直流穩(wěn)壓電源的制作與調(diào)試論文

1、中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院電子技術(shù)選修課姓 名： 翟江慧 學(xué) 號： 專 業(yè)： 自動化 題 目： 直流穩(wěn)壓電源的制作與調(diào)試 設(shè)計地點(diǎn)： 電工電子實(shí)驗(yàn)室 設(shè)計日期： 2014.5.14-2014.5.19 成 績： 指導(dǎo)教師： 年 月 電子技術(shù)選修課任務(wù)書學(xué)生姓名 翟江慧 專業(yè)年級 自動化12-1 學(xué)號 設(shè)計日期： 2014年 5月 14日 至 2014年 5月 19日設(shè)計題目：直流穩(wěn)壓電源的制作與調(diào)試設(shè)計內(nèi)容和要求：1. 設(shè)計內(nèi)容 輸入交流電(220V/50Hz)； 輸出4路直流電(+5V、 +12V、 -12V 及+1.25V+14V可調(diào)）。 各路直流輸出電流0.5A 紋波電壓50mV 具有輸出電壓

2、指示（發(fā)光二極管）2. 設(shè)計要求 用Multisim仿真整體電路原理圖； 用Altium designer設(shè)計整體電路圖； 用Altium designer設(shè)計PCB板圖指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日摘要：當(dāng)今社會人們極大的享受著電子設(shè)備帶來的便利，但是任何電子設(shè)備都有一個共同的電路-電源電路。大到超級計算機(jī)、小到袖珍計算器，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。由于電子技術(shù)的特性，電子設(shè)備對電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負(fù)載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有十分重要的地位。 本文主

3、要介紹了一個完整的小功率直流穩(wěn)壓電路的組成，每個組成部分的原理及其電路設(shè)計、電路元器件的選擇、電路PCB板設(shè)計、電路安裝與調(diào)試、電路參數(shù)測定；詳細(xì)介紹了晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電源、固定輸出穩(wěn)壓電源 、可調(diào)輸出穩(wěn)壓電源三種穩(wěn)壓電源的電路原理；簡要敘述了整流、濾波、穩(wěn)壓部分的電路組成、 元器件作用、參數(shù)計算、工作原理、電路波形。通過這些能讓我們更加直觀清晰的了解直流穩(wěn)壓電源的工作特性。關(guān)鍵詞：電子設(shè)備 持續(xù)穩(wěn)定 直流穩(wěn)壓目 錄 1 直流穩(wěn)壓電源的組成6 1.1簡述直流穩(wěn)壓電源的組成6 1.2幾種常見的直流穩(wěn)壓電源6 2 晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電源6 2.1晶體管串聯(lián)型電路原理圖6 2.2晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電源7

4、 2.3簡述電路組成7 2.3.1整流電路7 2.3.2濾波電路9 2.3.3穩(wěn)壓電路11 3 固定輸出穩(wěn)壓電源11 3.1固定輸出穩(wěn)壓電源電路原理圖113.2固定輸出穩(wěn)壓電源電路組成123.3固定輸出穩(wěn)壓電源工作原理123.4固定輸出穩(wěn)壓電源參數(shù)計算133.5固定輸出穩(wěn)壓電源波形圖13 4 可調(diào)輸出穩(wěn)壓電源144.1可調(diào)輸出穩(wěn)壓電源電路原理圖144.2可調(diào)輸出穩(wěn)壓電源電路組成及工作原理144.3可調(diào)輸出穩(wěn)壓電源參數(shù)計算144.4可調(diào)輸出穩(wěn)壓電源波形圖15 5 元件清單155.1晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電源元件清單15 5.2固定輸出穩(wěn)壓電源元器件清單17 6 穩(wěn)壓電源實(shí)物照片17 7 實(shí)際焊接過程中

5、遇到的問題及解決方案18 8 實(shí)驗(yàn)小結(jié)18 附錄20 附錄1 Multisim仿真電路原理圖21 附錄2 Altium designer設(shè)計的整體電路圖22 附錄3 Altium designer設(shè)計PCB板圖23 附錄4 元器件清單24 附錄5 作品照片26 1 直流穩(wěn)壓電源組成1.1簡述直流穩(wěn)壓電源的組成一個完整的直流穩(wěn)壓電源由四部分組成，電源變壓器、整流電路、濾波電路以及穩(wěn)壓電路。如圖1所示。圖1 直流穩(wěn)壓電源組成框圖變壓器：用來將交流電網(wǎng)電壓進(jìn)行降壓轉(zhuǎn)換為所需要的電壓值。整流電路：將交流電壓變成脈動的直流電壓。但此脈動的直流電壓含有較大的紋波。濾波電路：對較大的紋波加以濾除，從而得到平

