成绩
课程设计说明书
题 目： 固定直流稳压电源设计
课程名称： 模拟电子技术 学 院： 电子信息与电气工程学院 学生姓名： 学 号： 专业班级: 指导教师：
2015年 6 月 6日
课 程 设 计 任 务 书
设计题目 学生姓名 设计要求： 1、设计制作一个直流稳压电源电路； 2、输入电压为220V的交流电压，频率为50Hz； 3、输出直流电压为+5V、-5V两种稳定电压； 4、最大输出电流为Iomax=1.0A； 5、纹波电压小于10mV，稳压系数Sr小于5％。 学生应完成的任务： 1、通过查阅资料设计固定直流稳压电源的电路，并用Multisim进行仿真。 2、运用Altium Designer对仿真电路进行原理图绘制，PCB设计。 3、制作电路板并焊接元器件。 4、调试电路板使其正常工作。 5、上交电路板，书写课程设计论文。 参考文献： [1]童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2005. [2]臧春华.电子线路设计与应用[M].北京：高等教育出版社，2005. [3]邱关源，罗先觉.电路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006. [4]刘文洲，谷树忠.Altium Designer教程[M].北京：电子工业出版社，2010. 工作计划： 5．26—5．27 课程设计说明、Multism电路仿真与设计； 5．29—5．30 用Altium Designer设计原理图、PCB图； 6.3-6.4 制板，发器件,焊接； 6.5 安装调试 书写课程设计报告； 6.6 指导教师验收课程设计电路结果。 所在学院 固定直流稳压电源设计 电子信息与电气工程学院 专业、年级、班 固定直流稳压电源设计
摘 要：本文主要是采用变压、整流、滤波、稳压的流程思路将输入220V交流电转换成输出稳定电压5V的直流电源。其中，稳压电路采用三端固定输出集成稳压器LM805达到稳压效果，因此系统可根据实际需要对其设计进行适当的修改。本系统设计方便简单、易学易改、成本低廉、功能实用。
关键词：变压；整流；滤波；稳压
目 录
1.设计背景…………………………………………………………1 1.1 背景分析………………………………………………………1 1.2 直流电源的组成及各部分的作用……………………………1 2.设计方案…………………………………………………………2 2.1 整流电路………………………………………………………2 2.2 稳压电路………………………………………………………2 2.3 固定直流稳压电源电路设计…………………………………2 3.方案实施…………………………………………………………3 3.1 Multisim电路仿真……………………………………………3 3.2 Altium Designer设计原理图及PCB设计……………………4 3.3 电路板的制作与调试…………………………………………5 4.结果与结论………………………………………………………5 5.收获与致谢………………………………………………………6 6.参考文献…………………………………………………………6 7.附件………………………………………………………………6
1. 设计背景
1.1 背景分析
电子设备中都需要稳定的直流电源，功率较小的直流电源大多数都是将50Hz的交流电经过整流、滤波和稳压后获得。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电；整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压；稳压电路的作用是当输入交流电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。
1.2 直流电源的组成及各部分的作用
稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图1.1所示。
+ 电 源 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 + u1 u2 u3 uI U0 _ 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _
图1.1 稳压电源的组成框图
u1 u2 u3 uI U0
0 t 0 t 0 t 0 t 0 t
图1.2 直流稳压电源方框图
变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压，即将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，半波整流电路和全波整流电路的输出波形如上图所示。可以看出，整流后还含有较大的交流分量，会影响负载电路的正常工作。 为了减小电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使滤波电路的输出电压仅为直流电压。然而，由于滤波电路为无源电路，所以接入负载后会影响其滤波效果。对于稳定性要求较高的电子电路，需要对其进行稳压处理。
交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，但是当电网电
- 1 -
压波动或者负载发生变化时，其平均值也将随之变化。稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻的变化而变化，从而获得足够高的稳定性，满足要求较高的电子电路的供电。
2.设计方案
2.1 整流电路
整流电路采用桥式整流电路，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。电路的输出波形如图3所示。
(a)
图2.2整流输出电路 （a）桥式整流 （b）输出波
2U20uo2U2234t0234t(b) 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
