串联型二路输出直流稳压负电源电路.doc

晋中学院
电子技术课程设计报告
题目：

院 别
机械学院
专 业
自动化
学生姓名

班 级

学 号

设计时间
2016.7.5~2016.7.9
指导教师
段小丽
评定成绩

二0一六年七月

摘要
随着电力电子技术的迅速发展，直流电源应用非常广泛，其好坏 直接影响着电气设备或控制系统的工作性能，目前，市场上各种直流 电源的基本环节大致相同，都包括交流电源、交流变压器(有时可以 不用）、整流电路、滤波稳压电路等。
课程设计的主要内容：串联二路直流稳压电源有很多优异特性， 为获得可靠地直流稳压电源，一个经济可行的办法是将我国目前使用 的220v电通过一定方法转换为用户所需要的直流电，我们此次实验 的设计任务就是设计一串联型输出直流稳压电源电路，一路输出电压 稳定的-12v电压，另一路通过电位器的调节可以输出电压从-5到 -12v可调。此串联型二路直流稳压负电源已被广泛用于各种子方面 的技术设计。
经过对电路的设计、修改、仿真后能输出稳定-12v的电压及从-5到-12v可调电压。本次课题设计除在美 观方面处理得不够得当之外，本次电路设计完全符合全部的设计要求。
关键字：串联、二路、直流稳压、负电源、可调
目录
第一章设计内容及要求
第二章系统设计方案
第三章系统组成和工作原理
3.1系统组成
3.2工作原理
3.2.1原理基本构造图
3.2.2电路原理图
第四章电路的设计、参数计算、元器件选择
4.1电源降压电路
4.2整流电路
4.3 滤波电路
4.4 -12V稳定电压电路
4.5 - (5-12) V连续可调电压电路
第五章实验、调试及测试结果与分析
5.1实验调试
5.2测试结果与分析
5.3调试设备
5.4 注意：
5.5测试与分析
5.5.1 测试：
5.5.2误差分析：
5.6仿真电路图
第六章 心得体会
参考文献
附录一稳压器介绍
附录二实物图
附录三元器件清单

第一章设计内容及要求
【设计内容】
设计制作一串联型二路输出直流稳压负电源电路。
【设计要求】
(1) 一路输出直流电压-12V，另一路输出-5〜-12V连续调直流稳压 电源；
(2) 输出电流 Iom=200mA;
(3) 稳压系数Sr<=0.05;

第二章系统设计方案
本方案是采用了一个LM7912三端稳压管和一个LM337三端可 调稳压器(如图2.1)。稳定电压的那一路是由LM7912输出的(LM7912 是由输出脚V0,输入脚Vi和接地脚GND组成的，它的稳压值为 -12V)，另一路可调的直流电压由LM337得到。由于LM337的调整 段和输出端之间电压为恒定值-1.25V，可以看做是基准电压，所以由 固定电阻R1 (应小于240Ohm)与电位器R2、固定电阻R3组成的 取样分压电路，可以用来调节输出电压，可按公式估算输出电压： U0= -1.25[1+(R2+R3 )/Rl]。这就满足了电压的连续可调。另外LM337
稳压器的内部含有过流过热保护电路的功能，其输出电流可以达到 1.5A。

图2.1 串联型二路输出直流稳压负电源仿真电路

第三章系统组成和工作原理
3.1系统组成
本系统主要是由一个输出稳定直流电源电路和一个输出可调直流 电源电路通过串联而组成的。
输出稳定直流电源电路：直流稳压电源是一种将220V工频交流 电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳 压四个环节才能完成。
输出可调直流电源电路：同样需要变压、整流、滤波、稳压四个 环节才能完成，并且通过电位器的调节可使电压在一定范围内变化。
3.2工作原理
3.2.1原理基本构造图
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。

图3.1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3.1所示。电网供给的交流电压1^(2201 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m。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。

第四章电路的设计、参数计算、元器件选择
4.1电源降压电路
电网电流经过降压器变为整流所需要的电压值，变压器原边与副 边的电压之比为Ul/U2=n，式中n是变压器的原副线圈匝数比。根据 后续电路对副边电压的要求以及实际情况，可选择副边输出12V的 变压器。
4.2整流电路
将变压器次级交流电压u2变成单向的直流电压uS它包含直 流成份和许多谐波分量。整流电路分为单相半波整流电路、单相 全波整流电路和单相桥式整流电路。根据它们的优缺点的分析结 果，本设计采用集成单相桥式整流电路桥式，电路采用四只二极 管，接成桥式.单相桥式整流电路如图4.1(a)所示，波形图如图 4.1(b)所示：

图4_ 1(a)桥式整流电路

图4.1 (b)桥式整流电路输出波形图

电路工作原理：利用二极管正向导通反向截止的工作原理，当U2 为正半周时二极管D1、D3导通，D2\D4截止当U2为负半周时二极 管D2、D4导通，D1、D3截止。而流过负载的电流的方向是一致的， 在负载形成单方向的全波脉动电压。.从而实现将交流的电压变为直 流电压.
主要参数：
Uo=0_9*Ui (4-2.1)
脉动系数:S=0_67 (4-2.2)
选管原则：lfM/2lo Ur > 1.414U2故选用IN4007的二极
管
4.3滤波电路
在整流电路的输出端，即负载电阻RL两端并联滤波电容C， 就构成电容滤波电路。电路利用电容对直流分量和交流分量呈现 不同电抗的特点，可滤除整流电路输出电压中的交流成分，保留 其直流成分，使之波形变得平滑，接近理想的直流电压。滤波电 路及其输出波形如图4.3 (a)、（b)所示。

