直流稳压电源的设计与制作
直流稳压电源的设计与制作[20200131185611]
【摘要】
直流电源应用非常广泛, 其性能好坏直接影响着电气设备或控制系统的工作情况, 目前, 市场上各直流电源的基本组成环节大致相同,大多由交流电源、交流变压器、整流电路、滤波稳压电路等环节构成。本文所设计制作的直流稳压电源的输出范围在-12V～+12V，可调；还能输出+5V和+14V稳压。整个设计过程中利用DXP软件完成电路图的绘制、生成PCB板，手工焊接完成后进行了功能测试。同时考虑到电源在实际使用时与其他外围设备的方便连接，设计和制作的时候还增加了电源开关，从而控制电路的通断。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】直流稳压；整流滤波；输出电压可调；电源开关
一、 引言 1
(一) 课题背景 1
(二) 设计意义 1
(三) AC-DC电源设计的要求 1
二、 直流稳压电源的相关原理 2
（一） 直流稳压电源原理 2
（二） 变压器 2
1.变压器原理 2
2.本设计对变压器的要求 3
（三） 整流方面分类及概述 4
1.半波整流电路 4
2.全波整流电路 5
3.桥式整流电路 7
（四） 滤波方面分类及概述 8
1.电容滤波 8
2.电感滤波 9
3.RC-π型滤波电路 10
（五） 稳压电路方面分类及概述 11
1.线性串联型稳压电源 11
2.三端集成稳压器 13
三、 硬件设计 16
（一） 电路设计及工作原理 16
1.整流部分 16
2.滤波部分 16
3.稳压部分 17
4.电源开关 18
（二） 电路原理图 19
（三） PCB布线图 19
四、实物制作 19
（一） 元器件的选择 19
（二） 电路的焊接 19
（三） 实物调试 20
1.仪器准备 20
2.性能的检测 20
总结 22
致谢 23
参考文献 24
附录一：原理图 25
附录二：PCB图 26
附录三：元器件清单 27
附录四：实物图 29
一、 引言
(一) 课题背景
随着电子技术的高速发展,电子设备的种类也越来越多,各类电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。电源是所有电子设备的动力来源,任何电子设备都离不开稳定而可靠的电源。各种电子设备对电源的也提出了各种各样的要求。其中，电源的稳定性与可靠性始终是衡量其性能的主要标准。电源质量的好坏直接影响着用电设备的可靠性、根据调研数据显示，电子设备的故障60%来自电源。因此,如何设计制作性能稳定，效率高的高质量电源是非常具有实际意义的。
稳压电源分类方法繁多，按输出电源类型分有直流稳压电源和交流稳压电源；按稳压电路与负载直流稳压电源的连接方式分有串联稳压电源和并联稳压电源；按调整管工作状态分有线性稳压电源和开关稳压电源；按电路类型分有简单稳压电源和反馈型稳压电源，等等。
本文所设计的直流稳压电源，具有输出可调，性能可靠，精确度高，可手动通断和方便与外围设备连接，有广泛的使用价值。
(二) 设计意义
(1)电源作为所有电子设备的动力来源，被广泛应用于电子设备与人们的工作、生活中，设计并制作直流稳压电源具有较强的实用意义。此外，性能检测是一种认识过程，就是用实验的方法将被测量与实际估测量进行比较， 从而确定它的性能。同时对直流稳压电源表稍加改造，还可以扩展其功能，使的稳压电源输出可调，设计具有较强的可扩展性。
(2)通过对直流稳压电源的设计与制作，并对其进行制作、调试、排故、参数分析，完整的掌握直流稳压电源的设计、制作的流程，学会发现问题、分析问题和解决问题的科学方法，不仅能将自己的所学的电路分析、Protel DXP软件、装配工艺等理论知识与实践技能相结合，提高电子技术理论和技能的综合应用水平，还可以扩展自己的思路、创新性的思考问题。
(三) AC-DC电源设计的要求
(1)输入电压：220V
(2)输入电源频率：50Hz±5Hz
(3)稳压精度：±5%
(4)输出电压：+5V和＋14V，-12V到12V可调（有效值）
(5)效率：≥70%
二、 直流稳压电源的相关原理
（一） 直流稳压电源原理
各种电器设备内部均是由不同种类的电子电路组成，电子电路工作正常需要直流电源，直流稳压电源是为电器设备提供直流电的设备。直流稳压电源可以将220V的交流输入电压转变成稳定不变的直流电压，直流稳压电源的组成框图如图2-1所示。
图1-1 直流稳压电源框图
图2-1 直流稳压电源的组成框图
电源变压器：将220V的交流电变成整流所需要的电压。
整流：将交流电压变换成脉动的直流，有半波、全波和桥式。
滤波：将脉动直流滤除纹波，变成纹波小的电压，常见的有C，L，Π型，通常选C滤波。