6、滑的直流電壓。穩(wěn)壓電路：直流電壓隨著電網(wǎng)電壓的波動、負(fù)載和溫度的的變化而變化，所以需要在整流濾波電路后加穩(wěn)壓電路，用以維持輸出直流電壓穩(wěn)定，確保帶載能力。1.2幾種常見的直流穩(wěn)壓電源幾種常見的直流穩(wěn)壓電源有：晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電源、固定輸出穩(wěn)壓電源、可調(diào)輸出穩(wěn)壓電源等。2 晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電源2.1晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路原理圖 2.2晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電源 2.2晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路框圖2.3簡述電路組成2.3.1整流電路 采用橋式全波整流電路。 一、由四個二極管組成橋式整流電路如圖2所示。 圖2 橋式整流電路在橋式整流電路中，當(dāng)輸入u 正半周時，Va Vb ：二極管 D1、 D3 導(dǎo)通；

7、D2、 D4 截止，工作波形如圖3所示。 圖3 橋式整流電路正半周工作 在橋式整流電路中，當(dāng)輸入u 負(fù)半周時， VaVb ：二極管 D2、 D4導(dǎo)通；D1、 D3截止，工作波形如圖4中紅色波形所示，指標(biāo)計算如下。 圖4 橋式整流電路負(fù)半周工作脈動系數(shù) 平均整流電流 最大反向電壓 2、 橋式全波整流電路仿真（1） 仿真電路圖 （2） 仿真電路測量波形 （3）變壓器副邊電壓AC+ 12.000V整流電壓ZL 10.638V（4）衡量整流工作性能的參數(shù)輸出電壓平均值VO（AV）-反映整流電路將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的能力。 脈動系數(shù)S -反映整流輸出電壓中交流成分的大小，用來衡量整流電路輸出平滑程度

8、。S= VOr / VO（AV) -VOr諧波電壓總有效值；-VO直流電壓2.3.2濾波電路幾種濾波電路如圖5所示，圖（a）電容濾波電路，圖（b）電感電容濾波電路（倒L型），圖（c）型濾波電路 圖5 濾波電路采用單向橋式整流電容濾波電路1濾波原理 利用儲能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性（電抗元件的儲能作用）, 濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。2電容濾波電路分析（1） 輸出電壓 uo與放電時間常數(shù) RLC 有關(guān)。RLC 愈大 電容器放電愈慢 紋波減小u o愈大, 一般 (T:電源電壓的周期) , 近似估算:uo=1.2U2。（

9、2）流過二極管瞬時電流很大RLC 越大 uo越高 負(fù)載電流的平均值越大 ; 整流管導(dǎo)電時間越短 iD的峰值電流越大，故一般選管時，取（3） 單向橋式整流電容濾波電路單向橋式整流電容濾波電路如圖6所示。 圖6 橋式整流電容濾波電路未接入RL電路如圖7，波形如圖7所示。 圖7 橋式整流電容濾波未接入RL電路接入RL時電路如圖8 圖8 橋式整流電容濾波接入RL電路 u2 uC時：二極管D1、D3導(dǎo)通，一方面向RL提供電流，另一方面向C充電。 波形圖2.3.3穩(wěn)壓電路（一）、穩(wěn)壓電路分類3 固定輸出穩(wěn)壓電源3.1固定輸出穩(wěn)壓電源電路原理圖3.2固定輸出穩(wěn)壓電源電路組成（1）啟動電路（2）基準(zhǔn)電壓電路（

10、3）取樣比較放大的調(diào)整電路（4）保護(hù)電路3.3固定輸出穩(wěn)壓電源工作原理 隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小，可靠性高，使用靈活，價格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端，故稱之為集成三端穩(wěn)壓器。常用的集成三端穩(wěn)壓器W7800 (W7900)系列，其內(nèi)部也是串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路,內(nèi)部附有短路和過熱保護(hù)環(huán)節(jié), 外形及引腳功能下圖所示。 常用的W7800 (W7900)系列三端集成穩(wěn)壓器的性能及特點(diǎn)：輸出電流超過 1. 5 A（加散熱器），不需要外接元件內(nèi)部有過熱保護(hù)、過流保護(hù)調(diào)整管設(shè)有安全工作區(qū)保護(hù)輸出電壓容差為 4%輸出電壓額定值有:

