设计题目：集成直流稳压电源的设计集成直流稳压电源的设计1 设计目的及性能指标要求:掌握集成直流稳压电源的实验方法。

掌握用变压器、整流二极管、滤波电容和集成稳压器来设计直流稳压电源的方法。

掌握直流稳压电源的主要性能指标及参数的测试方法。

为下一个综合实验——语音放大电路提供电源。

设计一个双路直流稳压电源。

输出电压Uo = ±12V ，最大输出电流Iomax = 1A 。

输出纹波电压ΔUop-p ≤5mV , 稳压系数SU ≤5×10-3 。

选作：加输出限流保护电路。

2电路框图和原理图方案一：采用LM317、LM337共地可调式三端稳压器电源LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压，不过它只能允许可调的正电压，稳压器内部含有过流，过热保护电路；由一个电阻（R）和一个可变电位器(RP)组成电压输出调节电路，输出电压为：Vo=1.25(1+RP/R)。

LM337输出为负的可调电压，采用两个独立的变压器分别和LM317及LM337组装，操作比较简单。

电路图2-1所示图2-1 LM317与LM337组装电路方案二: 采用LM7812和LM7912组装成稳压电路固定式三端稳压器LM7812和LM7819组装电路可对称输出±12v,其电路图如图2-2所示.图2-2 LM7812和LM7912组装方案的最终选择方案一的电路由三端可调式稳压器LM317和LM337组装而成,可输出范围为±1.25 -±12连续可调,通过对Rw的调整可输出+5V, ±12,(3-9)V连续可调.其电路组装比较简单,但输出所需电压时需要调整可变电阻,不能直接输出,因此使用时不方便.方案二由三端固定式稳压器组成,所用器件较少,并且电路组装简单,不会增添麻烦,在方案二中可直接得到+5v和±12的输出电压.使用式比较方便,综上所述,方案二比方案一合理,因此选择方案二。

3单元电路的设计思想和基本原理及器件的选择集成直流稳压电源由四部分组成:四部分分别为:电源变压器,整流电路,滤波电路,稳压电路,方框图3-0下面为直流稳压电源的原理框图和波形变换。

图 3-0 集成直流稳压电源3.1 电源变压器:电源变压器的效率电源变压器是将220V ，50HZ 交流电压降压后输出到副边。

其中：2P 是变压器副边的功率，1P 是变压器原边的功率。

一般小型变压器的效率如表1所示：表1 小型变压器的效率副边功率2PVA 10< VA 30~10 VA 80~30 VA 200~80 效率η 0.6 0.7 0.8 0.85因此，当算出了副边功率2P 后，就可以根据上表算出原边功率1P 。

例如对本次课程设计原边边电功率为20，由表可知其效率η=0.7，则变压器副功率1P 为14W 。

3.2 整流电路管D 1～D 4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。

如图3-2-1图3-2-1 桥式整流电路 图3-2-2 桥式整流原理在v 2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D 1流向R L ，再由二极管D 3流回变压器，所以D 1、D 3正向导通，D 2、D 4反偏截止。

在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。

其电流通路可用图中实线箭头表示。

在v2的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向R L，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。

电流流过R L时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。

其电流通路如图中虚线箭头所示。

综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。

结合上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图3-2-23.3 滤波电路及滤波电容的选择滤波电路及其原理如下图3-3-1所示:3-3-1 RC滤波电路3-3-2 RC滤波电路电容滤波电路中二极管的电流和导通角为了得到平滑的负载电压，一般取R L C>=(3~5)T/2式中T为电源交流电压的周期。

一般选几十至几千微法的电解电容，耐压> 1.1√2U2。

滤波电容的容量可由下式估算：C=I C t/ΔV ip-p式中ΔV ip-p——稳压器输入端纹波电压的峰-峰值；T——电容C放电时间，t=T/2=0.01SI C——电容C放电电流，可取I C=I omax，滤波电容C的耐压值应大于1.4 V2。

3.4稳压电路由于稳压电路发生波动、负载和温度发生变化，滤波电路输出的直流电压会随着变化。

因此，为了维持输出电压稳定不变，还需加一级稳压电路。

稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）等发生变化时，使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。

稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件组成。

采用集成稳压器设计的电源具有性能稳定、结构简单等优点。

3-4-1三端可调式稳压器及其电路3-4-2三端固定式稳压器集成稳压器的种类很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。

按照输出电压类型可分为固定式(图3-4-2)和可调式(图3-4-1)，此外又可以分为正电压输出和负电压输出两种类型。

按照设计要求本设计要用到固定式三端稳压器。

4元件介绍及元件参数的计算4.1稳压器的参数计算电源变压器将来自电网的220V交流电压U1变换为整流电路所需要的交流电压U2。

4.1.1根据LM7812,LM7912计算变压器副边输出电压7812的输出电压Uo为（5-24）V，最小输入输出压差8V，最大输入输出压差为40V，7812的输入电压范围为： 20V≤Ui≤52VU2≥Uimin/1.1=18V取U2=20V,I2=0.5A变压器副边电压P2≥I2U2=10V为留有余地同样选择20V/20W变压器4.2 滤波电容的参数计算滤波电容的容量可由下式估算：C=I C t/ΔV ip-p式中ΔV ip-p——稳压器输入端纹波电压的峰-峰值；T——电容C放电时间，t=T/2=0.01SI C——电容C放电电流，可取I C=I omax，滤波电容C的耐压值应大于1.4 V2。

