西安文理学院机械与材料工程学院
专业课程设计报告
专业班级 测控技术与仪器一班 课 程 电子技术课程设计
题 目 直流稳压电源的设计 学 号 学生姓名 指导教师
2017年3月
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西安文理学院机械与材料工程学院
课程设计任务书
学生姓名 11 专业班级 15级测控技术与仪器1班 学 号 2807150120
指导教师 22 职 称 讲师 教研室 测控
课 程 电子技术课程设计 题目
直流稳压电源的设计
任务与要求
使用Multisim仿真软件，设计一个采用220V，50Hz交流电网供电，固定输出的集成稳压电源，其指标为UO=+12V； IOmax=800mA。 设计要求：
(1) 设计系统总体框架 (2) 设计电路
(3) 绘制电路图并仿真 (4) 撰写设计报告
开始日期 2017.3.10 完成日期 2017.3.24
2017年 2 月 24 日
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直流稳压电源的设计
摘要
本设计是设计一个由220V，50Hz交流电源供电，输出为12V电压，限制电流800mA的交流稳压电源。
首先使用电源变压器将220V的电网电压变成所需要的交流电压，经过由二极管组成的桥式整流电路，将正负交替的正弦交流电压变成单方向的脉动电压，再经过滤波电容使输出电压成为比较平滑的直流电压，在以三端固定式集成稳压器7812为核心构成的直流稳压电路，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。这类稳压器有输入，输出和公共端三个端口，输出电压固定不变，所以输出稳定性极好。本设计就是应用上述原理实现了直流稳压电源的设计。
关键词：直流稳压电源；三端稳压器；变压器；滤波电容；整流二极管。
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目录
第一章 任务与要求 ........................................................... 1 第二章 总体布局与各部分电路分析 ............................................. 1
2.1 系统模块 ............................................................ 1 2.2 总体设计 ............................................................ 1 2.3 直流电源的组成及各部分的筛选与作用 .................................. 2
2.3.1 变压电路 ..................................................... 2 2.3.2 整流电路 ..................................................... 2 2.3.3滤波电路 ...................................................... 6 2.3.4稳压电路 ...................................................... 7
第三章 制作和调试 ........................................................... 8 第四章 实验心得体会及致谢 ................................................... 9 第五章 参考文献 ............................................................ 10
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第一章 任务与要求
使用Multisim仿真软件，设计一个采用220V，50Hz交流电网供电，固定输出的集成稳压电源，其指标为UO=+12V； IOmax=800mA。
设计要求：
(1) 设计系统总体框架 (2) 设计电路
(3) 绘制电路图并仿真 (4) 撰写设计报告
第二章 总体布局与各部分电路分析
2.1 系统模块
此系统包括电源变压器、整流电路、滤波电路、和稳压电路四大部分：
2.2 总体设计
电子设备一般都需要直流电源供电。这些直流电除了少数直接利用干电池和直流发
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电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源
直流稳压电源框图
直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图所示。电网供给的交流电压厂U1（220V，50Hz）经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压U2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压U3，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压U4，但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。
