模电-直流稳压电源
模电课程设计直流稳压电源
直流稳压电源设计1. 引言直流稳压电源是一种用于提供恒定直流电压输出的电子设备，广泛应用于各个领域的电子设备中。
本文将详细介绍直流稳压电源的设计过程，包括理论基础、电路设计、实验步骤和结果分析等。
2. 理论基础2.1 直流稳压原理直流稳压电源的基本原理是通过负反馈控制技术，使得输出端的电压保持在一个稳定值。
在负载变化或输入电源波动时，通过调节控制信号，使得输出端的电压不受影响。
2.2 稳压管稳压管是直流稳压电源中常用的元件，它能够根据输入端的变化自动调整其导通状态以保持输出端的恒定电压。
常见的稳压管有Zener二极管和三端稳压器。
2.3 变压器变压器是直流稳压电源中用于降低或升高交流输入电源的元件。
通过变换输入端的交流电压，可以得到所需的直流输出电压。
3. 电路设计3.1 输入端设计输入端设计包括交流输入电源的接入和滤波。
将交流输入电源通过变压器降压至所需的电压等级。
使用滤波电路对输入信号进行滤波，去除交流成分，得到纯净的直流信号。
3.2 稳压管设计稳压管是直流稳压电源中最关键的元件之一。
根据所需的输出电压和额定电流，选择合适的稳压管进行设计。
在稳压管前后分别加上适当的限流电阻和维护电阻，以保证稳定工作。
3.3 输出端设计输出端设计主要包括负载调节和过载保护。
通过连接合适的负载电阻，并在输出端加上过载保护元件，可以实现对输出端电流和功率的控制和保护。
4. 实验步骤4.1 确定需求和参数首先需要明确直流稳压电源的需求和参数，包括输出电压、额定电流、负载范围等。
4.2 选取元件和计算参数根据需求确定所需的元件，并进行参数计算。
包括变压器的变比计算、稳压管的选择和限流电阻的计算等。
4.3 绘制电路图根据元件选取和参数计算结果，绘制直流稳压电源的电路图。
4.4 搭建实验电路按照电路图，搭建实验所需的电路，连接各个元件。
4.5 调试和测试对搭建好的实验电路进行调试和测试，包括输入端、稳压管和输出端的工作状态检查。
模拟电子及技术基础课件-直流稳压电源
3
维修注意事项
需按照说明书进行操作，注意电源的安全性，尽量避免自行拆卸和修理。
直流稳压电源的发展趋势和展望
绿色环保
越来越多使用新能源技术，如 太阳能板、燃料电池等。
远程监控
结合远程监控与物联网技术， 可以实现电源的远程监控和管 理。
新型应用
在现代化实验室、医疗设备领 域等方面有广阔的应用前景。
直流稳压电源的原理和组成
原理
基于反馈控制原理，通过对负载电压进行反 馈来调节电源输出。主要由电源变压器、整 流电路、滤波电路、稳压器及反馈控制电路 组成。
组成
通常包括整流变压器、电感器、滤波电容、 功率管以及控制芯片等。特别是控制芯片的 更新换代，大大提高了稳定性和可靠性。
直流稳压电源的参数和规格
直流稳压电源
欢迎来到我的模拟电子及技术基础课件，今天我们将重点讲解直流稳压电源。
直流稳压电源的定义和作用
定义
直流稳压电源，指输出直流电的同时，能够在负 载、电源或环境等变化的情况下，保持被规定范 围内的电压恒定不变的电源。
作用
可以为各种电子设备和实验提供稳定的电源，防 止因电源不稳定而导致设备故障、实验误差等问 题。
直流稳压电源的选择和购买要点
1 用途需求
根据实际需求选择合适 的电压、电流和功率。
2 品牌质量
选择知名品牌，以保证 稳定性和可靠性。
3 售后服务
选择有完善售后服务和 技术支持的品牌，方便 日后维护。
直流稳压电源的维护和故障排除
1
日常维护
保持通风良好，定期更换滤波电容，检查输故障包括输出电压偏差、开关机故障、过压保护等，需要根据具体情况仔 细检查。
输出电压（V）
5 12 15 24
模电实验报告直流稳压电源
模电实验报告直流稳压电源
您好,关于模拟电路实验报告中的直流稳压电源部分,我们可以提供一些参考内容：
1. 实验目的：
掌握直流稳压电源的基本原理,设计并制作一个稳压电源电路,使用万用表测量电压稳定度及负载调节率,并记录实验数据。
2. 实验原理：
直流稳压电源电路由变压器、整流滤波电路、稳压电路三部分组成。
变压器主要作用是将市电电压（一般为220V）降压为电路需要的低电压,同时也起到隔离交流电源的作用。
整流滤波电路主要作用是将交流电压转换为直流电压,并通过电容滤波去除交流信号中的纹波。
稳压电路主要作用是稳定输出电压,防止由于负载变化等原因导致输出电压波动。
3. 实验步骤：
a. 按照电路图自行设计一份直流稳压电源电路,并将电路图附在报告中；
b. 根据电路图,选好相应的电器件并进行焊接；
c. 将稳压电路的输出接到万用表上,测量输出电压稳定度及负载调节率；
d. 记录实验数据,并进行分析。
4. 实验数据：
在不同负载下,测得的输出电压及电压稳定度数据如下表所示：
负载电流（mA）输出电压（V）电压稳定度
10 5.00 ±0.01V
50 5.02 ±0.02V
