北京交通大學模電實驗報告之直流穩(wěn)壓電源

1、北京交通大學電子信息工程學院模擬電子技術實驗集成直流穩(wěn)壓電源設計報告姓名： 指導教師： 時間： 自然班級： （周三晚上7:00-9:00） 集成直流穩(wěn)壓電源設計 一、實驗目的1. 掌握集成直流穩(wěn)壓電源的實驗方法。2. 掌握用變壓器、整流二極管、濾波電容和集成穩(wěn)壓器來設計直流穩(wěn)壓電源的方法。3. 掌握直流穩(wěn)壓電源的主要性能指標及參數的測試方法。 4. 為下一個綜合實驗語音放大電路提供電源。二、設計要求及技術指標1. 設計一個雙路直流穩(wěn)壓電源。 2. 輸出電壓 Uo = ±12V，最大輸出電流 Iomax = 1A 。3. 輸出紋波電壓 Uop-p 5mV，穩(wěn)壓系數 SU 5×

2、10-3 。三、電路框圖及原理圖1、原理框圖：2電路框圖： 圖1四、設計思想及基本原理分析。1、設計思想：（1）根據要求選擇三端穩(wěn)壓器。（2）根據三端穩(wěn)壓器對輸入電壓的要求和橋式整流濾波電路的電壓關系，計算出電源變壓器副邊電壓U2的值，再根據輸出電流的要求選擇電源變壓器。（3）根據橋式整流電路和電網變化情況，計算出二極管的最大反向電壓URM和最大平均整流電流IDmax，查手冊確定整流二極管或整流橋的型號。（4）根據電路要求和電網變化情況，計算出電容量和耐壓值，查手冊選定濾波電容的標稱值和耐壓值。2、直流穩(wěn)壓電源的基本原理在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電，小功率穩(wěn)壓電源一般是由電源

3、變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓等四部分電路組成。其基本電路框圖及經各電路變換后，輸出的波形如原理圖所示。(1)電源變壓器電源變壓器是將交流電網220V的電壓變成所需要的電壓值，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。(2)整流電路整流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖所示。在U2的正半周內，二極管D1、D2導通，D3、D4截止；U2的負半周內，D3、D4導通，D1、D2截止。正負半周內部都有電流流過的負載電阻RL，且方向是一致的。電路的輸出波形如圖所示圖電路圖輸出波形圖在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內導電，所以流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半。電路中

4、的每只二極管承受的最大反向電壓約為反向擊穿電壓的一半或三分之二（U2是變壓器副邊電壓有效值）。(3)濾波電路濾波電路選用一個2200F的大容量電解電容C1和一個0.1F的小電容量滌綸CL11型電容C2并聯濾波，如圖3.6所示。理論上，在同一頻率下容量大的電容其容抗小，這樣一大一小電容相并聯后其容量小的電容C2不起作用。但是，由于大容量的電容器存在感抗特性，等效為一個電容與一個電感串聯。在高頻情況下的阻抗反而大于低頻時的阻抗，小電容的容量小，在制造時可以克服電感性，幾乎不存在電感。在大電容C1上并聯一個小電容C2可以補償其在高頻下的不足。當電路的工作頻率比較低時，小電容不工作（容抗大相當于開路）

5、。大電容的容量越大濾波效果越好。當電路的工作頻率比較高時（輸入信號的高頻干擾成分），大電容由于感抗大而處于開路狀態(tài)。這時高頻干擾成分通過小電容流到底線，濾除各種高頻干擾成分。電路的輸出波形如圖所示圖(4)穩(wěn)壓電路4.1穩(wěn)壓電路選用三端集成直流穩(wěn)壓器，其電路連接方式一般如圖所示。圖 三端集成直流穩(wěn)壓器性能上，常用的集成穩(wěn)壓器由三端固定式、三端可調式和開關式。以三端固定式為例，其正輸出為78XX（后兩位代表輸出的額定穩(wěn)壓值，00是統稱）系列，負輸出為7900系列，常見的有05、06、08、09、12、15、18、24八種。一般要求最小的輸入、輸出電壓差（U1U0）為2V3V；輸出穩(wěn)壓的容差約為5%

