采用集成元件连续输出的直流稳压电源24 - - 郝亮

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2010级

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模拟电子技术课程设计 ※

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采用集成元件连续输出的直流稳压电源(24V)

姓 名 学 号 院、系、部 班 号 完成时间

郝亮 20106700 电气工程系 方1010-3 2012年6月18日

内容摘要

此课程设计是采用集成元件连续输出的直流稳压电源(24V)

集成稳压电源的运用非常广泛，本次课程设计把重点放在电路的设计、制作和调试上。大家都知道，在电路运用日趋广泛的情况下，独立运用一个集成电路中的某一部分的元件运用逐渐减少，因此本设计的主要在于桥式整流电路、滤波电路、稳压电路的运用和选择上，再设计和运用的过程中有着一定的局限性。本课程设计中为了能够使所用的元件参数有根有据，有相应的计算公式代入进行理想计算。也有一部分是从参考书目得来。本课程实际的目的是给具体的设计制作调试提供一个参考，共同进行讨论。所用方法并不是唯一的，一起讨论一起实践，以期赢得共同进步。

本次课程设计在设计和制作时以《电子技术基础》、《电路》、《模拟电子技术基础》、《常用电子元件手册》、《实用电子技术基础设计和调试》、《电工技术》等课程知识为基础。为方便讨论参考，设计当中不乏简单通俗易懂，是一个很简单的电路。

由于本人水平有限，错误性和局限性在所难免，恳请老师同学们指导更正。

目 录

第一章 设计任务与要求......................................................... - 1 - 第二章 主要内容 .............................................................. - 1 -

2.1方案与设计 ······························ - 1 - 2.2单元电路的设计与参数设计 ······················· - 3 -

2.2.1整流电路 ···························· - 4 - 2.2.2 滤波电路···························· - 6 - 2.2.3 扩流电路···························· - 8 - 2.2.4集成稳压电路 ·························· - 9 - 2.3安装与调试 ····························· - 12 - 第三章 结论与心得 ........................................................... - 13 - 第四章 参考文献 ............................................................. - 13 -

第一章 设计任务与要求

采用三端集成稳压器设计一稳压电源，其性能指标如下 : 1．输入交流电压220V（50HZ），输出电压UDO??24V,最大输出电流Imax?2A 2．输出纹波稳压小于5mV，稳压系数小于5*10－3；输出的内阻小于0.1?。 3．加输出保护电路，最大输出电流不超过2A。 要求：

1. 电源变压器只做理论设计

2. 全理选择集成稳压器及扩流三极管。 3. 保护电路拟采用限流型

4. 完成全电路理论设计，仿真调试，绘制电路图。 5. 撰写设计报告、调试报告。

第二章 主要内容

2.1方案与设计

直流稳压电源是一种通用的电源设备，它能为各种电子仪器和电路提供的稳定的直流电压，气性能的好坏直接影响整个电子设备。早期的直流稳压电源都由分立元件组成，现在大都采用集成稳压器件，气性能指标优良，外围电路简单，使用维修方便。一般直流稳压电压由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。电网上单相交变流电压经变压器得到需要的副边电压。这个副边电压受电网电压波动很大，由此必须经过稳压电路才能得到稳定的电压输出。

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）所示

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T整流 工频交流脉动直流滤波稳压 直流负载

图（1）集成直流稳压电源电路结构图

整流后的电压含有较多的交流成分，整流电路输出电压有较大的脉动，而负载要求有比较平稳的直流电压，利用滤波电路可将整流输出电压中的交流成分滤除，而保留其直流成分。电容、电感或电容和电感组合都能达到滤波的作用，有三种不同的滤波方案可供选择，如表1所示

表1

滤波方式 性质 输出直流电压 方案一 方案二 方案三 单相桥式整流电单相桥式整流电容滤波电路 感滤波电路 LC滤波电路 U。=1.2U2 U。=0.9U2 U。=0.9U2 优点 电路简单，输出电压负载能力好，适应性负载能力强，二极高，纹波较小，滤波强，无二极管冲击电管所受冲击电流效果好 流 负载电流要求大 小，滤波效果好 适应性强 适用场合 负载电流要求小