100 5.05 ±0.03V
500 5.01 ±0.04V
由上表数据可以看出,随着负载电流增加,电压略有波动,但稳定度很高,波动范围较小。
5. 实验结论：
本次实验,我们成功设计并制作了一份直流稳压电源电路,并通过测量实验验证了输出电压稳定度较高,波动范围很小的结论。
这对于电子电路的实验和应用有很大的参考价值。
模电课件-第十章直流稳压电源
基准电压：可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出输 出电压UO的一部分和基准电压相比较。
比较放大器：可以是单管放大电路，差动放大电路， 集成运算放大器。
调整元件：可以是单个功率管，复合管或用几个功率管 并联。
因调整管与负载接成射极输出器形式，
可调式:
W117 负稳压W79XX
固定式 正稳压W78XX
注：型号后XX两位数字代表输出电压值
W7800系列输出电压额定值有: 5V、9V、12V 、18V、 24V等 。
三端稳压器的外形和方框图
固定式
可调式
二、W7800的应用
1. 输出为固定电压的电路 输出为固定正压时的接法如图所示。
1
+
W7800 3
随着半导体工艺的发展,现在已生产并广泛应 用的单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高, 使用灵活,价格低廉等优点。
最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公 共引出端,故称之为三端集成稳压器。
本节主要介绍常用的W7800系列三端集成稳 压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。
一、三端集成稳压器的分类
三端集成 稳压器
原理：利用储能元件电容两端的电压(或通过电 感中的电流)不能突变的特性, 滤掉整流电路输出电压中的交流成份，
保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目 的。
10.3.1 电容滤波电路
一、滤波过程
以单向桥式整流电容滤波为例进行分析， 其电路如图所示。
a
u1 u1
D4
u2
D1
D3
C
S uo
D2
RL
b
桥式整流电容滤波电路
模电课程设计-直流稳压电源设计说明书
1 设计目的学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。
学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。
培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。
2 设计任务及要求2.1简要说明在电子系统中，总是需要一种稳定输出电压大小的直流稳压电源，通常将这种电源称为可调直流稳压电源。
它输出电压V o恒定，又较大的输出电压。
2.2设计要求(1)设计任务：设计电源变压器，整流电路和稳压电路。
(2)主要技术指标：(3)输出电压：3~9v连续可调(4)输出电流:Iomax=800mA(5)输出电压变化量：(6)稳压系数：Sv<﹦0.0033 设计步骤设计将220V交流电转换为3—9V连续可调电源，有直流稳压电源原理，设计如下概要电路图1：图1 整体设计原理图3.1变压器变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。
变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。
原理演示图2 变压器基本原理图变压器的基本原理是电磁感应原理，现以单相双绕组变压器为例说明其基本工作原理（如图2-1）：当一次侧绕组上加上电压Ú1时，流过电流Í1，在铁芯中就产生交变磁通Ø1，这些磁通称为主磁通，在它作用下，两侧绕组分别感应电势É1，É2，感应电势公式为：E=4.44fNØm式中：E--感应电势有效值f--频率N--匝数Øm--主磁通最大值由于二次绕组与一次绕组匝数不同，感应电势E1和E2大小也不同，当略去内阻抗压降后，电压Ú1和Ú2大小也就不同。
当变压器二次侧空载时，一次侧仅流过主磁通的电流（Í0），这个电流称为激磁电流。
当二次侧加负载流过负载电流Í2时，也在铁芯中产生磁通，力图改变主磁通，但一次电压不变时，主磁通是不变的，一次侧就要流过两部分电流，一部分为激磁电流Í0，一部分为用来平衡Í2，所以这部分电流随着Í2变化而变化。
直流稳压电源(模电)
2U 2U 2 / 2 S= ≈ 1.57 2U 2 / π
(8-4)
S越小，表明输出电压的脉动越小，整流电路性能越好。 越小，表明输出电压的脉动越小，整流电路性能越好。 越小 单相半波整流电路结构简单，只需一只整流二极管， 单相半波整流电路结构简单，只需一只整流二极管，但 输出 电压脉动大，平均值低。将其改进之后可得到单相全波整流电路。 电压脉动大，平均值低。将其改进之后可得到单相全波整流电路。