6、；最大輸出電流10max有0.1A（LM7812），0.3A（如78M12）和1.5A（如7812）等多種，部分器件的最大輸出電流可達2.2A；其最大電壓UImax一般是7818檔以下為35V，7824檔為40V；電壓調整率SU一般為0.01%/V；輸出電阻R小于0.1；紋波抑制比SR一般為50dB；溫度系數ST一般為每度ImV2.4mV。圖2.7中，引腳1為電壓變換的輸入端，引腳2為電壓變換后的輸出端，引腳3為接地端。電容Ci作用是改善紋波和抑制輸入的過電壓，一般取值為0.1F。C0作用是改善負載的順態(tài)影響，一般可選取0.1F的電容，當采用大電容量的電解電容時效果更好。穩(wěn)壓電源的輸入輸出端要

7、跨接一個二極管，以防止集成穩(wěn)壓器輸出調整管損壞。4.2穩(wěn)壓電路的設計本設計是把幾個供電模塊集成到一個供電電源上，能夠同時提供固定輸出+5V（最大輸出電流0.3A）和固定輸出12V（最大輸出電流0.1A）的直流電數出。輸出+5V：核心器件選用LM7805三端集成穩(wěn)壓器，其輸出電壓為+5V，額定電流0.1A。當變壓器變壓后輸出6.3V交流電，經整流橋，整流后輸出約6V電壓，濾波后有LM7805三端集成穩(wěn)壓電源處理，輸出+5V電壓，電流最大輸出為0.3A。輸出12V：核心器件選用穩(wěn)壓器LM7812和LM7912，組合應用這兩個穩(wěn)壓器件與一個硅整流橋相接，按圖電路就能輸出12V的電壓。組合用LM781

8、2和LM7912時，公共輸出接地端用的是變壓器輸出端口的12V并分別接入LM7812的接地引腳（GND）和LM7912的電壓輸入引腳（Vin）；硅整流橋的正、負輸出端口則分別接入LM7812的電壓輸入端（Vin）和LM7912的接地端；濾波電容用了兩個100F首尾相接，連接處接公共輸出接地端。圖 穩(wěn)壓電路四、器件選取 變壓器，整流管，2.2mF、330uF、1uF、104nF電容各兩個，LM7812，LM7912，散熱片，導線若干。五、元件介紹和元件數計算。1、整流電路： 輸出電壓平均值Uo(av)=2=0.9 輸出電流平均值平均整流電流最大反向電壓整流二極管的選擇： 整流橋選擇:KBP307

9、2、穩(wěn)壓電路： 三端集成穩(wěn)壓器： LM7812 輸出穩(wěn)定正電壓12V LM7912 輸出穩(wěn)定負電壓12VLM7805 輸出穩(wěn)定正電壓5V 使用時需注意： 1. 防止輸入端，輸出端接反； 2. 防止穩(wěn)壓器浮地； 3. 防止穩(wěn)壓器輸入端短路； 4. 電流大時需加散熱片。六、測試結果分析，調試過程中所遇故障分析： 1、測試空載輸出電壓： 正端輸出+12.51 負端輸出-12.11V 2、測試波紋電壓 +3MV<=+12MV -5MV<=-30MV 符合設計要求。故障：1：第一次測試紋波電壓數值有些高。 原因：電容有些小。 解決方法：換一個較大電容。2：電路板連接電源時，電容爆炸了。 原因

10、：電容正負管腳接反。 解決方法：換一個電容重新焊。 七、設計過程的體會與創(chuàng)新點，建議 （ 詳見附件感想）八、元件清單九、仿真報告輸出波形為可以看到，輸出電壓已經為12V和-12V，在輸出電壓大小上已經達到指標了。波紋電壓是3.313mV30mV，符合所要的要求。3、測量SU 當電源為198V時，測得輸出電壓為12.008V 當電源為242V時，測得輸出電壓為12.009V 所以=2.27*十、參考文獻：1. 電子電路實驗及仿真 路勇 北京交通大學出版社 清華大學出版社 2. 電子技術基礎實驗與課程設計 高吉祥 電子工業(yè)出版社3. 電子技術實驗與課程設計 畢滿清 機械工業(yè)出版社附件：A：經過三次

11、模電實驗以后，我們終于開始著手設計最后的兩個重量級實驗：集成直流穩(wěn)壓電源和語音放大器。由于集成直流穩(wěn)壓電源是我們所做的第一個設計性實驗，所以剛開始我們小組的成員都有些無從下手，總覺得有很多問題，比如電路如何設計，需要哪些元件，參數如何選取等等。后來，我們整理了下思緒，首先非常仔細的研究了下老師給的PPT里的內容，借助老師所給的電路結構，確立了變壓電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四個部分，然后查閱模電實驗的教材，擬定了所需要的元件及元件的的參數。電路板和元件等器材買回來之后，我們首先對電路進行布線，然后嘗試焊，結果費勁千辛焊完之后，一聯通電路，才發(fā)現出現短路。仔細看了看電路板，這才發(fā)現我們之前

