12V对称稳压电源设计.docx
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12V对称稳压电源设计
荆楚理工学院
欧阳学文
电子课程设计成果
学院:
电子信息工程学院班级
学生姓名:
学号:
设计地点(单位):
D1102
设计题目:
±12V对称稳压电源设计
完成日期:
6月23日
指导教师评语:
________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________
___________________________
成绩(五级记分制):
教师签名:
±12V对称稳压电源设计
一、设计任务与要求
设计一个±12V对称稳压电源,实现其基本功能。
要求输入220V,50Hz的交流电,输出为±12V的对称稳压直流电,完成实际电路制作,测试相关电路参数,进一步掌握其基本原理。
二、方案设计与论证
此设计要求设计一个双路输出12V稳压电源,该电源包含以下几个部分:
变压器、整流桥、滤波电路、稳压电路、高频噪声静躁电路。
以上各部分的作用如下:
变压器:
变压器是将220V50Hz的交流电压变换成整流电路所需要的交流电压。
整流桥:
整流桥的作用是将交流电变成直流电,完成这一任务主要是靠整流二极管的单向导通作用。
滤波电路:
滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波,一般由电抗原件组成。
稳压电路:
将输出电压保持在一个稳定的数值。
高频噪声静躁电路:
滤除电路中出现的高频噪声。
方案一:
±12V对称稳压电源设计由输入、变压、整流、滤波、稳压、去噪声、输出几部分组成。
输入为220V50Hz的正弦交流电,我们采用W7812和W7912三端集成稳压器组成的正、负双向直流电可以满足输出电压为±12V的要求。
整流电路采用的是单相桥式整流电路。
滤波电路可以采用四个1N4007二极管来进行滤波。
电源变压器要为后面的稳压电源部分W7812和W7912提供电源,所以选用220V50Hz双12V的变压器。
由于滤波电容C的容量比较大,本身就存在较大的等效电感,对于引入的各种高频干扰的抑制能力很差。
为了解决这个问题,在电容C两端并联一只小容量的电容就可以有效的抑制高频干扰。
方案二:
晶体管串联型±12V对称稳压电源电路主要元件包括:
晶体三极管、限流电阻、稳压二极管、以及滤波电容。
令限流电阻与稳压二极管串联,并联在电源与地之间,便可以在稳压二极管上得到稳定的电压。
之后由NPN型三极管射极输出、集极接电源输入,稳压二极管接基极。
由于发射极与基极PN结间电压固定,因此电路的输出电压等于稳压二极管的电压与PN结电压之和。
经过比较,我们选用方案一,因为方案一成本低,制作简单,同时也能稳定输出我们所需的±12V电压。
三、单元电路设计与参数计算
1.变压器:
电源变压器的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电,变压器副边与原边的功率之比为P2/P1=n,式中n是变压器效率。
根据电路要求,我们选择了±12V30W的变压器。
2.整流电路:
在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路,整流电路的作用是将交流电压U2变换成脉动的直流电压U3。
滤波电路一般由电容组成,其作用是把脉动直流电压U3中大部分纹波加以滤除,以得到较平滑的直流电压U1.U1与交流电U2的有效值U2的关系为:
U1=(1.1~1.2)U2
在整流电路中,每只二极管所承受的最大反向电压为:
URM=
U2
流过每只二极管的平均电流为:
ID=IR/2=0.45U2/R
其中,R为整流滤波电路的负载电阻,它为电容C提供放电通路,放电时间常数RC应该满足:
RC>(3~5)T/2
其中,T=200ms是50Hz交流电的周期。
3.滤波电路:
经过整流后的电路仍然含有较多的交流部分,所以我们要经过滤波电路的处理。
滤波电路采用的是电容滤波电路,所选用的电容是耐压值为25V、容量为1000uF的电解电容和耐高温、稳定性强的0.1uF的独石电容。
滤波电容的选择:
RC=(3~5)
一般选择几十至几千微法的电解电容,耐压>1.1
U2
4.稳压电路:
稳压管稳压电路,三端集成稳压器和电压可调式三端集成稳压器,开关式稳压电路(电源效率可调高)。
本设计采用三端集成稳压器
三端集成稳压器:
W78××系列——输出正电压
W79××系列——输出负电压
××表示输出电压值,本设计中采用7812和7912稳压器。
在它的基本应用电路中要注意:
.三端集成稳压器输入、输出电压差为2~3V
.C3、C4、C7、C8用来实现频率补偿,防止稳压器产生高频自激和抑制电路引入的高频干扰。
取电容<=1uF。
.C5是电解电容,用来减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。
四、总原理图和元件清单
1.总原理图
2.元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
TR1
变压器
输入220V,输出12V×230VA
1
D1、D2、D3、D4
1N4007
最大平均整流电流1A,最大反向耐压1000V
4
C1、C2、C5、C6
铝电解电容
25V/1000uF
4
C3、C4、C7、C8
独石电容、104
0.1uF
4
U1
L7812
输入电压为14.8V到27V,输出电压最大12V,电流1A
