穩(wěn)壓電路設計綜述

1、多路輸出直流穩(wěn)壓源一課程設計任務 11.1 設計題目 11.2 設計要求 11.3 設計目的 1二 多路輸出直流穩(wěn)壓源設計各部分電路設計及說明 22.1 設計框圖 22.2 降壓電路 22.3 整流電路 32.3.1 半波式整流電路 32.3.2 橋式整流電路 42.4 濾波電路 62.4.1 電容濾波電路 62.4.2 電感濾波電路 824 3 n型濾波電路82.5 穩(wěn)壓電路 92.5.1 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理 92.5.2 三端固定輸出集成穩(wěn)壓器 112.5.3 三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的內(nèi)部電路結(jié)構 122.5.4 三端固定輸出支流穩(wěn)壓器的基本應用電路 132.5.5 提高電壓輸出的電

2、路 142.5.6 輸出正、負電壓的電路 14三安裝調(diào)試 15四心得體會 15五元器件清單 17六 參考文獻 18附錄 設計總圖 19一 課程設計任務1.1 設計題目 多路輸出直流穩(wěn)壓源。1.2 設計要求1 ）輸出 +5V/1A 、-5V/1A 、+12V/1A 、-12V/1A 、+5V/3A 。2 ）安裝調(diào)試。3 ）寫出報告。4 ）寫出課設體會。1.3 設計目的1 ）通過對模擬電子技術的課程設計，使所學的理論知識得到鞏固、擴大、深入和系統(tǒng)化。2 ）培養(yǎng)綜合運用所學的知識解決實際工程問題的能力，初步掌握模擬電路設計的方法和步驟。3 ）訓練和提高編寫設計文件，進行各種元器件和繪制電路的能力和技

3、巧。4 ）提高獨立鉆研問題的能力，培養(yǎng)嚴肅認真，實事求是，刻苦鉆研的工作作風。一、概要說明本文選擇的制作項目，是一個可作為實驗用的小功率多路輸出的集成穩(wěn)壓電 路。其理論知識對應于（全國中等職業(yè)技術電工類專業(yè)通用教材） 電子技術基 礎（第四版） 5-5 所編內(nèi)容。此類電路的應用具有現(xiàn)實意義， 其操作難度適中， 元器件屬通用型， 工具與測試 儀器也是常規(guī)的，因此，組織實際操作沒有技術上的困難。進行這類電子制作要達成的目標是：1. 從原理上，將單元電路組合成具有四種直流電壓輸出的電源；組成具有不 穩(wěn)壓和穩(wěn)壓兩種直流電源；組成固定和可調(diào)輸出兩種直流穩(wěn)壓電源。2. 從數(shù)據(jù)上，熟悉器件規(guī)格的選用原則和數(shù)據(jù)

4、。例如，濾波電容的耐壓數(shù)值 等。3. 從方法上，力求掌握電路制圖和識圖的基本要求與規(guī)范。以及器件的辨識 和常規(guī)測量。4. 從操作上，將電路中的器件比較合理的安排在線路板上，并能進行焊接、 檢查和基本測試。5. 從程序上，在完成電路組裝、檢查和加載測試之后，寫出能夠反映全部操 作實際情況的實驗報告來，還可以提出相應的改進意見來。二、工作原理 說明 因技術條件所限，本電源電路圖沒有采用 GB/T4728 新標準繪制，而是 沿用舊制標準繪制。 “多路輸出集成穩(wěn)壓直流電源電路圖 ”參見電路圖 1 。本電源電路圖沒有繪出整流變壓器， 繪制出從交流 24V 輸入端口至電源輸出 端口的全部電路圖。1. 電路

5、特點。本電路具有性能穩(wěn)定、集成度高、結(jié)構簡潔和元件通用性好的特點，制作容易、 幾乎不需調(diào)試，適合于小功率、低電壓環(huán)境下作實驗直流電源之用。2. 電路構成。整個電源電路由五部分組成。整流電路：VD1VD4組成橋式整流電路， VD6為直流電源指示。濾波電路：C1、C2組成第一級濾波電路，C5、C7和C9分別為第二級 濾波電路。C4為LM317T的ADJ端的濾波電容。穩(wěn)壓電路：分別由U1、U2和U3作為穩(wěn)壓核心元件。保護電路： VD5 有降壓和防止反向放電的保護作用。 C3、 C6、 C8 和 C10 為旁路電容，具有防止過電壓和消振作用。接口電路： J1 為交流 24V 輸入端口。 J2 為未穩(wěn)壓