输出电压脉动系数为
U o 0.9U 2 Io = ≈ RL RL
(8-7)
4 2U 2 /(3π ) S= ≈ 0.67 2 2U 2 / π
(8-8)
第8章 直流稳压电源 8.2.3 单相桥式整流电路 （bridge rectifier circuit） 单相桥式整流电路 ） 1. 工作原理 工作原理 与单相全波整流电路相比，变压器次级无中心抽头， 与单相全波整流电路相比 ， 变压器次级无中心抽头 ， 但二 极管数目增加，由四个二极管V 构成整流桥。 极管数目增加 ， 由四个二极管 D1～ VD4构成整流桥。 VD1～ VD4 均为理想二极管， 均为理想二极管，仍设 u2 = 2U 2 sin ωt 。
第8章 直流稳压电源
（2） 输出电流平均值 o ） 输出电流平均值I
U o 0.45U 2 Io = ≈ RL RL
(8-3)
第8章 直流稳压电源 （3） 输出电压脉动系数 。除直流分量外，uo还有不同频率 ） 输出电压脉动系数S。除直流分量外， 的谐波分量。如第二项为基波，第三项为二次谐波， 的谐波分量 。 如第二项为基波 ， 第三项为二次谐波 ， 它们反映 的起伏或者说脉动程度。 了uo的起伏或者说脉动程度。 其中基波峰值与 输出电压平均值之比定义为输出电压 其中 基波峰值与输出电压平均值之比定义为输出电压 基波峰值 的脉动系数S（ 的脉动系数 （ripple factor），则半波整流电路的脉动系数为 ） 则半波整流电路的脉动系数为:
模电课程设计直流稳压电源
模电课程设计直流稳压电源一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握直流稳压电源的基本工作原理，理解稳压电路各组成部分的作用及相互关系。
2. 使学生掌握稳压电源的主要性能指标，如电压稳定性、负载调整率、纹波系数等。
3. 帮助学生了解不同类型的稳压电路及其特点，如线性稳压电路、开关稳压电路等。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析实际电路的能力，能正确选用稳压电源并进行简单的电路设计。
2. 提高学生动手实践能力，学会使用示波器、万用表等工具进行稳压电源性能测试。
3. 培养学生团队协作能力，能在小组讨论中积极发表见解，共同解决问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子技术的兴趣，激发学习热情，形成自主学习、探究学习的习惯。
2. 培养学生严谨的科学态度，注重实验数据的真实性，敢于面对和解决问题。
3. 增强学生的环保意识，认识到电子设备对环境的影响，倡导绿色环保理念。
课程性质：本课程为模拟电子技术课程的一部分，侧重于直流稳压电源的工作原理、性能分析和应用。
学生特点：学生为高中年级，已具备一定的电子基础知识，具有较强的学习能力和动手实践能力。
教学要求：结合课程性质和学生特点，采用理论教学与实验相结合的方式，注重培养学生的实际操作能力和团队协作能力。
通过本课程的学习，使学生能够将理论知识应用于实际电路设计中，提高解决问题的能力。
教学过程中，注重分解课程目标，确保学生达到预定的学习成果，为后续课程打下坚实基础。
二、教学内容1. 理论教学：a. 稳压电源概述：介绍稳压电源的定义、分类及在电子设备中的作用。
b. 线性稳压电路：讲解LM7805等常用线性稳压集成电路的内部结构、工作原理及性能参数。
c. 开关稳压电路：分析开关稳压电路的基本原理、电路组成及特点，如效率高、体积小等。
d. 稳压电源性能指标：阐述电压稳定性、负载调整率、纹波系数等性能指标的定义及测试方法。
2. 实践教学：a. 稳压电源搭建与测试：指导学生搭建线性稳压电路和开关稳压电路，使用示波器、万用表等工具进行性能测试。
模电课程设计直流稳压电源实训报告(一)
模电课程设计直流稳压电源实训报告(一)模电课程设计直流稳压电源实训报告概述本次实训是电子信息工程专业课程“模拟电子技术”设计实践环节之一。
主要目的是让学生通过设计并制作直流稳压电源，加深对模拟电路原理的理解，并掌握电路设计与实际制作的能力。
实验过程设计1.根据要求，确定电源的输出电压、输出电流等参数。
本次实验要求输出电压为5V，输出电流为1A。
2.根据输出电压和电流计算电源的功率。
P = V × I = 5V × 1A= 5W。
3.根据功率选择合适的变压器和二极管，计算所需电容的容量。
在本次实验中，选择5V、2A的变压器和1N4007二极管，计算电容可得：C = I × τ/ΔV = 1A × 0.02s/0.5V = 40uF。
4.根据电容的容量选择合适的电容，并确定前级稳压二极管和后级稳压三端稳压器型号。
