长 沙 学 院
课程设计说明书
题系
(
部
目 )
直流稳压源的设计 电子与通信工程系 电气工程及其自动化二班
龙敏 2010042209 刘亮、龙英、马凌云老师
2010年12月5号
专业(班级) 姓学指起
名 号
导止
教日
师 期
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模拟电路课程设计任务书
一．设计题目
直流稳压电源的设计
二．技术参数和设计要求
1. 技术参数
（1）设计一个可以输出±12伏、±5伏和可以连续调节的直流电压源; （2）输出电流额定值为150mA最大为500mA; （3）额定电流输出时，△V0/ V0≤10%。 2. 设计要求
（1） 根据技术参数设计电原理图;
（2） 计算并选择电路元件及参数(含电源变压器)； （3） 仿真调试电路； （4） 撰写设计说明书。 三．设计工作量
设计时间一周，2011年下学期进行。
四．工作计划
星期一：布置设计任务，查阅资料；
星期二~星期三：设计方案论证，进行电路设计，计算并选择电路元件及参数； 星期四：仿真调试电路
星期五：撰写设计报告书，进行个别答辩。 五．参考资料
1．彭介华，《电子技术课程设计指导》，北京：高等教育出版社，1997； 2．高吉祥，《电子技术基础实验与课程设计》，北京：电子工业出版社，2005； 3．童诗白，《模拟电子技术基础》，北京：高等教育出版社，1988； 4．康华光，《电子技术基础——模拟部分》，北京：高等教育出版社，2006 5．本课程教材 六．指导教师
马凌云 刘亮 龙英 七．系部审批
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长沙学院课程设计鉴定表 姓名 龙敏 学号 2010042209 专业 电气工程及其班级 二班 自动化 直流稳压源的设计 指导教师 刘亮老师 设计题目 指导教师意见： 评定等级： 教师签名： 日期： 答辩小组意见： 评定等级： 答辩小组长签名： 日期： 教研室意见： 教研室主任签名： 日期： 系（部）意见： 系主任签名： 日期：
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目录
第一章、直流稳压电源的设计 .................................................................... 5 （1）、什么是直流稳压电源 .................................................................. 5 (2)、直流稳压源的组成 .......................................................................... 5 （3）、直流稳压电源各单元电路的原理方案 ...................................... 6 a、电源变压器 .................................................................................... 6 b、整流电路 ....................................................................................... 7 C、滤波电路 ....................................................................................... 7 d、稳压电路 ....................................................................................... 7 （4）、设计原理图及具体功能 .............................................................. 8 第二章 运用Multisim对电路进行仿真 ..................................................... 9 （1）、什么是Multisim ........................................................................... 9 (2)、运用multisim对电路进行仿 ......................................................... 9 （3）、仿真结果说明 ............................................................................... 9 第三章用protel软件画出原理图 .............................................................. 10 （1）什么是protel ................................................................................ 10 （2）、运用protel画出原理图 ............................................................. 11 第四章 用PCB生成电路 .......................................................................... 11 （1）、什么是PCB ................................................................................ 11 (2)、建立PCB文件 .............................................................................. 11 (3)运用PCB生成原理图 ...................................................................... 12 第五章 误差分析、数据记录及其心得 .................................................... 12