6、直流（ 30V 左右）輸 出端口； J3為可調(diào)穩(wěn)壓（+ 228V ）直流輸出端口； J4為+ 12V輸出端口， J5為+ 5V輸出端口。3. 工作原理24V交流電壓由J1端口輸入，經(jīng)整流、濾波后形成約為+30V左右的直流電壓。此電壓流向分為四路：一路流經(jīng) VD6和R1作為直流電壓指示。二路 流入VD5，作為U2 (+ 12V )和U3 ( + 5V )的穩(wěn)壓電路輸入電壓。三路流入 U1的輸入端，作為可調(diào)穩(wěn)壓電路的輸入電壓。四路可由J2端口輸出未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電壓，可用于其它用途。(2)U3 (+ 5V)的輸入端接在U2 (+ 12V )的輸出端，使用時要注意輸出電 流值不要超過規(guī)定值。由U1LM

7、317T組成的可調(diào)輸出穩(wěn)壓器，與原理電路圖有所區(qū)別，在ADJ調(diào)整端與地端之間接入 C4 (10卩F/50V )的目的是為了提供更為穩(wěn)定的調(diào)整電 壓。RP1兩端并聯(lián)10K電阻，是保證U1輸出電壓的安全。電路輸出電壓可通 過調(diào)節(jié)電位器RP1實現(xiàn)，計算公式如下Ul 1.25 X( 1 +RP1/ R3/R2本電路在只有一個端口輸出時，其輸出電流值不大于1A為好。當有二個端口同時輸出時，其輸出電流值之和也以不大于 1A為限。器件名稱序號一型號數(shù)量備注電阻R1 3.9K 、R2 220 Q 、R3 10K、RP1 4.7K4RP1為實芯、線性。電容C0、C3、C6、C8、C10 均為 0.15均為 CB

8、B250V。C1 2 2200 卩 F/50V、C4 10 卩 F /50V、注意耐壓值。電解電容C5 470 卩 F/50V、C7 470 卩 F/25V、6C9 220 卩 F/16V二極管VD1 5 1N4007、VD6 LED 紅色 56三端集成穩(wěn)壓器U1 LM317T 、U2 LM7812、U3 LM78053與CW同型號可互換。接線端子J15兩孔接線端子5其它E1 n形鋁合金散熱片1E1與U1要配合。注：整流變壓器選用220V/24V/30VA。圖1多路輸出集成穩(wěn)壓直流電源電路圖匸二 LM7S12+njn | tVlGVoutU3 LM7B0?J5220uF L6rSV OUTei

9、 rr型鋁合金歆熱片 i；r LSin/TLEDTvrCI +1X001nac：jst INR1 3 9K-10V OtTT?L：fVj)hJr r77 33IL-UF SQ多路輸出集成德壓直流電源電路圖直流穩(wěn)壓電源課程設計摘要:直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器，整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟?。整流器把交流電變?yōu)橹绷麟?。?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。本設計主要采用多路輸出直流穩(wěn)壓構成集成穩(wěn)壓電路，通過變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓過程將220V交流電，變?yōu)榉€(wěn)定的直流電，并實現(xiàn)電壓可在+3+9V可調(diào)和實現(xiàn)固定輸出電壓比如12v,+5v。

10、現(xiàn)代工業(yè)和自動化生產(chǎn)過程中，會涉及大量的動態(tài)檢測和控制問題，其中振動和沖擊的精確測量顯得尤其重要。 對于振動和沖擊信號的獲取，最常見的是用壓電加速度傳感器，它將力學的輸入信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。但是，這個輸出信號必須要做適當?shù)奶幚聿拍軕?。因此，壓TL081 芯電加速度傳感器的后續(xù)適調(diào)電路，即電荷放大器的研究就顯得非常重要。我們用片來取代傳統(tǒng)電荷放大器所用的大量分離元件，優(yōu)化了電路設計。但是，由于 TL081 芯片 需12V的直流供電，而其它芯片需+5V電源驅(qū)動，因此，需要設計合適的多輸出直流穩(wěn)定 電源。 直流穩(wěn)壓電源一般分為線性和開關電源兩類。對于單片機數(shù)字控制的電路系統(tǒng)， 通常采用基于 PWM

11、控制的開關電源；而對于放大器的模擬控制系統(tǒng)，采用線性直流穩(wěn)壓電源 則更具有優(yōu)勢。 線性直流穩(wěn)壓電源具有穩(wěn)壓和濾波的雙重作用， 產(chǎn)生的干擾很小， 隨著集成 電路技術的發(fā)展， 較高輸出電流和數(shù)值可調(diào)的集成穩(wěn)壓器相繼出現(xiàn)， 由此而構成的線性直流 穩(wěn)壓電源結(jié)構簡單，維修方便，功率 200W 以下時，整機的體積也不大。一般來講，線性 直流穩(wěn)壓電源的紋波抑制比， 電壓調(diào)整率和噪聲抑制等性能比開關直流穩(wěn)壓電源要好。 更重 要的是工作可靠，故障率低，更適合于放大器的模擬控制系統(tǒng)。因此，針對電荷放大器的需要，本文提出了一種基于集成穩(wěn)壓器的多輸出線性直流穩(wěn)壓電源的設計。多路直流穩(wěn)壓電源的設計2.1、設計目的（1）

