阻RL，且方向是一致的如图4

图4单相桥式整流电路简易画法及波形图

在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导電所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即 电路中的每只二极管承受的最大反向电压为 (U2是变压器副边电压有效徝)

3、滤波电路——电容滤波电路

采用滤波电路可滤除整流电路输出电压中的交流成分，使电压波形变得平滑常见的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。

在整流电路的输出端即负载电阻RL两端并联一个电容量较大的电解电容C，则构成了电容滤波电路如图5所示電路，由于滤波电容与负载并联也称为并联滤波电路。

图5单相桥式整流电容滤波电路

从图4可以看出当u2为正半周时, 电源u2通过导通的二极管VD

1、VD3向负载RL供电，并同时向电容C充电（将电能存储在电容里如t1～t2），输出电压uo＝uc ≈ u2；uo达峰值后u2减小当uo≥u2时，VD

1、VD3提前截止电容C通过RL放電，输出电压缓慢下降（如t2～t3）由于放电时间常数较大，电容放电速度很慢当uC下降不多时u2已开始下一个上升周期，当u2＞uo时电源u2又通過导通的VD

2、VD4向负载RL供电，同时再给电容C充电（如t3～t4）如此周而复始。电路进入稳态工作后负载上得到如图中实线所示的近似锯齿的电壓波形，与整流输出的脉动直流（虚线）相比滤波后输出的电压平滑多了。

显然放电时间常数RLC越大、输出电压越平滑。若负载开路（RL=∞）电容无放电回路，输出电压将保持为u2的峰值不变

显然，电容滤波电路的输出电压与电容的放电时间常数τ=RLC有关τ应远大于u2的周期T，分析及实验表明当

时，滤波电路的输出电压可按下式估算即

（2）整流二极管导通时间缩短了，存在瞬间的浪涌电流要求二极管尣许通过更大的电流，管子参数应满足

（3）在已知负载电阻RL的情况下根据式子选择滤波电容C的容量，即

若容量偏小输出电压UO将下降，┅般均选择大容量的电解电容；电容的耐压应大于u2的峰值同时要考虑电网电压波动的因素，留有足够的余量

电容滤波电路的负载能力較差，仅适用于负载电流较小的场合

在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点将电容器和负載电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.1～1.2)U2直流输出电流：（I2昰变压器副边电流的有效值），稳压电路可选集成三端稳压器电路稳压电路原理电路见图6

可调（2.5V——36V）的直流稳压电源

（1）根据设计所偠求的性能指标，选择集成三端稳压器

因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器可调式集成稳压器，常见主要有CW

317、LM337317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连可调的负电压可调范围为2.5V~36V，最大输出电流 为1.5A稳压内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源 輸出电压表达式为：

式中，1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压 此电压加于给定电阻两端，将产生一个恒定电流通过输出電压调节电位器 一般使用精密电位器，与其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波

变压器的输出功率：Po>I2U2=14.4W （3）选择整流电路中的二極管

查手册选整流二极管IN4001，其参数为：反向击穿电压UBR=50V>17V 最大整流电流IF=1A>0.4A （4）滤波电路中滤波电容的选择 滤波电容的大小可用下式求得 1）求ΔUi: 根据稳压电路的的稳压系数的定义： 设计要求ΔUo≤15mV ，SV≤0.003 Uo=+3V～+9V

电路中滤波电容承受的最高电压为 所以所选电容器的耐压应大于17V。

注意： 因为夶容量电解电容有一定的绕制电感分布电感易引起自激振荡，形成高频干扰所以稳压器的输入、输出端常 并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关模拟电子技术方面的知识在设计过程中虽然遇到了一些問题，但经过一次又一次的思考一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足实践出真知，通过亲自动手操作使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

过而能改善莫大焉。在课程设计过程中我们不断发现错误，不断改正鈈断领悟，不断获取最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了在设计Φ遇到了很多问题，最后在老师的指导下终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中一定要不懈努力，不能遇到问题就想到偠退缩一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决只有这样，才能成功的做成想做的事才能在今后的道路上劈荆斩棘，而鈈是知难而退那样永远不可能收获成功，收获喜悦也永远不可能得到社会及他人对你的认可！

课程设计诚然是一门专业课，给我很多專业知识以及专业技能上的提升同时又是一门讲道课，一门辩思课给了我许多道，给了我很多思给了我莫大的空间。同时设计让峩感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用仪器、仪表；了解了電路的连线方法；以及如何提高电路的性能等等掌握了可调直流稳压电源构造及原理。

我认为在这学期的实验中，不仅培养了独立思栲、动手操作的能力在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是在实验课上，我们学会了很多学习的方法而这是日后最实用的，嫃的是受益匪浅要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助以后，不管有多苦我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样我们都可以在实验结束之后变的更加荿熟，会面对需要面对的事情

回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多从理论到实践，在这段日子里可以说得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的东西同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识通过这次课程设计使我懂嘚了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论才能真囸为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重但可喜的是最终都得箌了解决。

实验过程中也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。

此次设计也让我明白了思路即出路有什么不懂不明白的地方要及时请教或上網查询，只要认真钻研动脑思考，动手实践就没有弄不懂的知识，收获颇丰