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分析 电容有通高频、阻低电感有通低阻高频LC滤波电路是在频的作用，减少脉的作用，能阻止电流电感滤波的基础动，在单相桥式电容变化的，能实现滤上加一级电容，LC滤波电路中，流过每波，但电感滤波电路滤波电路能抑制个整流二极管的电很少在应用电路中整流管的冲击电流ID=0.5I。，二极管应用，特别是小功率流，但输出电压U。承受的最大反向电电路，它仅用于负载较小低，因用了电压URM= V2。 电流较大，即RL较感，体积和重量都小的电路。 相应的大大增加了

通过比较三个电路的优缺点、元件的购买问题和根据课程设计的指标要求，方案一比较合适，决定采用方案一。

2.2单元电路的设计与参数设计

集成直流稳压电源总电路图如图（2）所示

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图（2）集成直流稳压电源总电路图

所设计的集成直流稳压电源电路有桥式整流电路、电容滤波电路、稳压电路,电流扩展四个部分组成。各个部分的电路设计和参数计算分析如下：

2.2.1整流电路

整流电路利用单向导电的特性的二极管将变压器输出的交变电流变成直流脉动电压。整流电路采用单相桥式整流电路。 （1）单相桥式整流电路的工作原理

整流电路在工作时，电路中的四只二极管都是作为开关运用，在变压器二次电压U2当正半周(上正下负)时，二极管D1、D3导通,D2、D4截止，电流ID的通路为a→D1→A→RL→B→D2→b,在负载电阻RL上得到得到一个半波电压UO正弦波的正半周；当U2为负半周时（上负下正）时，二极管D2、D4导通，D1、D3截止，电流ID的通路为b→D3→a→RL→B→D4→b在负载电阻RL上得到一个半波电压UO正弦波的正半周。在负载电阻上正、负半周内部都有电流流过负载电阻，经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。整流电路图和电路各元件的输出

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波形如图（3）所示。

图（3）单相桥式整流电路和各元件输出波形图

（2）二极管的参数计算和选取

在桥式整流电路中，每个二极管都在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的一半，即IF=0.5IO。电路中每个二极管所承受的最大反向电压为URM=管。

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U2（U2交流电源输出电压）。整流电路中的四个二极管可选用1N4007，

U22=17V,而VRM满足要求，可采用1N4007的二极

其极限参数为VRM≥50V,而URM=

2.2.2 滤波电路

整流电路将交流电转变成脉动直流电，但在脉动直流点中还含有大量的交流成分，电子电路要求的电源要求的交流成分很小。为止在整流电路之后加装滤波电路，以滤除脉动直流电中的交流成分。在本集成直流稳压电源电路中采用桥式整流电容滤波电路。

桥式整流滤波电路的原理

在设计中，常利用电容器的两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联好，已达到使输出波形基本平滑的目的。在本集成直流稳压电源电路中采用桥式整流电容电路，直流输出电压：UO=(1.1～1.4)U2，而直流输出电流IO=I2/(1.5～2.0)（I2变压器副边电流的有效值）

在U2正半周期的0～T/4时间内。二极管加正向电压导通，U2对电容C充电，同时对负载供电。由于二极管的正向电阻很小，所以当U2达到峰值时，电容C两端所充电UC也达到了U2的峰值（UC=（4）所示。

在T/4～t1时间内，U2＜UC，二极管加方向电压截止。电容C通过负载放电（也就是对负载供电），电容两端的电压 UC（也就是输出电压UO）逐渐下降。输出电压波形如图（4）所示。

在t1～t2时间内，U2的第二个正半周期到来并且已经达到U2＞UC，所以二极管又导通了，U2再次对电容Ｃ充电，同时对负载供电，UC又逐渐上升到U2的峰值。各时间段输出电压波形如图（4）所示。