在本实验中Sv=ΔVo/Vo/ΔVi/Vi式中，Vo=9v 、V i=12v、ΔVop-p=5mv、Sv=0.005则ΔV i =ΔVop-p V i / Vo Sv=1.4v所以滤波电容C= I C t/ΔV ip-p = I omax t/ΔV ip-p =0.003636uFC的耐压值应大于1.4 V2=21v。

由于之前模电实验可知在实际制作过程中采用比理论值小的电容同样能达到很好的滤波效果，因此采用3000μF的电容。

4.3 稳压器的选择设计要求输出电压为:要求输出±12V对称输出电压，以及+5V电压。

78××系列和79××系列为固定式三端稳压器，可分别输出正电压和负电压。

7812可输出+12V，7912可输出-12V，二者组装可得到±12V对称输出。

因此稳压器选择LM7812,LM7912。

5 电路总图根据元器件参数的计算结果选择适合的元件组成部分电路，并将元件参数标于电路图中。

将个部分电路综合得到可输出集成直流稳压电源电路总图，如图5-1所示。

由7812和7912组装而成，输出电压为±12对称输出。

5-1 三档集成直流稳压电源电路图6 测试先装集成稳压电路，再装整流滤波电路，最后安装变压器。

安装一级测试一级。

对于稳压电路则主要测试集成稳压器是否能正常工作。

其输入端加直流电路Vi≤12V，调节RP1，输出电压Vo随之变化，说明稳压电路正常工作。

整流滤波电路主要是检查整流二极管是否接反，安装前用万用表测量其正反电阻。

接入电源变压器，整流输出电压Vi应该为正。

断开交流电源，将整流滤波电路与稳压电路相连接，再接通电源，输出电压V o为规定值，说明各级电路均正常工作，可以进行各项性能的测试。

测试工作在室温下进行。

测试内容：测试桥式整流输出电压及其波形，用示波器观察桥式整流输出电压的波形测算出其电压大小。

桥式整流输出电压的波形，测试滤波后输出电压及其波形，用万用表测出滤波后输出电压的电压值，并用示波器观察其输出电压的波形。

滤波输出电压波形。

稳压部分，稳压电源电路开路电压，用万用表测量稳压电源电路开路电压为一恒定值。

用实验室示波器测量纹波电压。

7 仿真分析7.1 电源变压器在变压器初级接入220V/50HZ的交流电，用示波器观察变压器输入、输出电压V i、Vo的波形。

仿真后的输出结果如图6-1-2所示，其中幅度大的为输入电压V i波形，幅度小的为经电源变压器以后的输出电压V o的波形。

可见经变压器后220V正弦信号变为所需电压值。

6-1-1 电源变压器测试图6-1-2 电源变压器测试波形7.2 整流电路连接整流电路并串联上电阻，分别用示波器和万用表测量输出电压波形和有效值。

6-2-1 整流电路6-2-2 整流电路测试波形仿真分析：如示波器显示所示，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。

7.3 滤波电路在整流滤波电路的基础上加滤波电容，用示波器观察滤波后输出电压的波形并用万用表直流电压档测量输出电压。

6-3-1 整流滤波电路的测试6-3-2 滤波电路波形测量由示波器输出波形可知经过滤波后波形为锯齿波，输出电压趋于稳定。

7.4 稳压电路连接含有LM7812和LM7912的稳压电路，6-4-1如图，用示波器检测器输出两端的波形，如图6-4-2.6-4-1 LM7812和LM7912组装电路北京交通大学《模拟电子技术基础》实验设计报告6-4-2 稳压电路输出波形8 设计小结与体会通过这次实验，进一步掌握了基本的焊接技术，了解到在工程设计中元件布局和线路布线的重要性和必要性，感受到电子技工在工作时的耐心和兴奋，培养了在电路设计中必须的大局思维，锻炼了在焊接电路时需要的精雕细琢的手艺，，通过亲身的实践，用理论来指导实践，用实践来验证理论。

就如按照布局图纸上的设计方案连接好电路后，通过实际观测输出数据，对照理论值进行分析比较，找出焊接工艺中存在的漏洞，分析各元件的误差。

在这次实验过程中，也遇到不少问题，但在独立思考和互相交流的情况下，最终都能顺利完成任务。

其中，在初次设计布局图和布线图时，电位器的摆放和布线造成很多困扰，独立思考了一段时间后终于想到一个比较可行的方案，接着和周围的同学互相交流布线方案，通过交流，发现到自己布局和布线上存在的不足和亮点。