稳压：将滤波电路输出电压经稳压后，输出较稳定的电压，常见有线性串联型稳压电路和三端集成稳压器
本设计所涉及的整流滤波稳压类型见下文3.2
（二） 变压器
1.变压器原理
变压器是利用线圈互感特性构成的一种元器件，几乎在所有的电子产品中都要用到。它原理简单，但根据不同的使用场合（不同的用途），变压器的绕制工艺会有所不同。变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等。它是由一个初级线圈（线圈圈数N1）及一个次级线圈（线圈圈数N2）环绕著一个核心。常用的铁心形状一般有E型和C型。
图2-2 变压器的原理简体图
E1是初级电压，次级电压E2是：E2 = E1×（N2/N1）
如图2-2是变压器的原理简体图，当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通ф1，它沿着铁心穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，同时ф1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。为了保持磁通ф1的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流”。
如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通ф2，ф2的方向与ф1相反，起了互相抵消的作用，使铁心中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1增加，ф1也增加，并且ф1增加部分正好补充了被ф2所抵消的那部分磁通，以保持铁心里总磁通量不变。如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。
2.本设计对变压器的要求
本设计要求变压从220V到11V左右，所以根据变压器设计公式
(1)
输入220V/50Hz, 输出11V，磁饱和Bs=1.2韦，可以计算出初级和次级的匝数。
N=220/(4.44×50×1.2×0.02×0.02)=2064,得出N1=2064,再根据
(2)
可以计算出次级匝数N2=N1×(U2/U1)=2064×(11/220)=103。
【摘要】
直流电源应用非常广泛, 其性能好坏直接影响着电气设备或控制系统的工作情况, 目前, 市场上各直流电源的基本组成环节大致相同,大多由交流电源、交流变压器、整流电路、滤波稳压电路等环节构成。本文所设计制作的直流稳压电源的输出范围在-12V～+12V，可调；还能输出+5V和+14V稳压。整个设计过程中利用DXP软件完成电路图的绘制、生成PCB板，手工焊接完成后进行了功能测试。同时考虑到电源在实际使用时与其他外围设备的方便连接，设计和制作的时候还增加了电源开关，从而控制电路的通断。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】直流稳压；整流滤波；输出电压可调；电源开关
一、 引言 1
(一) 课题背景 1
(二) 设计意义 1
(三) AC-DC电源设计的要求 1
二、 直流稳压电源的相关原理 2
（一） 直流稳压电源原理 2
（二） 变压器 2
1.变压器原理 2
2.本设计对变压器的要求 3
（三） 整流方面分类及概述 4
1.半波整流电路 4
2.全波整流电路 5
3.桥式整流电路 7
（四） 滤波方面分类及概述 8
1.电容滤波 8
2.电感滤波 9
3.RC-π型滤波电路 10
（五） 稳压电路方面分类及概述 11
1.线性串联型稳压电源 11
2.三端集成稳压器 13
三、 硬件设计 16
（一） 电路设计及工作原理 16
1.整流部分 16
2.滤波部分 16
3.稳压部分 17
4.电源开关 18
（二） 电路原理图 19
（三） PCB布线图 19
四、实物制作 19
（一） 元器件的选择 19
（二） 电路的焊接 19
（三） 实物调试 20
1.仪器准备 20
2.性能的检测 20
总结 22
致谢 23
参考文献 24
附录一：原理图 25
附录二：PCB图 26
附录三：元器件清单 27
附录四：实物图 29
一、 引言
(一) 课题背景
随着电子技术的高速发展,电子设备的种类也越来越多,各类电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。电源是所有电子设备的动力来源,任何电子设备都离不开稳定而可靠的电源。各种电子设备对电源的也提出了各种各样的要求。其中，电源的稳定性与可靠性始终是衡量其性能的主要标准。电源质量的好坏直接影响着用电设备的可靠性、根据调研数据显示，电子设备的故障60%来自电源。因此,如何设计制作性能稳定，效率高的高质量电源是非常具有实际意义的。
