直流稳压电源实训报告

直流稳压电源实训报告

专业：应用电子 指导老师：

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目录

一、引言

二、设计目的

三、设计任务及要求

四、设计步骤

五、总体设计思路

六、设备和电路元件

七、稳压电源的性能指标及测试方法

八、注意事项

九、此电路的误差分析

十、综合总结

一、引言

直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可在5V左右。

二、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。

三、设计任务及要求

1．设计并制作一个直流稳压电源，主要技术指标要求：

① 输出电压稳压：Uo=+5V

② 纹波电压：<=5mv

③ 电压调整率：K<=3% ④ 电流调整率：K<=1%

2．设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。 <1> 确定稳压电路的最低输入直流电压Uimin

Uimin≈[Uomax+(Ui-U0)min]/0.9 代入各指标,计算得:

Uimin≥(5+3)/0.9=8.V 取值为9 V.

<2> 确定电源变压器副边电压、电流及功率

Ui≥Uomax/1.1. I1≥Iimax 所以我们取I1为1.5A.

UI≥5/1.1=4.6V 变压器副边功率P2≥7W

变压器的效率q=0.7，则原边功率P1≥10 W.由上分析,可选购副边电压为9 V,输出1.5A,功率12W的变压器.

<3> 选整流二极管及滤波电容 整流二极管1N4007通用参数：

电流参数：IO=1A/IFSM=30A/IR=10μA

电压参数：URRM=URWM=UR=1000V/URSM=1200V/UF=1.1V/UR(RMS)=700V 功 率：PD=3W

滤波电容计算：C≈(3～5)T×Iimax/2U1min 电解电容作滤波电容。 <4> 稳压管的选取 LM7805的通用参数： 电压参数：Uoc=5V;

线性调整率：在输入电流500mA的情况下，电压在7V~25V之间变化时，输出电压典型值为3mV，最大为50mV.

静态电流: 在负载小于1A时，I=8mA.

电压降下量：负载为1A时，电压下降2V，要维持5V的电压，此时输入电压至少在7V以上。

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规格、数量，交指导教

师审核。

4.批准后，进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能参数。

四、设计步骤

1．电路图设计

（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。

2．电路安装、调试

（1）为提高学生的动手能力，学生自行设计印刷电路板，并焊接。

（2）在每个模块电路的输入端加一信号，测试输出端信号，以验证每个模块能否达到所规

定的指标。

（3）重点测试稳压电路的稳压系数。

（4）将各模块电路连起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。

五、总体设计思路

1．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，供给负载R。 2．直流稳压电源原理

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压的装置，它需要变压、

整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图1。

交流电220V/50H变压器 整流 滤波 稳压 图1直流稳压电源方框图 其中：

（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要的交流电压，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加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。

（4）稳压电路：稳压电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。

整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图a所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻R，且方向是一致的。电路的输出波形如图b所示。

在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，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值)。 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，将电容器和负载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是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。 总体原理电路见图4。

图4

3．设计方法简介

（1）根据设计所要求的性能指标，选择集成三端稳压器。

集成稳压器，主要有LM7805。7805系列稳压器输出5V正电压，，，最大输出电流 为1A。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高于固定式集成稳压构成的电压稳压电源。电路系列的引脚功

能相同，管脚图和典型电路如图5.

图5典型电路

注意： 因为大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。

六、设备和电路元件

（1）直流稳压电源所需元件： 元件 稳压器 变压器 开关K 二极管 三极管 发光二极管 电源线 电位器 规格 LM7805 \\ \\ IN4007*4 3DD301\\9013\\9012 \\ 1.5m 功能 三段集成稳压器 交流电压降压 电源开关 桥式整流 采用大功率管扩流、过流保护 电源指示 输入电压 焊接电路 3.3KΩ

七、稳压电源的性能指标及测试方法

稳压电源的技术指标分为两类：一类是性能指标，包括输入电压、输出电压、输入电流及输

出电流等；另一类是技术指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、温度系数及纹波电压等。其测试电路如图7所示。

图7 稳压电源性能指标测试

（1）纹波电压

纹波电压是指叠加在输出电压Uo上的交流分量。用示波器观测其峰－峰值ΔUo(P-P)，一般为毫伏量级，也可以用交流电压表测量其有效值，但因ΔUo不是正弦波，所以用有效值测量其波纹电压时会产生一定误差。

（2）稳压系数

稳压系数是指在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即：

电路

Su（3）电压调整率

Uo/UoUi/Ui

电压调整率是指输入电压相对变化为±10%时的输出电压相对变化量，即

KuUoUo

稳压系数Su和电压调整率Ku均说明输入电压相对变化对输出电压的影响，因此只需计算其中之一即可。

（4）输出电阻

输出电阻是指当输入电压不变时，输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值，即：

ro（5）电流调整率

UoIo

电流调整率是指输出电流从0变到最大值ILmax时所产生的输出电压相对变化值，即：

KiUoUo

输出电阻ro和电流调整率Ki均说明负载电流变化对输出电压的影响，因此只需计算其中之一即可。

八、注意事项

1．焊接时要对各个功能模块电路进行单个测试，需要时可设计一些临时电路用于调试。

2．测试电路时，必须要保证焊接正确，才能打开电源，以防元器件烧坏。

4. 按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。

九、此电路的误差分析

综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有:

① 测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差;

② 电流表内阻串入回路造成的误差; ③ 测得纹波电压时示波器造成的误差;

④ 示波器, 万用表本身的准确度而造成的系统误差;

可以通过以下的方法去改进此电路:

① 减小接触点的微小电阻;

② 根据电流表的内阻对测量结果可以进行修正;

③ 测得纹波时示波器采用手动同步; ④ 采用更高精确度的仪器去检测;

十、综合总结

通过本次设计,让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标.也让我们认识到在此次设计电路中所存在的问题;而通过不断的努力去解决这些问题.在解决设计问题的同时自己也在其中有所收获.我们这次设计的这个直流稳压电源电路;采用了整流二极管(1N4007)电解电容(0.47F)来实现电压的调整部分;还通过LM7805实现电路的稳压控制,

我从中获得了很多有用的东西。比如说，在以前上课时没听懂的知识，现在通过自己的进一不了解，再结合自己以前所学的知识，对它有了新的认识。在此同时，我还学到了新的知识，在了解这一方面知识的同时，我好查阅了相关的图书和了解了网上最新的技术，为此，对我以后设计的进行打下了深厚的基础，我相信在以后的毕业设计中可以很轻松的操作。在此也要感谢老师对我的耐心教导，使我在制作过程中使用老师传达给我们的经验做出了我比较满意的实物，虽然还不很成功，但是通过第一次的亲自动手再加上老师传授的经验后，我不再是刚开始的无从下手了。