12、 學習基本理論在實踐中綜合運用的初步經(jīng)驗，掌握模擬電路設計的基本方法、設 計步驟，培養(yǎng)綜合設計與調(diào)試能力。（2）學會直流穩(wěn)壓電源的設計方法和性能指標測試方法。（3）培養(yǎng)實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。2.2、設計任務及要求（1）設計并制作一個連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，主要技術指標要求： 輸出電壓 Vo 及最大輸出電流 Iomax;I 檔 Vo=12 V 對稱輸出，lomax=100mA;II 檔 Vo=+5V, Iomax=300mA;III 檔 Vo= （+3+9 ） V 連續(xù)可調(diào)， Iomax=200mA 紋波電壓： Vop-pw 5mA; 穩(wěn)壓系數(shù)：SVW 0.005;（2）設計電路

13、結(jié)構，選擇電路元件，計算確定元件參數(shù)，畫出實用原理電路圖。（3）自擬實驗方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，交 指導教師審核。（ 4）批準后，進實驗室進行組裝、調(diào)試，并測試其主要性能參數(shù)。2.3、設計步驟（1）電路圖設計 確定目標： 設計整個系統(tǒng)是由那些模塊組成， 各個模塊之間的信號傳輸， 并畫出直流 穩(wěn)壓電源方框圖。 系統(tǒng)分析：根據(jù)系統(tǒng)功能，選擇各模塊所用電路形式。 參數(shù)選擇：根據(jù)系統(tǒng)指標的要求，確定各模塊電路中元件的參數(shù)。總電路圖：連接各模塊電路。2）電路安裝、調(diào)試 為提高學生的動手能力，學生自行設計印刷電路板，并焊接。 在每個模塊電路的輸入端加一信號， 測試輸出端

14、信號， 以驗證每個模塊能否達到所規(guī) 定的指標。 重點測試穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)。 將各模塊電路連起來，整機調(diào)試，并測量該系統(tǒng)的各項指標。2.4、總體設計思路和總體電路圖2.4.1直流穩(wěn)壓電源設計思路 電網(wǎng)供電電壓交流 220V（ 有效值 ）50Hz ，要獲得低壓直流輸出， 首先必須采用電源變 壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。 降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大） 脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉， 保留其直流成份。 濾波后的直流電壓， 再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓， 便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電 壓輸出，供給負載 RL

15、 。2.4.2直流穩(wěn)壓電源原理直流穩(wěn)壓電源是一種將 220V 工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置， 它需要變 壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成，見圖1。圖 1 直流穩(wěn)壓電源方框圖其中： 電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。 整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?0Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電 濾波電路： 可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。 穩(wěn)壓電路： 穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定， 不隨交流電網(wǎng)電壓和負載的變 化而變化。2.4.3 總體電路圖

16、2.5、單元電路設計與原理說明2.5.1電源變壓器電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐担⑺徒o整流電路，變壓器 的變比由變壓器的副邊電壓確定。2.5.2 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 2所示。在 u2 的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導通，D3、D4截止；u2的負半周內(nèi)，D3、D4導通，D1、D2截止。正負半周內(nèi)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在橋式整流電路中， 每個二極管都只在半個周期內(nèi)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 。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為 （U2 是變壓 器副

17、邊電壓有效值 ）。2.5.3、濾波電路濾波電路選用一個 3300F的大容量電解電容 C1和一個0.33卩F的小容量滌綸 CL11 型電容 C2 并聯(lián)濾波，如圖 3 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(lián)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(lián)。 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特性， 幾乎不存在電感。 在大電容 C1 上并聯(lián)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）。大電容的

18、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地線， 濾除各種高頻干擾成分。電路的輸出波形如圖所示2.5.4、穩(wěn)壓電路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4 所示。性能上，常用的集成穩(wěn)壓器有三端固定式、三端可調(diào)式和開關式。以三端固定式為例， 其正輸出為 7800（后兩位代表輸出的額定穩(wěn)壓值，00 是統(tǒng)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 （ UI-U0 ） 為2 V 3 V ;輸