1
带散热片
U2
L7912
输出12V,1.5A
1
带散热片
万用电路板
9CM*15CM
1
五、安装与调试
按照电路图连接好电路后,用万用表进行测试。
1.静态调试:
输入为220V50Hz,输出应该为±12V。
2.动态调试:
通电后,用万用表测试输出电压分别为+12.11V和12.27V。
六、性能测试分析
1.在protues中进行分步仿真,并在实验室实际测量,观测输出波形。
(1).变压部分:
变压器接交流电,输出接示波器,观测波形。
仿真时,这个部分没有误差,输入为220V50Hz,输出为±12V,50Hz(如上图)。
而实际电路中测量波形也相同(如下图)。
(2).整流部分
仿真时,这部分没有误差(如上图)。
同理,在实验室测量波形也相同,仅有少许干扰(如下图)。
(3).滤波部分
在protues中仿真时可以看出波形中已经很平滑(如上图),而在实验室测量实际电路时波形也很平稳(如下图)。
(4).稳压部分
在仿真时,输出电压已经是直流了,很平稳(如上图),实验室测试波形也如此(如下图)。
2.测试性能指标
稳压电源的技术指标分为两种:
一种是特性指标,包括输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等;另一种是质量指标,用来衡量输出直流电压的稳定程度,包括稳压系数,输出电阻,纹波电压及温度系数。
本设计中,我们主要测试其稳压系数S、输出电阻R0和纹波电压。
(1).测量稳压系数S
稳压系数定义为:
当负载保持不变时,输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比。
稳压系数反映电网波动时对稳压电路的影响,越小越好。
在protues中改变输入电压,使输入到变压器的交流电压分别为220V±10%,测量稳压电源的输出电压,根据公式计算稳压电源的稳压系数S。
在这里,我选用330Ω的电阻作为负载。
仿真实验数据如下:
输入(V)
正电源输出(V)
负电源输出(V)
稳压系数
13.1
11.4
11.9
S1(正)=1.182
12.0
10.1
10.7
S1(负)=1.091
15.0
12.0
12.0
S2(正)=0.633
S2(负)=0.433
(2).测量输出电阻R0
输出电阻R0定义为:
当稳压电路输入电压保持不变时,由于负载变化而引起的输出电压变化之比与输出电流变化之比。
输出电阻反映稳压电路受负载变化的影响,越小越好。
在仿真时我分别选用50Ω和100Ω电阻来作为负载。
仿真数据如下
负载(Ω)
正电源输出
负电源输出
输出电阻R0
电压(V)
电流(A)
电压(V)
电流(A)
50
11.40
0.21
11.90
0.23
R0(正)=4.50Ω
R0(负)=3.33Ω
100
10.95
0.11
11.50
0.11
实际测量数据如下
负载(Ω)
正电源输出
负电源输出
输出电阻R0
电压(V)
电流(A)
电压(V)
电流(A)
50
12.03
0.15
12.14
0.08
R0(正)=0.2Ω
R0(负)=1Ω
100
12.04
0.10
12.15
0.04
(3).纹波电压
所谓纹波电压,是指在额定负载条件下,输出电压中所含交流分量的有效值或峰值。
经过稳压作用,可以使整流滤波后的纹波电压大大降低,降低的倍数反比于稳压系数S。
测量纹波电压可以先用示波器将整个波形捕获,然后将关心的纹波部分放大来测量。
Protues中仿真数据如下,我们采用100Ω电阻作为负载。
负载(Ω)
纹波电压
100
正电源输出(V)
负电源输出(V)
0.4
0.425
(4).实测数据
正电源输出
负电源输出
输出电压(V)
12.11
12.27
加50Ω负载时,最大输出电流(A)
0.15
0.08
七、结论与心得
经过了两个星期的努力,终于完成了±12V对称稳压电源的设计制作。
刚开始时,选题就花了一整天。
由于是第一次做课程设计,总是担心所选的课题太难,担心自己水平不足,做不出作品。
然而,当我真正选好这个课题,并尝试去制作时,发现它并没有想象中的那么难。
我们在大二时就已经学过了模电,在那本书上的第十章就有关于直流稳压电流源制作的介绍,同时,我们在上模电实验课时,也做过直流稳压电源的实验。
并且,我们这学期也在学习数电。
其实,我刚开始的担心是多余的,有了我们之前学习模电、数电的基础,我完全可以独立完成±12V对称稳压电源的设计与制作,它无非就是在我们之前学的基础上有了一些加深而已。
在制作过程中,我先从仿真开始,这一过程也让我对protues这个软件有了更深一步的了解。
仿真也花了我几天时间,但最后我通过查阅资料,也终于顺利的完成了仿真。
我的仿真图给王老师看过后,王老师也确认没有问题,可以动手制作了。
由于有了之前的仿真设计,我在实际焊接制作时,也没有犯错,所有的连线都是按仿真图里面来接的。
焊接好后,经过测试,它的输出电压也在±12V左右,表明我的设计成功完成了。
两周的课程设计让我明白,只有熟练的掌握理论知识,多进行实践,才能更好的理解所学的知识。
八、参考文献
童诗白、华成英.《模拟电子技术》(第四版).高等教育出版社.
李雪梅、童强、何光普.《模拟电子技术基础实验与综合设计》.西安电子科技大学出版社.
康华光.《电子技术基础数字部分》(第六版).高等教育出版社.
杨欣、胡文锦、张延强.《实例解读模拟电子技术》.电子工业出版社.
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- 12 对称 稳压电源 设计