2.3 直流电源的组成及各部分的筛选与作用
2.3.1 变压电路
变压电路相对简单，仅有一个单相变压器，变压器将220V市电转化为电路能承担的电压。
2.3.2 整流电路
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整流电路是利用二极管的单向导电性，将交流电压转换为直流电压的电路。有半波整流、全波整流以及桥式整流，最常用的是单相桥式整流电路。 1）半波整流电路
半波整流电路如图3.2.1 a所示，变压器的次级绕组与负载相接，中间串联一个整流二极管就是半波整流电路。利用二极管的单向导电性，只有半个周期内有电流流过负载，另半个周期被阻，没有电流。这种电路，变压器中有直流分量流过，降低了变压器的效率，整流电流的脉动成分太大，对滤波电路的要求只适用于小电流整流电路。图中T为电源变压，RL为电阻性负载。
2．工作原理
电路的工作过程是在U2的正半周（ωt=0～π），二极管因加正向偏压而导通，有电流iL流过负载电阻RL。由于将二极管看作理想器件，故RL上的电压UL与U2的正半周电压基本相同。可画出整流波形如图3.2.1(b)所示
3. 优缺点
优点：结构简单，使用元件少。
缺点：只利用了电源的半个周期，输出直流分量较低，且输出电压波动较大，电源变压器的利用率也比较低。 2）全波整流 1.电路组成
全波整流电路如图3.2.2(a)所示，它是在半波整流电路的基础加以改进而得到的。
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它的指导思想是利用具有中心抽头的变压器与两个二极管配合，使两个二极管在正半周和负半周内轮流导电，而且二者流过RL的电流保持同一方向，从而使正、负半周在负载上均有输出电压。
2. 工作原理
电路的工作过程是在u2的正半周（ωt=0～π），D1正偏导通，D2反偏截止，RL上有自上而下的电流流过，RL上的电压u21相同，在u2的负半周（ωt =π～2π），D1反偏截止，D2正偏导通RL上也有自上而下的电流流过，RL上的电压与U2相同。可画出整流波形如图3.2.2(b)所示。可见，负载RL上得到的也是一单向脉动电流和脉动电压。
5. 优缺点
优点：电源利用率高，输出电压波动小，输出电压比半波整流提高了1倍，且每个管子通过的电流仅为负载电流的1/2。
缺点：该电路输出电压的直流成分(较半波)增大；整流二极管需承受的反向电压高，要求管子的耐压值比半波整流的耐压值提高了1倍；且需要个有中心抽头的变压器，工艺复杂，成本高。
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3）桥式整流 1. 电路组成
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。桥式整流电路如图3.2.3所示，图中变压器的作用是将交流电网压，U1变成整流电路要求的交流电压 ，RL 是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D 1～D 4 接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。
2. 工作过程
单相桥式整流电路的工作原理可分析如下。为简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。
在U2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D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2 、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3.2.3（a）中实线箭头表示。在U2的负半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D2流向RL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RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相其电流通路如图3.2.3（b）中虚线箭头所示。
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根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图。由图3.2.5可见，通过负载RL的电流IL以及电压UL的波形都是单方向的全波脉动波形。
5.优缺点
由上述可以看出，桥式整流具有全波整流的全部优点，而且避免了全波整流的缺点。桥式整流的缺点是需要四只二极管。目前，桥式整流应用最广泛。
2.3.3滤波电路
滤波电路通常有电容滤波，电感滤波，复式滤波。 1）电容滤波电路
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由于电容滤波后，输出直流电流提高了，而导电角却减小了，故整流管在短暂的导电时间内将流过一个很大的冲击流，这样易损坏整流管，所以应选择If较大的整流二极管，一般选用二极管 IF（2～3）
为了获得较好的滤波效果，实际工作应按下式选择滤波电容的容量，其中T为交流电网电压的周期，一般电容值较大（几十至几千微法），故选用电解电容器，其耐压值应大于U2