11、（5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V）等 。固定式（W7800正電壓系列、W7900負(fù)電壓系列）3.4固定輸出穩(wěn)壓電源參數(shù)計算輸出電壓輸出電壓變化量電壓調(diào)整率輸入調(diào)整因數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)輸出電阻溫度系數(shù) 3.5固定輸出穩(wěn)壓電源波形圖 4 可調(diào)輸出穩(wěn)壓電源 4.1 可調(diào)輸出穩(wěn)壓電源電路原理圖 4.2可調(diào)輸出穩(wěn)壓電源電路組成及工作原理改變RP可改變輸出： 4.3可調(diào)輸出穩(wěn)壓電源參數(shù)計算輸出電壓輸出電壓變化量電壓調(diào)整率輸入調(diào)整因數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)輸出電阻溫度系數(shù)4.4 可調(diào)輸出穩(wěn)壓電源波形圖5 元件清單5.1晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電源元件清單序號代號名稱規(guī)格及型號數(shù)量備注1V1-4、V11-13二

12、極管1N4001(1A/50V)7A板2V5三極管8050 (NPN)1A板3V6、V7三極管9013 (NPN)2A板V8-9三極管8550 (PNP)3A板4LED1、3、4、5發(fā)光二極管3紅色4B板5LED2發(fā)光二極管3綠色1B板6C1電解電容470/16V1A板7C2電解電容22/10V1A板8C3電解電容100/10V1A板9R1、R3電阻1K (1/8W)2A板10R2、R4電阻1、33 (1/8W)各1A板11R5、R6電阻150、270 (1/8W)各1A板12R7電阻220 (1/8W)1A板13R8、R10、R12電阻24 (1/8W)3A板14R9、R11、R13電阻56

13、0 (1/8W)3A板15T電源變壓器3W 7.5V1JK16CT1電源插頭線2A 220V1接變壓器AC-AC端17CT2十字插頭線1B18A印制線路板（A）大板1JK19B印制線路板（B）小板1JK20TH、ZJ彈簧、正極片各5JK21K1、K2撥動開關(guān)1D3W、2D2W各1B22PX排線（15P）75mm1A與B板間連接線23JK機(jī)殼、上下蓋套124JKJ1J9160 mm-15mm計9條25熱縮套管30mm2用于電源線與變壓器引出導(dǎo)線間接點(diǎn)處的絕緣5.2固定輸出穩(wěn)壓電源元器件清單序號代號名稱規(guī)格及型號數(shù)量1C1、 C7、 C12、 C15電解電容470uF/25V42C2、 C5、C1

14、0、 C14電解電容2200uF/25V43C3、 C4、 C6、 C8 C11、 C13、 C16瓷片電容0.1uF/瓷片74C17電解電容10uF/25V15D1-10二極管1N4007106DS1、 DS2、 DS3LED發(fā)光二極管3mm紅色37MC1集成三端穩(wěn)壓塊780518MC2、（MC3)集成三端穩(wěn)壓塊7812、7912各19MC3集成三端穩(wěn)壓塊7912110MC4集成三端穩(wěn)壓塊LM317111散熱片YK20 412P1、 P3插拔端子2P3.96mm（彎腳）213P2、AC IN插拔端子3P3.96mm（彎腳）214R1電阻470115R2、 R3電阻1K216R4電阻36011

15、7RW1電位器WXD3-13/4.7K118變壓器220V/雙12V600mA 119電源線1.5米120熱縮管3mm/5cm121銅柱M3*5+5422圓頭螺絲M3X6 623螺帽（螺母）M3 66 穩(wěn)壓電源實(shí)物照片7 實(shí)際焊接過程中遇到的問題及解決方案（1）變壓器副邊無輸出斷電后檢查副邊線圈電阻，若電阻為無窮大，更換新的變壓器。（2）整流電路輸出電壓不達(dá)標(biāo)整流二極管方向是否正確；（3） 濾波電容發(fā)熱整流二極管方向是否正確；（4）電源指示燈不亮限流電阻是否正確焊接；發(fā)光二級管極性是否安裝正確。（5）穩(wěn)壓輸出電壓不正常是否正確安裝穩(wěn)壓器；電壓調(diào)整電路是否焊接正常。8 實(shí)驗(yàn)小結(jié)（1）變壓器選擇設(shè)