1I的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即 f I o1。电路中的每只二极管承受
2的最大反向电压为
2U2(U2
是变压器副边电压有效值)。
2.2 稳压电路
因为要求输出电压为±5V，所以选择固定的三端集成稳压器。集成稳压器，常见主要有78L++、78M++、LM7805、LM7905。78系列稳压器输出正电压，79系列稳压器负电压， 最大输出电流IOmax为1.5A。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。
如果将调整管、比较放大电路、基准电源、取样电路及连接导线等制作在一片硅片上，就构成了集成稳压电路。其中， 三端集成稳压器因其体积小、性能稳定、价格低廉、使用方便， 目前得到了广泛应用。
- 2 -
2.3 固定直流稳压电源电路设计
变压器的选取：通过查询7805,7905芯片手册得知两芯片的输入电压得达到13V
才能正常工作，故变压器输出电压有效值U213/1.211V，由于要求输出的电压为正负两组，所以设计中选取220V转±15V交流变压器。
整流二极管的选取：选取整流二极管时，主要考虑其反向耐压值，在整流电路中，最大电压不超过1.12U223V，整流二极管耐压值大于其即可，设计中选取1N4007，其反向耐压值为1000V,满足设计要求。
滤波电容的选取：选取滤波电容是主要考虑其耐压值及其容值，在滤波电路中，同整流电路，最大电压不超过1.12U223V，根据公式RLC(3~5)T/2，可以算出C。设计中选取容值2200uF，耐压值50V的电容。
三端稳压芯片的选取：由于设计要求输出+/-5V两组稳定电压，所以选取LM7805，LM7905两组芯片，即可稳定输出两组电压。
3. 方案实施
3.1 Multisim电路仿真
对固定直流稳压电源仿真的电路如图3.1所示，仿真结果如图3.2所示，正向
输出压为+5.003V，反向输出电压为-5.675V,考虑到由于Multisim内部器件参数的影响，使仿真产生较大误差，总体满足设计要求。
图3.1 电路仿真
- 3 -
图3.2 仿真结果
3.2 Altium Designer设计原理图及PCB设计
根据Multisim仿真的电路图绘制原理图（如图3.3所示），选取合适的封装，导入到PCB设计界面中，对器件进行整体布局，设置布线规则，对其进行布线，在绘制PCB过程中，应注意焊盘不应过小，导线不易过细且不交叉，绘制后的PCB如图3.4所示。
图3.3 原理图
- 4 -
3.3电路板的制作与调试
将绘制好的PCB图打印出来，通过热转印机将其转印到覆铜板上，放到腐蚀液中进行腐蚀，之后用钻台给板子钻孔，擦去油墨，焊接元器件。在焊接过程中，应注意电容和二极管的正负极。对焊接好的电路板进行调试，检查是否有虚焊以及短路情况。检查无误后就可以上电检测，并用万用表测试其输出电压。
4. 结果与结论
由于采用的是由变压、整流、滤波、稳压的流程思路将220V交流电压变换成5V的直流电源，而其中主要是以三端固定稳压器。
LM7805构成的稳压电路设计作为设计的重点核心内容。三端固定稳压器LM7805的使用使系统具有功能强、性能可靠、成本低、方便易学等的特点。为满足设计需要，使用滤波电路的过滤，输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。在我们设计和调试的过程中，也发现一些问题，滤波电路滤除整流后电压中总是还含有交流成分，使之不能成为平滑的直流电压，从而为整个电路的下步步骤带来了较大的影响。另外，当输入交流电源电压波动、负载和温度变化时，直接影响了输出直流电源稳定。因此，如果设计能够单一化，那么整个电路的误差将会大大的减小，为整个电路带来更精确的结果，是调试现象更加显著。
5. 收获与致谢
通过本次设计，我学会了知识和技能。在本次的设计中，我选择了直流稳压电源为设计题目。这是一个主要以模电为核心的设计课题。通过这次设计强化了我在大学期间所学的基础课及专业课的认识和理解，巩固了我的整体知识体系结构，并且通过自行设计电路图我熟悉了各种制图的工具软件，其实主要使用了Altium
Designer这一工具软件。另外，在设计过程中，熟悉掌握了电路元器件的选择方法，
特别是集成三端固定稳压器的型号参数及应用。最后，通过调试使我掌握了直流稳
- 5 -
压电源的调试与测试方法。
最后，通过这次毕业设计还使我了解了科学论文的写作规范，熟悉了Office办公软件的使用。这次的毕业设计对我而言并不是简单的完成一个课题，而是巩固了我的专业知识，练习了我的实践操作能力和解决问题的能力。
6. 参考文献
[1]刘文洲，谷树忠.Altium Designer教程[M].北京：电子工业出版社，2010. [2]邱关源，罗先觉.电路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006. [3]童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2005. [4]臧春华.电子线路设计与应用[M].北京：高等教育出版社，2005.
7. 附件
图7.1与图7.2为电路实物图
- 6 -
表7.3为本次课程设计用到的元器件清单表。
表7.3 元器件清单
排针 1N4007 1N4148 电解电容 涤纶电容 LM7805 LM7905 2 4 2 2200uF×2 10uF×2 330nF×2 1 1 - 7 -
指导教师评语： 课程设计报告成绩： ，占总成绩比例： 40％ 课程设计其它环节成绩： 环节名称： 原理设计 ，成绩： ，占总成绩比例： 20％ 环节名称： PCB设计 ，成绩： ，占总成绩比例： 20％ 环节名称： 安装调试 ，成绩： ，占总成绩比例： 20％ 总 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 本次课程设计负责人意见： 负责人签字： 年 月 日 - 8 -
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容