RLC (3～5)
电容滤波整流电路，其输出电压U0在U2～0.9U2之间。当满足上式时，可按下式进行估算：U01.2U2
2.电容滤波电路的特点：电路结构简单，使用方便。 2）电感滤波电路
由于电感的直流电阻小，交流阻抗大，因此直流分量经过电感后基本没有损失，但是对于交流分量，经jL和RL分压后，大部分降在电感上，因而降低了输出电压的脉动成分。L愈大，RL愈小，滤波效果愈佳，所以电感滤波适用于负载电流比较大和电流变化较大的场合
3）复式滤波电路。
2.3.4稳压电路
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交流电经过整流滤波可得平滑的直流电压，但当输入电网电压波动和负载变化时，输出电压也随之而变。因此，需要一种稳压电路，使输出电压在电网波动，负载变化时基本稳定在某一数值。
常见的有硅稳压管稳压电路和串联型直流稳压电路。
随着工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件。它具有体积小，重量轻，使用方便，运行可靠和价格低等一系列优点，因而得到广泛应用。目前最简便的是三端集成稳压电路，它只有三个引线端：不稳定电压输入端，稳定电压输出端和公共接地端。只要按需要选定型号，再配上适当的散热片，就可以接成稳压电路。
这里选择三端集成稳压器7812。如图，其输出为固定电压，其中，电容C2是在输入引线较长时抵消其电感效应以防止产生自激；C1用来减小输出脉动电压并改善负载的瞬态效应，即瞬时增减负载电流时不致引起输出电压有较大的波动。使用时应防止公共端开路，因为当公共端开路时，其输出电位接近于不稳定的输出电位，有可能使负载过压而损坏。
第三章 制作和调试
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1.确定模块组成：电网电压，电源变压器，整流电路，滤波器，稳压电路，负载。 2.系统分析：根据系统功能，选择各模块电路形式，即单相桥式整流电路，电容滤波电路，三端集成稳压电路。
3.参数选择：根据系统指标要求，确定各模块中元件的参数 C3为电解电容，它属于滤波电容，根据公式RLC (3～5) 故C3可选为120uF
电容C2是在输入引线较长时抵消其电感效应以防止产生自激；电容C1用来减小输出脉动电压并改善负载的瞬态效应。通过书籍查阅得出的经验值
故C2=300nF，C1=1uF 4．设计电路
第四章 实验心得体会及致谢
这是我的第一次的课程设计，因为经验的不足，如果独立完成这次课程设计极其困通过本次设计，让我进一步了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指难，感谢老师的督导和同学们的帮助，我顺利的完成了这个课程设计。
标，也让我认识到此次设计电路中存在的问题，并不断努力去解决，我学到了很多东西，如耐心和细心。连接电路之前，一定要通过查资料把电路中的每个元件的作用弄明白，功能弄清楚，明白如何正确选取。在电路设计中，应该仔细认证并不断学习，可以提高自己发现问题解决问题的能力，对自己的动手能力有一定的提高。出现故障时要积极面对，不能因为麻烦就放弃和敷衍。遇见错误要一步步排除。理论与实际相结合是很重要的，在了解理论的同时，查阅相关图书和了解网上最新技术也是必要的。在连接电路图并不断排查错误中，我吸取前人的经验和教训，努力做到正确和准确。发现自己的不足之处并及时更正。我发现自己对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，然而在这次设计中让我更加深入的巩固了过去所学到的知识并增加了新的认识。我深深的明白一个道理，课本的知识是一定要积累的，能应用到实际中才是最重要的。此次课
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程对我以后的设计打下良好的基础，我相信在以后的设计中可以更加有规则，有目的的操作。
感谢老师的耐心指导和小组成员的帮助。老师严谨的治学态度，丰富渊博的知识，精益求精的工作态度和诲人不倦的师者风范是我终身学习的楷模，老师高深精湛的造诣和严谨求实的治学精神将永远激励着我，在这第一次课程设计的过程中，在老师的支持和帮助之下，我成功顺利的完成了这次课程设计，在此，谨向老师致以衷心的感谢和崇高的敬意！另外感谢校方给予我这样一次机会，能够独立的完成一个课程设计，使我们能够将学到的知识应用到实践中，增强我们的实践操作和动手能力，提高独立思考的能力。在此期间，我不仅学到了很多新的知识，而且开阔了视野，提高了自己的设计能力。其次，我还要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少设计上的难题。
最后再一次感谢所有在设计中帮助过我的良师益友和同学。
第五章 参考文献
[1]江晓安，董秀峰·模拟电子技术·第三版·西安：西安电子科技大学出版社·2008 [2]顾三春，仝迪·电子技术实验·化学工业出版社·2009。 [3]姜桥·电子技术基础·人民邮电出版社·2009。
[5]郭培源·电子电路及电子器件·北京：高等教育出版社·2004。 [6]高吉祥·电子技术基础实验与课程设计·电子工业出版社·2011。 [7]赵家贵·电子电路设计·中国计量出版社·2005
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