12、布線居然沒有注意到板子是三聯的，很多管孔是短路的，之前布好的線路全都不能用，只好又拆了重新焊。我們的苦難還沒有結束。修改過后，正電源輸出正常了，可是負電源輸出怎么也不正常。怎么測試也測試不出來問題在哪，這令我著實煩惱了好幾天。眼看著就要交了，我們始終有一端輸出過高。迫不得已我們只好請教了一個已經成功的同學。他對我們的電路板進行了各種測試后，建議我們換一個變壓器，因為懷疑我們開始測試的時候燒壞了。果然，換了變壓器之后，所有輸出都正常了，我們的直流穩(wěn)壓電源這才成功完成。這次電路設計雖然很簡單，但是由于是我們第一次完成設計性實驗，經驗不足，真可謂是多災多難，但也給我們積累了很多寶貴的經驗，為下面的電

13、路做基礎。在實驗過程中，我們也收獲了很多。B：我們這次的第一個任務就是直流穩(wěn)壓電源設計。剛開始電路設計出來的時候，覺得應該比較好焊，電路看起來不是特別復雜。但實際去操作下來才發(fā)現問題真的不少。首先是對元件的不熟悉，電解電容的管腳識別，一般電容的容值的讀取都花費了一定的時間，以前學的一些基本知識都記得不是很清楚了。這最終導致我們在測試電容的時候出現了電容爆炸的問題，兩個220uF的電容接反，而且電容突然爆炸造成了短路給變壓器也造成了影響，導致在后來的測試中一直有問題而我們始終在找電路的問題，而沒有去檢查檢查變壓器的輸出浪費了很多的時間。其次是焊接技術的不合格，雖然大一的時候我們有聯系過但長時間的

14、不接觸自己的技術有很多的問題，有許多虛焊點。而且電路在平常的磕碰中經常會出現焊點脫落的問題，雖然每次都小心翼翼但板子的背后已經被改的面目全非了。最后沒辦法只能重新去焊一塊，到那個時候才發(fā)現變壓器有問題。再后來板子焊好做測試的時候也出現不少的問題，有時候是自己不注意沒接地線使輸出地圖像出現雜波，有時候是元件出現問題自己又沒發(fā)現，有的時候做的都快沒信心了，但沒有辦法還得和大家一起找出問題。光芯片7812和7912就換了好幾個。而且在最初布線的的時候，內有給散熱片留下足夠大的地方，最后只能用小的散熱片，雖然能起到一定的作用，但之前元件布置的不合理還是帶來了一定的麻煩。第一塊板子中遇到的各種問題，為我

15、們的語音放大器的設計提供了很好的借鑒，嘗試過幾次失敗以后才會尋找到最有利的方法。失敗乃成功之母，我們會有一個更合理的規(guī)劃去完成下一個任務。C：大一的時候常聽學哥學姐們說模電焊板子有多么辛苦，當時我總覺得他們有些夸大其詞，然而當我真正開始焊第一塊板子的時候，問題就接踵而至。首先我們買的是三連線的板子，在一開始布元件的時候我沒有考慮到板子內部連線的問題，導致幾個電容短路。第一次測試的時候，剛接通電源正輸出那端的220uF電解電容就爆了，仔細檢查電路才發(fā)現我把它的正負端接反了。于是換電容接著測試，正輸出那端輸出電壓與要求值很接近，而負端無輸出，經過仔細檢查才發(fā)現W7912的輸入端和地線接在了一起，遂

16、再次改板子。第三次測試正輸出沒有問題，而負輸出總是14V，用電表逐段檢測都沒什么問題，遂懷疑集成穩(wěn)壓器W7912燒壞，于是換了一個，輸出正常。就這樣，我們一共焊了兩塊直流穩(wěn)壓電源的板子，元件換了好幾個，終于功夫不負有心人，我們最后的輸出電壓與要求值非常接近。說實話，測試的過程比焊的過程辛苦，有時候真的是花了好幾個小時去檢查一個小錯誤，每一次測試我都非常緊張，害怕自己辛辛苦苦焊好的板子得不到預期的效果。通過這次實驗，我知道了在焊板子時，要盡量利用板子的三連線，減少布線，這樣不僅能使板子看起來更加干凈美觀，而且還減少了許多短路的潛在可能。我知道了在測試板子之前一定要先仔細地檢查電路是否有短路、錯接的情況，不要等到測試的時候