16、計要求最大的輸出電壓為14V，根據(jù)第一節(jié)計算公式，加濾波電容后，直流輸出電壓UO 1.2 U2，所以要選擇雙端輸出變壓器，并且變壓器副邊輸出電壓為(14+3)/1.4=12.14V。結(jié)合輸出電流要求，選擇I/P 220V50Hz,O/P 12V*2 600mA的變壓器作為電源變壓電路。（2）整流電路選擇由理論可知，全波整流和橋式整流的效率均為UO=0.9U2 , 全波整流的二極管最大反向耐壓值為2.82U2，管子導(dǎo)通電流為0.5IO=250mA。查手冊可知，常用整流二極管1N4007最大反向耐壓為1000V，最大正向平均整流電流為1A，可以滿足本設(shè)計要求。因此，采用1N4007組成單相全波整流

17、電路作為直流電源的整流電路。（3）濾波電路選擇由于輸出最大電壓為14V，電流最小為0.5A，所以RL=28。采取電路較為簡單的電容濾波，為了獲得較為平滑的負(fù)載電壓，一般時間常數(shù)=RL*C（35）T/2.取RL*C=5* T/2，得C=1786F 。考慮電網(wǎng)電壓波動10%，則電容所能承受的最高電壓1.1*U2*1.414=18.67V，所以采用2200F，25V的電解電容作為濾波電容。（4）穩(wěn)壓電路的選擇根據(jù)輸出要求可知，有固定輸出和可調(diào)輸出兩大塊。由于集成穩(wěn)壓器具有穩(wěn)定性高以及完善的內(nèi)部保護(hù)措施，并且使用方便、價格低廉，所以決定采用7812、7912、7805作為固定穩(wěn)壓器，采用LM317作為

18、可調(diào)穩(wěn)壓器，兩者的紋波電壓均可在50mV以下 ；輸出電流方面，78系列可達(dá)到1.5A，317系列TO220封裝也可達(dá)到1.5A，完全滿足設(shè)計要求。故采用上述器件作為整個電源的穩(wěn)壓部分。（5） PCB板檢查拿到PCB板后，需要檢查是否有斷線、短路、破損等情況。（6）元器件檢查與整形檢查元件型號、數(shù)量是否與清單一致，使用工具對相關(guān)元件按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行整形。（嚴(yán)禁粗暴整形）（7）元器件參數(shù)測定對主要元器件（如電源線、變壓器、整流二極管等）進(jìn)行參數(shù)測定。（8）元器件裝配與焊接元器件裝配要按照從低到高的順序，依次進(jìn)行。電烙鐵進(jìn)行焊接時，需注意焊點(diǎn)要有光滑整齊的外觀，足夠的機(jī)械強(qiáng)度以及可靠的電氣連接。

19、（9）整機(jī)裝配220V電源線與變壓器原邊接線要有熱縮管保護(hù)，防止觸電短路。變壓器副邊中心抽頭要接到地線上。參考文獻(xiàn)1. 康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分 高等教育出版社 2005 附錄附錄1： Multisim仿真電路原理圖；附錄2： Altium designer設(shè)計的整體電路圖；附錄3： Altium designer設(shè)計PCB板圖；附錄4： 元器件清單附錄5： 作品照片附錄1： Multisim仿真電路原理圖附錄2： Altium designer設(shè)計的整體電路圖附錄3： Altium designer設(shè)計PCB板圖附錄4： 元器件清單序號代號名稱規(guī)格及型號數(shù)量備注1V1-4、V11-13

20、二極管1N4001(1A/50V)7A板2V5三極管8050 (NPN)1A板3V6、V7三極管9013 (NPN)2A板V8-9三極管8550 (PNP)3A板4LED1、3、4、5發(fā)光二極管3紅色4B板5LED2發(fā)光二極管3綠色1B板6C1電解電容470/16V1A板7C2電解電容22/10V1A板8C3電解電容100/10V1A板9R1、R3電阻1K (1/8W)2A板10R2、R4電阻1、33 (1/8W)各1A板11R5、R6電阻150、270 (1/8W)各1A板12R7電阻220 (1/8W)1A板13R8、R10、R12電阻24 (1/8W)3A板14R9、R11、R13電阻560 (1/8W)3A板15T電源變壓器3W