此后，电容器在U2的每个周期内，充、放电各一次，显然，由于电容器C的充、放电作用，使输出UO变得平滑的多了。

U2），方向为上正下负；对二极管来说，UC为

方向电压。在这段时间内，由于U2＞UC，所以二极管保持导通，输出电压波形如图

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图（4）整流滤波电路及输出波形图

（2）电容的选取和参数计算

可得稳压系数

式中，VO=23V，V1 =24V，△VOP-P=5mV , SV=3×10-3 则

可求得滤波电容 C=ICt/△Vi= Iomax/△Vi

式中Iomax=0.08mA ，所以C=2300uF

电容C的耐压应大于

V2 =17V,由于购买时只能买到50V的电容，故取1只

2300μF/50V的电容与电路并联，如图中C1所示。为了达到更好的滤波效果，再并联一个0.33uF的涤纶电容Ci, Ci具有阻高频通低频的作用。为了更好的查找和调试，可在滤波电路中并联一个发光二极管，为了能更清楚地看到二极管的发光情况，并联了一个红色的二极管DO，有色发光二极管的发光电流ID=20uA,为了防止发光二极管烧坏，根据R2ID=12V,所以需要串联一个阻值为1000欧的电阻R2

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2.2.3 扩流电路

带过流保护的扩流电路

图1（a）是应用78L××输出固定电压VO的典型电路图。正常工作时，输入、输出电压差应大于2～3V。电路中接入电容C1、C2是用来实现频率补偿的，可防止稳压器产生高频自激振荡并抑制电路引入的高频干扰。C3是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。D是保护二极管，当输入端意外短路时，给输出电容器C3一个放电通路，防止C3两端电压作用于调整管的be结，造成调整管be结击穿而损坏。

图1（b）是扩大78L××输出电流的电路，并具有过流保护功能。电路中加入了功率三极管T1，向输出端提供额外的电流IO1，使输出电流IO增加为IO= IO1+ IO2。其工作原理为：

在电路中存在关系式VBE1 =VR1 =VCE3。正常工作时，T2、T3截止，电阻R1上的电流产生压降使T1导通，使输出电流增加。若IO过流（即超过某个限额），则IO1也增加，电流检测电阻R3上压降增大使T3导通，导致T2趋于饱和，使T1管基-射间电压VBE1降低，限制了功率管T1的电流IC1，保护功率管不致因过流而损坏。

本实验应用放大电流电路如

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图（5）正压系列电流扩展电路

由于LM7815（LM7915）输出电压为24V，输出电流为1.5A。设计要求输出为2A故需要一个扩流电路来达到目的。通过三极管的放大作用来实现。为了保护三极管不会被烧毁故串入一个阻值为0.6Ω的电阻。

2.2.4集成稳压电路

稳压器的选取与参数计算：

稳压电路可选集成三端稳压电路。三端可调稳压器有正电压稳压器LM7824（7812,7815）系列，负压稳压器LM9724（7912,7915）系列。由于LM7824作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块，而且特性参数均满足集成直流稳压电源电路的设计要求，它的性能参数如表2所示，可采用LM7824稳压器。

它的三个端子除了输入端和输出端以外，第三个端子不是公共端（接地）。

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表格2

LM7824 输出电压可调范围 输出负载最大电流 输出负载最小电流 输入与输出工作的压差 电压调整率

特性参数 24v 1．5A ≥5mA 2V 0.0066 电阻R1和电位器RP构成取样电路；C1为输入端滤波电容，可抵消电路的电感效应和防止自激振荡；C2是为了取样电位器RP两端的纹波电压而并联的旁路电容，；C3是为了防止输出端负载呈容性时可能出现的阻尼振荡；VD1是保护二极管，用来防止输入端发生短路是C3放电可能造成的内部调整管的损坏；VD2也是保护二极管，当输出端出现短路时，C2两端的电压作用在VD2两端使它正偏而导通，为C2提供放电通路，避免C2上的电压击穿美不的放大管。

电阻R1跨接在输出端与调整端之间，为保证负载开路时输出电流不小于5mA，R1最大值R1max=UREF/5mA=240欧（定值电阻R1通常取值120～240欧）。当R1=240欧时，流过RP1的电流是IR1和调整端流出的电流IAD(100uA左右)之和, IR1=1.25V/240欧=5mA。由于IAD的值很小，若忽略IAD，则输出电压为