19、出穩(wěn)壓的容差約為 5% ;最大輸出電流lOmax有0.1 A （如78L12 ）,0.3 A （如78M12 ）和1.5 A （如7812）等多種，部分器件的最大輸出電流可達2.2 A;其最大輸入電壓Ulmax 般是7818檔以下為35 V, 7824檔為40 V;電壓調(diào)整率 SU 一般為0.01%/V ;輸出電阻R0小于0.1 Q;紋波抑制比SVP 一般為50dB;溫度系數(shù)ST 一般為每度1mV 2.4 mV。圖4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0.33卩。C0作用是改善負載的順態(tài)響應，一般可選取

20、0.1卩F的電容，當采用大容量的電解電容時效果更好。穩(wěn)壓電源的輸入輸出端要跨接一個二極管,以防止集成穩(wěn)壓器輸出調(diào)整管損壞。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 +5 V （最大輸出電流0.3 A）和固定輸出12 V （最大輸出電流0.1 A）的直流電輸出，此外，還有一路 +3 V到+9 V （最大輸出電流0.2A ）連續(xù)可調(diào)的電壓輸出。（1）輸出+5 V :核心器件選用78M05三端集成穩(wěn)壓器，其輸出電壓為 +5 V，額定電 流0.1 A。當變壓器變壓后輸出 6.3 V交流電，經(jīng)KBPC810硅整流橋，整流后輸出約 6 V 電壓,濾波后由 78M0

21、5 三端集成穩(wěn)壓電源處理,輸出 +5 V 電壓,電流最大輸出為 0.3 A。（2）輸出+/-12 V :核心器件選用穩(wěn)壓器 78L12和79L12，組合應用這兩個穩(wěn)壓器件與一個硅整流橋相接，按圖5好電路就能輸出+/-12 V的電壓。組合用78L12和79L12時，公共輸出接地端用的是變壓器輸出端口的+12 V并分別接入78L12的接地引腳（GND ）和79L12 的電壓輸入引腳 （Vin） ;硅整流橋的正、 負輸出端口則分別接入 78L12 的電壓輸入端（Vin）和79L12的接地端；濾波電容用了兩個1000 uF首尾相接，連接處接公共輸出接地端。LM317 和（3）輸出+3V+9V , 0.

22、2A :該部分的核心器件為可調(diào)式三端集成直流穩(wěn)壓器滿量程696 Q的電位器RW。通過添加一些元件可以構成電壓從 +3V+9 V連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn) 壓電源。 并且解決了利用固定式穩(wěn)壓器和電位器進行調(diào)壓而引起的精度下降問題。但是要保證其輸入電壓 Ui 與輸出電壓 Uo 之差小于等于 40 V。主要電路如圖 6 所示：輸出電壓 Uo=1.25【1+ (Rw+R2 ) /R1】 V,R1 取 120Q，當；Rw=0 , R2=168Q , Uo=+3V。當RW滿量程時，輸出 Uo為+9 V。其中C1 (3300 , C2 (0.33)用來抑制高頻干擾； C3 用來提高穩(wěn)壓器紋波抑制比，減少輸出電壓中的紋波

23、電壓；C4 用來克服 LM317在深度負反饋工作下可能產(chǎn)生的自激振蕩,還可進一步減小輸出電壓中的紋波分量。D1 的作用是防止輸入端短路時,電容 C4 放電而損壞穩(wěn)壓器； D2 的作用是防止輸出端短路時C3 放電而損壞穩(wěn)壓器。2.5.5元器件選擇和電路參數(shù)計算說明一變壓器的選擇1 )確定副邊電壓 U2:根據(jù)性能指標要求： Uomin=3V Uomax=9V又/ Ui-Uoma浴(Ui -Uo)min Ui- Uoin I2*U2=3.6W選擇整流電路中的二極管變壓器的副邊電壓 U2=12V 橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為:橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為：查手冊選整流二極管

24、IN4001 ，其參數(shù)為:反向擊穿電壓 UBR=50V17V ,最大整流電流 IF=1A0.3A濾波電路中濾波電容的選擇1) 求 Ui:根據(jù)穩(wěn)壓電路的的穩(wěn)壓系數(shù)的定義：設計要求 U(X 5mV , SVC 0.005, Uo=+3V +9V, Ui=14V代入上式，則可求得 Ui= Uo/(Uo*Sv);2) 濾波電容 C設定 lo=lomax=0.2A , t=0.01S則可求得 C。注意： 因為大容量電解電容有一定的繞制電感分布電感，易引起自激振蕩，形成高頻 干擾，所以穩(wěn)壓器的輸入、輸出端常 并入瓷介質(zhì)小容量電容用來抵消電感效應，抑制高頻 干擾。2.6、電路仿真2.6.1 測試要求1 測試并記錄電路中各環(huán)節(jié)的輸出波形。2測量穩(wěn)壓電源