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1、误差分析 ........................................................................................... 12 2、数据记录 ........................................................................................... 12 3、心得 ................................................................................................... 12 参考文献 ...................................................................................................... 13
第一章、直流稳压电源的设计
（1）、什么是直流稳压电源
电子设备中需要的直流电源可以用干电池（例如大多数半导体收音机）或其它直流能源（例如太阳能电池等）。但是相对来说，这些电源每“瓦时”所需的费用较高。在有交流电网的地方，一般采用将交流电变为直流电的直流稳压电源。
直流稳压电源是先把交流电变为脉动的直流电，再通过滤波电路和稳压电路，是输出直流电压稳定。
(2)、直流稳压源的组成
直流稳压电源要将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压，它需要经过变压、整流、滤波、稳压四 个环节才能完成，基本框图如图2-1所示：
变压 整流 滤波 稳压 u1 u2 u5 u3 u4 u1 u2 u3 u4 u5 t t t 0 t 0 0 0 0 t 四个环节的工作原理如下：
(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：整流电路将交流电压变换成脉动的直流电压。
常用的整流电路有全波整流、桥式整流等。桥式整流电路是由四个二级管构成的一个整流电路，电压提供可以是一组交流电源输出为全波的脉动直流电。其优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。全波整流电路中一种是桥式整流，另
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一种是双半波整流。要求提供的电压的变压器为两个相同线圈串连在一起，三个线头两端各接一个整流管，构成两个半波整流电路两个二级管的末端接在一起，同中间的串连接头，分别为电路的正负极。 (3)滤波电路：整流电路是将交流电变成直流电的一种电路，但其输出的直流电的脉动成分较大，而一般电子设备所需直流电源的脉动系数要求小于0.01。故整流输出的电压必须采取一定的措施．尽量降低输出电压中的脉动成分，同时要尽量保存输出电压中的直流成分，使输出电压接近于较理想的直流电，这样的电路就是直流电源中的滤波电路。
尽管经过整流滤波后电压接近于直流电压，但是其电压值的稳定性很差，它受温度、负载、电网电压波动等因素的影响很大，因此，还必须有稳压电路，以维持输出直流电压的基本稳定。
(4)稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压维持稳定，基本不随交流电网电压和负载的变化而变化。
（3）、直流稳压电源各单元电路的原理方案 a、电源变压器
电源变压器是将交流电网220V50HZ的电压变为所需要的电压值，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。选择电源变压器 （1）确定副边电压U2:
根据性能指标要求：Uomin=3V Uomax=18V
又 ∵ Ui-Uomax≥(Ui-Uo)min Ui-Uoin≤(Ui-Uo)max 其中：（Ui-Uoin）min=3V，(Ui-Uo)max=40V ∴21V≤Ui≤43V
此范围中可任选 ：Ui=25V=Uo1 根据 Uo1=(1.1～1.2)U2 可得变压的副边电压： （2）确定变压器副边电流I2 ∵ Io1=Io
又副边电流I2=(1.5～2)IO1 取IO=IOmax=1A 则I2=1.5＊1A=1.5A （3）选择变压器的功率
变压器的输出功率：Po>I2U2=37.5W
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b、整流电路
整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2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RL，且方向是一致的。
输出直流电压V1与交流电压有效值V2关系为V1=1.1V2 通过 每只二级管的平均电流0.45V2/R