主要参数.•滤波电路的直流输出电压U3=1.2U2 (U2为变
压器副边电压）。
理论上，滤波电容越大，放电过程越慢，输出电压越平滑， 平均值也越高，但实际上电容的容量越大，不但体积越大，而且 会使整流二极管流过的冲击电流更大。因此，对于全波整流电路， 通常滤波电容的容量满足
RLC= (3〜5) T/2 (式 4-3)
即可。式中T为电网交流电压的周期。
同时考虑到电网电压的波动范围为±10%，其耐压值应大于 1.1V2U2，因而可选470uF电解电容。
4.4 -12V稳定电压电路
LM7912在负电源输入的情况下，可以通过内部结构的调整使得 LM7912的公共端和输出端之间的电压恒定保持在-12V，这就可以作 为电源的一路输出。
LM7912的应用电路如图4. 3所示：（实验中前一个电容选用
0. 33uF的瓷片电容，后一个选用luF的电解电容）

实际电路如图4.3 (b)所示:

注意：输入的是负电压
其中前一个电容用于抵消因长线传输引起的电感效应，其容量 可选0.33uF。后一个电容可改善负载的瞬态响应，其容量可选luF。

4-5 _ (5_12) V连续可调电压电路
LM337在负电源输入的情况下，可以通过内部结构的调整使得 LM337的输出端和调整端之间的电压恒定保持在-1. 25V，再通过由固 定电阻R1与电位器R2、固定电阻R3组成的取样分压电路，调节电 位器即可在输出端得到所需范围的可调直流电压。

LM337的应用电路如图4. 4所示:

由于LM337的调整端和输入端之间电压恒定为-1.25V，可以看 作是基准电压，所以有固定电阻R1和电位器R2组成的取样分压电 路，可以用来调节输出电压，输出电压按下式计算：
U0=-1.25 (1+R2/R1)(单位为 V) (式 4-4)
调整端的电流极小，所以流过R1和R2的电流几乎相等（几mA 电流），通过改变电位器的阻值就能改变输出电压U0。
实际电路如图4.5所示：

经查LM337的资料可知，R1的阻值范围一般为100欧姆〜240 欧姆，所以可取R1为180欧姆。又因为设计要求输出电压在-(5-12) V间可调。当R2=0时，此时应对应输出-5v，根据公式 U0=-1.25(1+R2/R1)可计算R3阻值为540欧姆；再根据公式即可 计算得电位器R2应去阻值为1K欧姆的。
同-12v稳定电压电路一样，该电路中前一个电容用于抵消因长线 传输引起的电感效应，其容量可选〇.33uF。后一个电容可改善负载的 瞬态响应，其容量可选luF。

5.6仿真电路图
1.打开仿真开关，电路一路输出稳定-12V;另一路在滑动变阻器滑到 最小端时输出-5V，仿真图如图所示。

2：打开仿真开关，电路一路输出稳定-12V;另一路在滑动变阻器滑到 最大端时输出-12V，仿真图如图所示：

3. 在仿真开关打开的情况下，调节滑到变阻器，可以发现电路一路输 出稳定-12V;另一路在滑动变阻器滑的滑到变化下输出电压在 -5V-12V之间变化。仿真图如图所示。

第六章 心得体会
本次课程设计让我受益匪浅，我更加深刻的理解了课本上的知识，很多平时模棱两可的知识点都认真复习并实践了。我对电子电路设计提升了认识，我意识到我们现在，所学的知识将来都是要付诸实践的，所以一切都要从实际出发、理论联系实际，这样才能正确发挥我们所具备的能力。
在这次课程设计中，我明白了课程设计的任务一般是设计，组装并调试一个简单的电子电路装置。需要我们综合运用《电子技术基础》课程的知识，通过调查研究、查阅资料、方案论证与选定;设计和选取电路和元器件；组装和调试电路；测试指标和分析讨论，完成设计任务。
在这次课程设计中，我学会了怎样根据课题的要求去设计电路和调试电路，动手能力得到很大提高。从中我发现自己并不能很好的熟练使用我所学的模电知识。在以后学习中我要加强对使用电路的设计和选用能力，但由于电路比较简单、定型，不是真实的生产和科研任务，所以我们基本上能有章可循，完成起来并不困难。把过去熟悉的定型分析和定量计算逐步和工程估算、实验调整等手段结合起来，掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方案。这对今后从事技术工作无疑是个启蒙训练。通过这种综合训练，我们可以掌握电路设计的基本方法，提高动手组织实验的基本技能，培养分析解决电路问题的实际本领，为以后毕业设计和从事电子实验实际工作打下基础。
6 参考文献
《电子技术课程设计指导》 彭介华 高教出版社
《模拟电子技术》 童诗白 清华大学出版社
《电子线路设计、实验与测试》 谢自美 华中科技大学
附录一稳压器介绍
(1)稳压器LM337
输入输出最小压差降为0.2V LM117/LM317 1.25V至37V连续可调。封装形式 TO-220塑料封装，T0-3铝壳封装，TO-202塑料封装，TO-39金属封装：

To-3与To-220To-39 1

(2)稳压器LM7912

机械学院 自动化专业
电子技术课程设计考核评定表
课程设计题目：
设计人姓名

班级

学号

指导教师
段小丽
教研室
自动化
考核项目及评分结果
序号
项目内容
评分结果
备注
1
设计总结报告

满分20分
2
动手能力

满分10分
设计效果

满分20分
3
创新能力

满分10分
4
态度与纪律

满分20分
5
答辩

满分20分
6
总成绩合计

90分及以上为优；
[80~89]分为良；
[70~79]分为中；
[60~69]分为及格；
60分以下为不及格
考核评价

考核教师： 考核时间： 年 月 日
教研室主任： 年 月 日

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