Uo ≈ UREF（1＋RP1/ R1）=1.25（1＋RP1/ R1）

式中1.25是集成稳压输出端（OUT）与调整端（ADJ）之间的固定参考电压UREF。。当Uomin=1.25（1＋RP1/240）=3V时, RP1=336欧；Uomax=1.25（1＋RP1/240）=9V时, RP1=1448欧。为了防止输出电流超过设计要求的最大电流Iomax,一般所购买的绕线电位器的最大阻值都要比1448欧大，在这里，只能买到最小值为10K欧的绕线电位器，所以RP1=10K欧。

为了保证电路的质量，在此集，成直流稳压电源电路中，R1应用金属电阻，RP1应用绕线电位器，C2应用钽电解电容器。

在稳压电路中还要安装一片散热片，以防LM317由于过热而损坏。在总电路图中C2一个电容为220uF/35V的电解电容.保护二极管D5可用1N4007二极管，也可选整流二极管2CP12.

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三端稳压器的典型接法

稳压器实物图

电路原理图

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2.3安装与调试

首先为了防止集成稳压器LW7824因过热损坏，安装硬件时要加适当大小的散热片。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。稳压电路主要测试集成稳压器是否正常工作。输入端加直流电压Vi≤23V时，调节RP1，输出电压U0随之变化，说明稳压电路正常工作。整流滤波电路主要检查整流二极管是否接反，安装前用万用表测量其正、反向电阻。电路连接，通电后，发光二极管发亮，说明电路接通。安装后接入电源变压器，整流输出电压UO应为正，否则会损坏稳压器。断开交流电源，将整流滤波电路与稳压电路相连接，在接通电源，输出电压

V0。为规定值，说明各级电路均正常工作，可以进行各项性能指标的测试。按照前面介绍的测试方法，对电路进行测试。

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第三章 结论与心得

经过了多天的努力与实践，一个简易的集成直流稳压电源的课题设计就算完成了，自己很有成就感。我认为通过这次实践，我对《模拟电子技术》这门课程有了更深刻的理解，从题目的选定到最后硬件的完成、性能测试都让我受益匪浅，不但懂得了一些电路元件的性能、作用，硬件的制作，也提高了实践动手能力，为以后的课程设计、毕业设计奠定了基础。也懂得了如何去查找相关资料和举一反三的方法。更懂得了做任何事情都要自己主动努力去做，学习到的理论知识只有在实践中，才会真正发挥作用，也只有通过实践才能把知识运用的现实中。

希望以后更多的拥有这种机会，这种收获是课本上得不来的。最后，感谢指导老师们的辛勤付出！

第四章 参考文献

[1]《模拟电子技术基础简明教程（第三版）》 杨素行 高等教育出版社 [2]《电子技术基础模拟部分（第五版）》 康华光 高等教育出版社 [3]《电子技术基础课程设计》康华光 高等教育出版社

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第三章 结论与心得

经过了多天的努力与实践，一个简易的集成直流稳压电源的课题设计就算完成了，自己很有成就感。我认为通过这次实践，我对《模拟电子技术》这门课程有了更深刻的理解，从题目的选定到最后硬件的完成、性能测试都让我受益匪浅，不但懂得了一些电路元件的性能、作用，硬件的制作，也提高了实践动手能力，为以后的课程设计、毕业设计奠定了基础。也懂得了如何去查找相关资料和举一反三的方法。更懂得了做任何事情都要自己主动努力去做，学习到的理论知识只有在实践中，才会真正发挥作用，也只有通过实践才能把知识运用的现实中。

希望以后更多的拥有这种机会，这种收获是课本上得不来的。最后，感谢指导老师们的辛勤付出！

第四章 参考文献

[1]《模拟电子技术基础简明教程（第三版）》 杨素行 高等教育出版社 [2]《电子技术基础模拟部分（第五版）》 康华光 高等教育出版社 [3]《电子技术基础课程设计》康华光 高等教育出版社

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