稳压电源分类方法繁多，按输出电源类型分有直流稳压电源和交流稳压电源；按稳压电路与负载直流稳压电源的连接方式分有串联稳压电源和并联稳压电源；按调整管工作状态分有线性稳压电源和开关稳压电源；按电路类型分有简单稳压电源和反馈型稳压电源，等等。
本文所设计的直流稳压电源，具有输出可调，性能可靠，精确度高，可手动通断和方便与外围设备连接，有广泛的使用价值。
(二) 设计意义
(1)电源作为所有电子设备的动力来源，被广泛应用于电子设备与人们的工作、生活中，设计并制作直流稳压电源具有较强的实用意义。此外，性能检测是一种认识过程，就是用实验的方法将被测量与实际估测量进行比较， 从而确定它的性能。同时对直流稳压电源表稍加改造，还可以扩展其功能，使的稳压电源输出可调，设计具有较强的可扩展性。
(2)通过对直流稳压电源的设计与制作，并对其进行制作、调试、排故、参数分析，完整的掌握直流稳压电源的设计、制作的流程，学会发现问题、分析问题和解决问题的科学方法，不仅能将自己的所学的电路分析、Protel DXP软件、装配工艺等理论知识与实践技能相结合，提高电子技术理论和技能的综合应用水平，还可以扩展自己的思路、创新性的思考问题。
(三) AC-DC电源设计的要求
(1)输入电压：220V
(2)输入电源频率：50Hz±5Hz
(3)稳压精度：±5%
(4)输出电压：+5V和＋14V，-12V到12V可调（有效值）
(5)效率：≥70%
二、 直流稳压电源的相关原理
（一） 直流稳压电源原理
各种电器设备内部均是由不同种类的电子电路组成，电子电路工作正常需要直流电源，直流稳压电源是为电器设备提供直流电的设备。直流稳压电源可以将220V的交流输入电压转变成稳定不变的直流电压，直流稳压电源的组成框图如图2-1所示。
图1-1 直流稳压电源框图
图2-1 直流稳压电源的组成框图
电源变压器：将220V的交流电变成整流所需要的电压。
整流：将交流电压变换成脉动的直流，有半波、全波和桥式。
滤波：将脉动直流滤除纹波，变成纹波小的电压，常见的有C，L，Π型，通常选C滤波。
稳压：将滤波电路输出电压经稳压后，输出较稳定的电压，常见有线性串联型稳压电路和三端集成稳压器
本设计所涉及的整流滤波稳压类型见下文3.2
（二） 变压器
1.变压器原理
变压器是利用线圈互感特性构成的一种元器件，几乎在所有的电子产品中都要用到。它原理简单，但根据不同的使用场合（不同的用途），变压器的绕制工艺会有所不同。变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等。它是由一个初级线圈（线圈圈数N1）及一个次级线圈（线圈圈数N2）环绕著一个核心。常用的铁心形状一般有E型和C型。
图2-2 变压器的原理简体图
E1是初级电压，次级电压E2是：E2 = E1×（N2/N1）
如图2-2是变压器的原理简体图，当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通ф1，它沿着铁心穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，同时ф1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。为了保持磁通ф1的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流”。
如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通ф2，ф2的方向与ф1相反，起了互相抵消的作用，使铁心中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1增加，ф1也增加，并且ф1增加部分正好补充了被ф2所抵消的那部分磁通，以保持铁心里总磁通量不变。如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。
2.本设计对变压器的要求
本设计要求变压从220V到11V左右，所以根据变压器设计公式
(1)
输入220V/50Hz, 输出11V，磁饱和Bs=1.2韦，可以计算出初级和次级的匝数。
N=220/(4.44×50×1.2×0.02×0.02)=2064,得出N1=2064,再根据
(2)
可以计算出次级匝数N2=N1×(U2/U1)=2064×(11/220)=103。
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