直流稳压电源电路设计

模拟电路课程设计报告

设计课题： 直流稳压电源电路设计

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直流稳压电源电路设计

一、设计任务与要求。

1.用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计固定的正负直流电源（±12V） 2. 输出直流电压可调，范围--1.5∽--15V；（负电源） 3. 输出电流IOm≥1500mA；（有电流扩展功能）； 4. 稳压系数Sr≤0.05；具有过流保护功能。

二、方案设计与论证

1 用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计固定的正负直流电源（±12V）。 (1)单相交流电源是220V 50HZ.因此，要做成直流电源12V则必须降压，欲达到更好效果一般选用15V的变压器。通过变压器降压后输出的电压为15V的交流电。变压器副边电压通过整流电路将交流电压转换成直流电压，即将正弦波电压转换成单一反向的脉动电压。但，仍含有较大成份的交流分量，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，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，所以接入负载后势必影响其滤波效果。因此，还要接稳压电路，稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压的波动和负载电阻变化的影响，从而获得更好的稳定直流电压。 (2)直流稳压电源电路的流程

图一:直流稳压电源的方框图

图二：单相桥式整流电路的波信图

经过降压并整流，接着还要进行滤波，一般使用大电容，可取3300UF的。因为是正负12V电源，所以必须使用两个。

图三：单相桥式整流电容滤波电路稳态时的波形分析 (b) 理想情况下的波形 （c）考虑整流内阻时的波形 集成稳压块电路要稳压需稳压块，集成稳压块有很多的种类，因为要稳压到12V，市场上又能方便买到的，所以正电源选用LM7812稳压块，负电源选用LM7912稳压块。

在安装稳压块之前，因输入可能较长，有可能会产生电感效应从而产生自激振荡，所以，一般在安装稳压块之前，先安装一个小于1uf电容，用来抵消输入线较长时的电感效应，防止电路产生自激振荡。

之后，还需安装一个电容，用于消除输出电压中的高频噪声，可取小于1uf的电容，也可取几微法甚至几十微法的电容，以便输出较大的脉冲电流。但是若电容容量较大，一旦输入端断开，电容将从稳压器输出端向稳压器放电，易使稳压器损坏。因此，可在稳压器的输入端和输出端之间跨接一个二极管，起保护作用。

一般还会在输出端在接一个220uf的电容。

为了更好的显示电源的输出，常在最后接一个发光二极管，但是发光二极管不能直接接到电源的正负极上，因为电压太大会烧坏发光二极管，必须串联一个电阻，电阻多大可视发光二极管的功率而定，一般的发光二极管我们串联一个1kohm的电阻即可。

按此元器件接好电路，即桥式整流电容滤波集成稳压块电路。

直流稳压电源电路图如下：

图四：利用桥式整流电路实现正负电源

2.输出可调直流电压，范围-1.5∽-15V

(1)、利用三端稳压器构成的输出电压可调的稳压电路。 方案一：电路图如下；

三端稳压器为---W337 为了减小R2上的波纹电压，可在其上并联一个10uf的电容C。在输出开路时，C将向稳压器调整端放电，并使调整管发射结反偏，为了保护稳压器，可加二极管，以提供一个放电回路。

图五：输出电压可调的稳压电路

方案二：（-20V电压可有直流稳压电源电路提供）

三段稳压器为—LM7912.改变R3滑动端的位置，可以调节输出电压U0的大小。图中还接入了电压跟随器，电压跟随器的输出电压等于三端稳压器的输出电压。

图六：输出电压可调的稳压电路

比较两种方案，方案二需要的元件多，电路较为复杂，而且给焊接带来

麻烦，容易出错，方案一，比较简单，且更为经济。方案二的电压可调能力弱于方案一。

综合考虑，我选择方案一。 3.输出电流IOm≥1500mA；（有电流扩展功能）

当所需的输出电流大于稳压器标称值时，可采用外接电路来扩大输出电流。 方案一：如图，

图七：输出电流扩展电路 方案二：电路图如下，

图八：输出电流扩展电路

两种方案虽然都能扩展电流，但是，方案二虽然电路比较简单。，没有LM7912稳压，使得输出的电流含有交流成份，故，，方案一更好。

三、单元电路设计与参数计算

性能指标要求：①用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计固定的正负直流电源（±12V）

② 输出直流电压可调，范围--1.5∽--15V；（负电源） ③ 输出电流IOm≥1500mA；（有电流扩展功能）； ④ 稳压系数Sr≤0.05；具有过流保护功能。 1直流稳压电源电路： ⑴选电源变压器

电源变压器作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压U2.变压器的副边与原边的功率比一般为小型变压器的效率。Uomax+(Ui-Uo) ≦ Ui ≦ Uomin+(Ui- Uo)max