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 。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。
C、滤波电路
滤波电路选用一个700μF 的大容量电解电容C1 和一个0.33μF 的小容量涤纶CL11 型电容C2 并联滤波，如图3 所示。理论上，在同一频率下容量大的电容其容抗小，这样一大一小电容相并联后其容量小的电容C2 不起作用。但是，由于大容量的电容器存在感抗特性，等效为一个电容与一个电感串联。在高频情况下的阻抗反而大于低频时的阻抗，小电容的容量小，在制造时可以克服电感特性，几乎不存在电感。在大电容C1 上并联一个小电容C2 可以补偿其在高频下的不足。当电路的工作频率比较低时，小电容不工作（容抗大相当于开路）。大电容的容量越大滤波效果越好。当电路的工作频率比较高时（输入信号的高频干扰成分），大电容由于感抗大而处于开路状态。这时高频干扰成分通过小电容流到地线，滤除各种高频干扰成分。电路的输出波形如图所示
d、稳压电路
稳压电路选用三端集成直流稳压器，其电路连接方式一般如下图 所示。
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性能上，常用的集成稳压器有三端固定式、三端可调式和开关式。以三端固定式为例，其正输出为7800（后两位代表输出的额定稳压值，00 是统称）系列，负输出为7900 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-U0）为2 V ~3 V；输出稳压的容差约为5%；最大输出电流IOmax有0.1 A （如78L12），0.3 A （如78M12）和1.5 A （如7812）等多种，部分器件的最大输出电流可达2.2 A；其最大输入电压UImax 一般是7818 档以下为35 V，7824 档为40 V；电压调整率SU 一般为0.01%/V；输出电阻R0小于0.1Ω；纹波抑制比SVP 一般为50dB；温度系数ST 一般为每度1mV ~2.4 mV。图4 中，引脚1 为电压变换的输入端，引脚2 为电压变换后的输出端，引脚3为接地端。电容Ci 作用是改善纹波和抑制输入的过电压，一般取值为0.33 μF。C0 作用是改善负载的顺态响应，一般可选取0.1μ F 的电容，当采用大容量的电解电容时效果更好。稳压电源的输入输出端要跨接一个二极管，以防止集成稳压器输出调整管损坏。
（4）、设计原理图及具体功能
U5LM117HVinADJVout13R1100kΩR35.1kΩ50%Key=AR405.1kΩKey=A50%XMM67R2100ΩXMM51214C1610µFC140.1µFC1710µFC150.1F15U6LM137HLINEVOLTAGEVREGCOMMON18XMM3XMM1U1LM7805CTLINEVOLTAGEVREGCOMMONU3LM7812CTLINEVOLTAGEVREG811C11100nFC12100uF14V142D11T1220 Vrms 050 Hz 50°TS_PQ4_16C8C6500µF100nFC11mFC7100nFCOMMONC2C3100nF100uF231B4B42C9370µF0XMM4C10C4100nF100uFU4LM7912CTLINEVOLTAGEVREGCOMMON9U2LM7905CTLINEVOLTAGEVREGCOMMONC13XMM2C5100uF100nF10
本设计是把几个供电模块集成到一个供电电源上，能够同时提供固定输出+12 V、-12V（最大输出电流1 A） 和固定输出、+5V、+5V（最大输出电流1 A）的直流电输出。
（1）输出+/-12 V：核心器件选用稳压器7812 和7912，组合应用这两个稳压器件与一个硅整流桥相接，按下图连好电路就能输出+/-12 V 的电压。组合用7812 和7912时，公共输出接地端用的是变压器输出端
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口的+12 V 并分别接入7812 的接地引脚（GND）和7912的电压输入引脚（Vin）；硅整流桥的正、负输出端口则分别接入7812的电压输入端（Vin）和7912 的接地端；滤波电容用了两个1000 uF 首尾相接，连接处接公共输出接
（2）输出+/-5V：核心器件选用7805 三端集成稳压器，其输出电压为+5 V，额定电流1A。当变压器变压后输出8.4V 交流电，经KBPC810 硅整流桥，整流后输出约6 V电压，滤波后由7805 三端集成稳压电源处理，输出+5V电压，电流最大输出为1 A.7905稳压器则输出为-5V。
（3）输出正负可调1.2V-37V,(-1.25V)-(-37V): 核心器件选用LM117 三端集成稳压器和LM137三端集成稳压器。
第二章 运用Multisim对电路进行仿真
（1）、什么是Multisim
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
(2)、运用multisim对电路进行仿 （3）、仿真结果说明
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220V、50Hz交流电经过变压器TR1，输出20V的波动电压，经过整流桥后，呈现的是图三全波整流波形，接着，经过1uF的滤波电容后，变为含有较小谐波的直流电压，波形如图四所示
趋向于直线，接近直流，最后，电压通过7812稳压器，谐波被去除，成为较为稳定的直流电，如图五所示，达到实验要求。而-12V电压由于采用7912稳压器， 输出类似于+12V，输出波形一致。
第三章用protel软件画出原理图
