电子科技大学模电课程设计报告——直流稳压电源

电子科技大学

《模拟电路基础》应用设计报告

设计题目： 直流稳压电源 学生姓名： 教师姓名：

学号： 日期：

一、设计任务

设计一个直流稳压电路，将220V的市电转变为5V的直流电，并满足以下要求：

1.输出电压5V 2.最大输出电流0.5A 3.电压调整率<4% 4.电流调整率<4% 5.纹波系数<5%

二、电路原理

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。设计构想如下（图1）

图1 直流稳压电源设计款图

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各模块的功能如下表（表1）

表1 模块 各模块功能 电源变压器 整流电路 滤波电路 将220V的市将交流电压变将脉动的直流电变为较小接为脉动的直流 电压变为平滑近5V的交流电压 的直流电压 电 稳压电路 将平滑的直流电变为稳定性好的直流电 1.电源变压器

这里选用15:1的线圈，是变压后电压在17V左右（图2）

图2 变压器

2.全波整流电路

变压器和四个二极管构成如下图所示的全波整流电路。从图3中可见， 正负半周都有电流流过负载，提高了整流效率。

全波整流的特点： 输出电压VL高；脉动小；正负半周都有电流供给负 载，因而变压器得到充分利用，效率较高。

图三 整流电路

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3.滤波电路

我们采用的是电容滤波电路。由于电容的储能作用，使得输出波形比较平 滑，脉动成分降低输出电压的平均值增大。电容放电的时间τ=RLC越大,放 电过程越慢，输出电压中脉动（纹波）成分越少，滤波效果越好。一般取

τ≥（3～5）T/2，T为电源交流电压的周期。

图4 电容滤波电路

4.整流电路

我们使用三端稳压器LM7805对电路进行稳压，采用LM7805可大大简化电 路，使电路变得简单，而且整流效果也较好。

图5 LM7805整流电路

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三、电路仿真和结果

1.选择的器件及其参数 选用的元器件型号和数量(表2)

表2 选用的元器件型号和数量 元件 变压器 三端稳压电路 二极管 电容 电阻 型号 线圈匝数15:1 LM7805 1N4001 100uF极性电容 1uF 10.5Ω 数量 1个 1个 4个 1个 2个 1个 2.电路仿真

将上述元件按照个执行功能连接，得到直流稳压电路，如图6

图6 仿真电路图

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（1）输出电压值

启动电路后，由电压表读熟得，输出电压为5V,且通过示波器可知，该输出信号为直流信号，如下图

图7 测试电路

图8 电压表电压值

图9 示波器波形

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（2）最大输出电流

连接好电路，保持稳压电源的输入电压为220V

联一个毫安表，通过改变变阻器的阻值使输出电压降低5%左右，测量此时的电流I

计算得输出电压降低为4.75V左右时为最大输出电流

图10 输出最大电流时的电路

图11 输出最大电流

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此时最大电流为476.55mA （3）电压调整率和电流调整率 测试方法：

a.设置可调负载装置，使电源满载输出；

b.调节AC SOURCE，使输入UI电压为下限值，记录对应的输出电压U1（这里分别测得输入电压比220V增大和缩小10%）； c.增大输入电压到额定值，记录对应的输出电压U0； d.调节输入电压为上限值，记录对应的输出电压U2；

e.按下式计算： 电压调整率={(U- U0)/U0}×100％ 式中：U为U1 和U2中相对U0变化较大的值，电流调整率Si=(U2-U1)/U0*100%，

表3 源电压改变输出电压的改变值

UI 242 220 198 U1 +0.019 0 +0.022 U2 -0.021 0 -0.020 带入计算得电压调整率为0.01% 电流调整率为0.019%

(4)纹波系数

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纹波系数=纹波电压/输出电压

图12 纹波电压

所以，纹波系数=317.774uV/5V0 所以，本仿真达到了设计预期指标，即 1.输出电压5V 2.最大输出电流0.5A 3.电压调整率<4% 4.电流调整率<4% 5.纹波系数<5% 所以，本次仿真成功。

四、电路加工及测试（可选）

1.焊接过程注意事项

焊接时，应该遵循先焊小元件，如电阻和二极管等；后焊大元件，如电容。

2.阐明所用的测试仪、测试方法

用到的测试仪器有市电电源，晶体管毫伏表，示波器，万用表。 测量时，用万用表测出输出电压、调整电压和最大输出电流，用晶体管 毫伏表测量纹波电压，测量出的数据可带入计算式，算出所需指标。

五、问题解答

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1.电容C1、CI、CO有什么要求，一般如何选择？

答：电容放电的时间τ=RLC越大,放 电过程越慢，输出电压中脉动（纹波）成

分越少，滤波效果越好。一般取τ≥（3～5）T/2，T为电源交流电压的周期。 2.电流调整率由什么参数决定，如何降低？

答：通常以单位输出电压下的输出电压变化值的百分比来表示直流稳压电源的电流调整率。

要降低电流调整率，可以： （1）降低空载电压

（2）如果可以,适当减小负载电流 （3）如果可以,降低工作频率 3.如何减小纹波？

（1）低频纹波抑制的几种常用的方法：

a、加大输出低频滤波的电感，电容参数，使低频纹波降低到所需的指标。b、采用前馈控制方法，降低低频纹波分量。

（2）高频纹波抑制的目的是给高频纹波提供通路，常用的方法有以下几种： a、提高开关电源工作频率，以提高高频纹波频率，有利于抑制输出高频纹波。b、加大输出高频滤波器，可以抑制输出高频纹波。c、采用多级滤波。

六、总结

本次实验时，通过观看课件，了解了模块：电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路在直流稳压电源中的作用，然后开始选择元件并搭建电路，通过查阅教科书也得到了一些信息，从网上查到了电压调整率，电流调整率，以及纹波系数的意义和计算方法，也通过电路设计模拟出了自己设计的直流稳压电源。

通过本次设计，对模拟电子技术基础课程有了近一步的很深层次的理解，并在对之后设计更为复杂的电路时打下了基础，设计和制作的时候，正是在考验着一个人的耐心和细心，认真遵循注意事项，这样设计出来的电路问题会比较少。

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