12+3≦ Ui ≦3+40 15≦ Ui ≦43 U2≥Uimin/1.1=15/1.1 I2＞Iomax=1.5A P2≥I2 U2=20w

因此选择输出输入220v交流,输出±15v交流的小型变压器。功率为50w,I为2 A的变压器

⑵选整流二极管及滤波电容

用D1,D2,D3,D4四个整流二极管组成单相桥式整流电路，将交流电压变成脉

动的直流电压，再经滤波电容C1，C2进行滤除波纹，输出输出直流电压Ui Ui=（1.1~1.2）U2

每只整流二极管承受的最大反向电压URM＞√2U2

因此整流二极管的电压应该35V 因此选用1N4007其参数极限为URM≥50 IF=1A 满足URM＞√2U2，I2＞Iomax

通过每只二极管的平均电流ID=1/2IR= 0.45 U2/R 滤波电容C可由纹波电压和稳压系数SV来确定。 Uo=12v , Ui=15v ,Sr≦0.05

△ Ui=△Uo-pp Ui/△Uo ,Sr=3.3v

得滤波电容C=Ict/△ Ui=3636uF

电容的耐压应该大于√2U2，所以C1,C2都取3300UF，50V耐压的大电容来进行滤波。 式中R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容提供放电回路，RC放电常数应

>(3—5)T/2 （T为50HZ） ⑶选集成稳压器

LM7912输出-12V电压 Iomax=-1.5A LM7812输出+12V电压 Iomax=1.5A 用这两块芯片可以得到±12V电压的输出

LM337的特性参数为Uo=-1.2—-37V可调, Iomax=1.5A最小输入输出压差为（Ui-Uo）min=1.5，最大输入输出压差为（Ui-Uo）max=40V 由Uo=1.25(1+R1/R2)

由R1=10K R2=330 因此输出电压可调范围--1.5 ∽--17V满足输出直流电压可调，范围--1.5∽--15V.的参数设计要求。 ①输出直流电压可调电路

a.电压从直流电源电路中去，电压为—20V

b.选用LM337稳压器，基准电压UR是1.2V~1.3V。

c.W337的输出端与输入端电压差为3V~40V，过低时不能保证调整管工作在放大区，从而使稳压电路不能稳定；过高时调整管可能因管压降过大而击穿。

d.外接采样电阻必不可少，根据最小输出电流I可以算出电阻R2,取R2=330ohm。

e.电容取值，C5=10uf，C6=0.47uf，C7=220uf f.电位器R1为10K，电阻R3 =1K ⑴电流扩展电路

a、通过外接晶体管T 及电阻R1来进行电流扩展的电路。电阻R1的阻值由外接晶体管的发射结导通电压UBE、三端式稳压器的输入电流Ii（近似等于三端稳压器的输出电流I01 ）和T 的基极电流IB来决定，即 利用LM7912和TIP42C进行电流扩展 晶体管的基极最大电流 ILmax=(1+ )( Iomax- IR)

Iomax0.1A TIP42C的 在200——400范围 因此输出电流扩展在≥2.0A b、器件：LM337 TIP42C

R1为大功率的小电阻，10W，3.9ohm

R2=330ohm C5 =10 uf

四、总原理图及元器件清单

1、总原理图： 电压可调：

电流扩展：

2、元器件清单：

五、安装与调试

按照电路图进行准确的电路安装和焊接。然后进行对电路板的调试。

1〉直流稳压电源电路

1. 用万用表的交流电压档分别测试变压器副边线圈两端，测出变压器的副边电压U21、U22、U2。

2. 对滤波后的的电压进行测试，测出集成稳压器的输入电压 即7812的Ui，7912的Ui。

3. 对集成稳压器之后的正负电压进行测试，测出集成稳压器的输出电压即7812的Uo，7912的Uo。

4. 对集成稳压器的输出与输入之间进行测试，测出集成稳压器的电压差，即7812的输入与输出压差△U，7912的输入与输出的压差△U。

a

a

2〉可调电压电路

从LM7912CT接负的输入电压，地端为正的一端。用万用表调到25V电压档接输出进行电压可调测试。调节10k电位器进行观察输出电压是否在—1.5V~—15V最大扩展电压可以超过15V为佳。

3〉电流扩展电路

从LM7812CT端夹子引出为输入端，调节万用表到电流档5A进行输出扩展电流测试。

六、性能测试与分析

（一）性能测试

1、直流稳压电源电路测试

(1)副边线圈两端的电压（交流）分别为： 测量值;

U21=15.0V U22=--15.1V U2=30.0V 理论值为： U21=15.0V\ U22=--15.0V U2=30.0V

(2) 7812的输入、输出电压以及之间的电压差： 测量值： Ui=20.5V

Uo=12.0V uU =8.5 V △理论值为:

Ui=√2 U21=21.2V

Uo=12.0V aU=9.2V △

(3)7912的输入、输出电压以及之间的电压差： 测量值：

Ui=--20.7V Uo=-12.0V\

aU=--8.7V △理论值：

Ui=√2 U2=-21.2V Uo=--12.0V aU=-9.2V △2.电压可调电路测试

调节电位器R1的阻值，测出Uo的范围， 测量值：

Uomin=-1.5V Uomax=-17.0V

3、电流扩展电路测试

测通过TIP42C扩展之后的电流为I的值， 测量值： I=2.0A

（二）误差分析和计算 1、误差计算

(1)、直流稳压电源电路测试 a副边线圈两端的电压：

相对误差D21=| （15.0-15.0）/15.0|*100%=0 相对误差D22=| （-15.1- -15.0）/15.1|*100%=0.66% 相对误差D2=| (30.0-30.0)/30.0|*100%=0 b. 7812的输入、输出电压以及之间的电压差： 相对误差Di=| （20.5-21.2）/20.5|*100%=3.41% 相对误差Do=| (12.0-12.0)/12.0|*100%=0 aD=| (8.5-9..2)/8.5|*100%=8.23% 相对误差 △

c.7912的输入、输出电压以及之间的电压差： 相对误差Di=| （-20.7- -21.2）/-20.5|*100%=2.42% 相对误差Do=| (-12.0- -12.0)/-12.0|*100%=0 aD=| (-8.7- -9.2)/-8.7|*100%=5.75% 相对误差 △(2)电压可调电路测试

通过调节电位器R1的阻值，可测得Uo的范围为-1.5V~ -17.0V，则，在误差范围内符合设计要求-1.5V~ -15V。 (3)电压可调电路测试

电流I=2.0A > 1500mA 故，在误差范围内满足设计要求。 2、误差来源：

(1)电路焊接不好，接点接触不良等造成的误差。

(2)变压器已旧或使用过导致副边电压不准确，造成误差。 (3)220V 50HZ电网不稳定，造成误差。 (4)电阻不是标准阻值，则导致误差。

(5)万用表的不够灵敏，精确度不高，造成读数误差。 (6)读数时，未等指针稳定则读数，也导致误差。

七、结论与心得

经过这次直流稳压电源电路设计、焊接过程中我感触颇深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过对直流稳压电源的设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、焊接方法；以及如何提高电路的性能等等。

对直流稳压电源电路的设计，要从设计要求着手，先进行输出正负12V的直流稳压电源的设计，然后再去实现电压可调和电流扩展，经过仔细的分析，计算，讨论，思考，以及网上资料的搜索参考，提出了多个方案，尤其是在考虑采用哪一种方案可行时，要考虑多种因素，比如：需考虑该电路设计能否实现功能，是否能购买的到应有的元器件等，要是得所采用的方案最优化。电路板的焊接过程中，首先要整体的布局，使元器件分配均匀，外表美观，以及焊接得更快，更准确，也能节省时间，减少失误；同时，焊接电路时一定要注意接点不能虚焊，不能拖焊的现象；要先将元器件多余的部分剪去再焊，这样接点就更美观，也可避免虚焊。焊接电容、二极管要注意正负；焊接7812、7912、337、TIP42C等要注意管脚的接法；因此，焊接电路板的过程一定要仔细，认真。

在测试电路中，也可能会遇到问题，比如，发光二极管不发光，则应该先查电路有没有出现短路；第二，查二极管的正负有没接错，第三，查电路中的接点有没有虚焊、断路等；一步一步查电路，直到电路正确为止。使用万用表要注意正负，不要使红黑表笔接错；注意所测的是电流、交流电压、直流电压等，选择适当的档位和量程。

最后对这次实验的设计提出下面一些建议：

1，电压可调电路和电流扩展电路中的输入电压可以直接从直流稳压电源电路中的LM7912的输入端与地引出。

２，LM7812、LM7912以及LM337一定要并联一个稳压二极管进行过流保护。 3，在进行电压可调功能实现过程中应该连接LED发光二极管，这样能更好的知道该电路是否有输出。也方便检查电路。

4，在电流扩展中应该接入一个大功率的电阻小电阻，以防损坏电路。

参考文献

1．《电子线路设计·实验·测试》—— 华中科技大学出版社志美 主编

2．《模拟电子技术基础》——清华大学电子学教研组 编 童诗白 华成英

3.《电子实验与课程设计》——赣南师范学院物理与电子信息学院 编

4．《电子技术课程设计指导》——湖南大学 彭介华 主编

编

物理与电子信息学院模拟电路课程设计成绩评定表

专业：电子信息工程班级：09电信本学号：090802056 姓名： 刘超美

2011年1月15日

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/e18e.html