（1）什么是protel
Protel 99采用全新的管理方式，即数据库的管理方式。Protel 99 是在桌面环境下第一个以独特的设计管理和团队合作技术为核心的全方位的印制板设计系统。所有Protel 99设计文件都被存储在唯一的综合设计数据库中，并显示在唯一的综合设计编辑窗口。Protel 99软件沿袭了Protel以前版本方便易学的特点，内部界面与Protel 98大体相同，新增加了一些功能模块。Protel公司引进了德国INCASES公司的先进技术，在Protel99中集成了信号完整性工具，精确的模型和板分析，帮助你在设计周期里利用信号完整性分析可获得一次性成功和消除盲目性。Protel99容易使用的特性就是新的“这是什么”帮助。按下任何对话框右上角的小问号，然后选择你所要的信息。现在可以很快地看到特性的功能，然后用到设计中，按下状态栏末端的按钮，使用自然语言帮助顾问。
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（2）、运用protel画出原理图
就好像你到一个图书馆里找一些书，你必须知道书的名字，然后按分类到相应的目录中检索类似。所以你要找元件，必须熟悉元件元件名称，搜索工具使用方法等。
元件库有个可用元件库，常用的元件和插接件在安装软件时就安装到了可用元件库中，一些不常用的元件是按照生产厂商归类的，主要使用搜索工具，输入元件名去搜索，元件名不要输入得太精确，因为不同厂商命名元件规则不同。比如LM7812，你输入78*12才好搜得到
第四章 用PCB生成电路
（1）、什么是PCB
当我们设计了原理图，生成了网表，下一步就要进行PCB设计。
(2)、建立PCB文件
要进行PCB设计，必须有原理图，根据原理图才能画出PCB图。按照上述板框导航生成一张“IBM XT bus format”形式的印制板边框。选择PCB设计窗口下的“Design”中的“Add/Remove Library”，在对话框上选择“4 Port Serial Interface.ddb”,在“\\Design Explorer 99\\Examples”文件夹中选取，点取“Add”,然后“OK”关闭对话框。在左侧的导航树上，打开“4 Port Serial Interface.prj”原理图文件，选择“Design”下的“Update PCB”,点取“Apply”,“Update Design”对话框被打开，点取“Execute”选项。对话框“Confirm Component Associations”对话框将被打开，网络连接表列出，选择应用“Apply”更新PCB文件，由于Protel99采用同步设计，因此，不用生成网表也可以直接到PCB设计。这时，一个的带有网络表的PCB文件将生成。
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(3)运用PCB生成原理图
第五章 误差分析、数据记录及其心得
1、误差分析
（1）仿真都是比较理想状态下进行的，所以在实物成型时由于电阻、电容等器件本身的误差会导致一定的误差。
（2）滤波电容选择的不同也可能导致误差。
（3）在测量整流之后的波形时，应当注意电路的连接，不然得不到要求的波形。 （4）滤波电容选择时，不可太大也不可太小，不然会造成滤波效果不好。 （5）实验时连线注意连好，不然可能造成不必要的错误。
2、数据记录
经过仿真之后显示的波形基本满足实验设计的要求，输出在电流表、电压表的测量下，在误差允许的情况下满足设计要求分别输出：±12V/1A，±5V/1A，一组可调正电压+(-1.2V)~+(-37)V/1A。
3、心得
这次我所选的这个课题本以为做过就很简单，其实不然，电路的复杂程度让我头疼，不过只要认真
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仔细的去弄了，还是能搞出来的。
线性直流稳压电源在日常生活中的应用是非常广泛的，其性能的稳定性是保证设备正常运行的重要前提，所以如何设计高性能、高指标的稳压电源具有重要意义。
本次设计的直流稳压电源采用的是集成稳压器，这样设计可以使得输出的电压更加的稳定，也使电路更加的简单。这样可以对稳压电源各个部分的设计原理会更加清楚，而且对所学知识的巩固和提高有很大帮助。本次设计通过稳压电源电路的设计，使我对硬件电路的制作过程有了充分地了解，感觉最难的是电路的参数设计这一块，这部分涉及的内容较多，要真正弄懂它的原理其实真的不是一件易事。这次的课程设计使我们在课堂上学到的知识应用实践上来，更深刻的理解了学到的知识。但是从中我们更学到了很多课堂上学不到的东西，例如锻炼了我们的实际操作能力和克服困难的信心，这次的课程设计让我们受益匪浅。
参考文献
[1]吴友宇，伍时和，凌玲. 模拟电子技术基础[M]. 北京：清华出版社，2009. [2]康华光,陈大钦.电子技术基础模拟部分(第四版)[M].北京：高等教育出版社, 2004. [3]张丽华，刘勤勤.模拟电子技术基础仿真实验[M].西安：电子科技大学出版社，2008. [4] 刘岚，叶庆云.电路分析基础[M].北京：高等教育出版社，2009.
[5]华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006. [6]彭介华，《电子技术课程设计指导》，北京：高等教育出版社，1997； [7]高吉祥，《电子技术基础实验与课程设计》，北京：电子工业出版社，2005； [8]童诗白，《模拟电子技术基础》，北京：高等教育出版社，1988； [9]康华光，《电子技术基础——模拟部分》，北京：高等教育出版社，2006 [10]本课程教材
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