本次实验选择4700uF的20V电容，前级稳压二极管选择1N5817，后级稳压三端稳压器选择LM7805。
5.根据所选元器件的参数和数据手册，绘制电路图和PCB布局图。
制作1.根据PCB布局图，在铜板上用喷锡机喷上底部铜皮。
2.根据电路图使用光刻出铜盐膜线路图。
刻蚀后得到铜盐膜PCB板。
3.微风干燥后，在氢氟酸水溶液中脱盐，清洗后得到精美的PCB板。
4.根据电路图逐个安装元器件，注意电解电容、极性电容和稳压二极管等的极性。
5.完成元器件的安装后，进行焊接。
焊接过程中应注意不要使元器件过热，避免烧坏元器件。
6.检查电路连接是否正确，并使用万用表进行电路测试。
实验结论通过本次实验，我们学会了使用电子元器件设计并制作直流稳压电源的方法，并在实际制作上得到了巩固。
同时，我们也加深了对模拟电路原理的理解，为今后的学习和实践奠定了基础。
实验总结本次实际操作中，我们深刻感受到电路设计的重要性。
正确的设计能够避免各种问题的发生，方便后续的制作和测试。
因此，在实际操作中，我们应该注重电路设计的细节，并严格按照电路图进行安装和调试工作。
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D4
v2
vO
D1
二极管平均电流：
D3
D2
vO
C
0 .9V 2
二极管最大反向电压：
C1
V2
VO 1.2
30 25V 1.2
I1
R L vO
t t
t
220VAC
10.1.1 单相整流电路
思考题：
D4
v2
vO
D1
桥式整流电路如图。
D3
试分析：
D2
RL
I
D
1 2
I
O
(1) D2 或 D4断开时负载电压波形。
变压
整流
滤波
交流
电源
v1
v2
t
v3
t
v4
t
稳压
负载
vo
t
t
功能：把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压
10.1.1 单相整流电路
1. 概述 整流电路的作用：将交流电压转变为脉动直流电压
整流原理：利用二极管的单向导电性 常见整流电路：半波、全波、桥式和倍压整流；单相
和三相整流等。 分析方法：把二极管当作理想元件处理，即正向导通电
iC
10.1.2 滤波电路
2. 电容滤波器 ●工作原理 (a) v2 > vC : 桥堆导通，
电源同时给负载 RL和 C 供充电，vC= vO= v2
220VAC
v2
C
0 .9V 2
D4 vO
D3
vO
D1
v VDRM 2V2
O
D2 C
R L vO
t
充电区间
10.1.2 滤波电路
220VAC
v2
10.1.2 滤波电路
2. 电容滤波器 ●例题：整流滤波电路
如图，已知电源频率 f
220VAC
v2
vO
VDRM 2V2
iO
C
R L vO
=50Hz，负载 RL = 200，要求直流
输出电压VO=30V。(1) 试求变压器二次电压V2；(2) 选
择整流二极管及；(3) 滤波电容器。
解：(2) 选取二极管：
如图，已知电源频率 f
220VAC
v2
vO
VDRM 2V2
vO
C
RL
IO
VO RL
0.9V2 RL
=50Hz，负载 RL = 200，要求直流
输出电压VO=30V。(1) 试求变压器二次电压V2；(2) 选
择整流二极管及；(3) 滤波电容器。
解：(3) 选取滤波电容：
SV
Vo Vo Vi
100%
Io0
滤波视角：直流分量(XL= 0，L短路)只施于RL；谐波 分量(XL = jL>>RL)大部施于L → 较平滑直流电压vO。
储能视ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ：工作时L有储能，供电电
压v2↓，L 储能对RL补电；v2↑，电源 对L和 RL供电 →连续、平稳和稳定vO。
10.1.2 滤波电路
3. 电感滤波器 ●电路特点
220VAC
(2)若 D2 或 D4 接反了，后果如何？
(3)若 D2 或 D4 因击穿或烧坏而短路，后果又如何？
220VAC
10.1.1 单相整流电路
思考题：
D4
v2
vO
D1
桥式整流电路如图。
D3
解：
D2
(1) D2 或 D4断开，负
C
载电压波形如图。
2V2
R L vO
t
t
220VAC
10.1.1 单相整流电路
v2
vO
(a) vO的均值及其脉动度
与放电时间常数t = L/RL有关
t51T510.5sCt250μF
2250 RL VDRM2V222535V
R L iO
(b) D导通角大，纹波可进一步减少，接负载能力强：
vO (c) 电感体积大而笨重，因而适合于电流较大、要求输
出电压脉动较小的场合，或更合适于高频电源滤波
Vomin R1R2R2RpRpVref
Vf
R 2 R 1 R 2
Vo
FVV o
RL
Vz
Vf
Rp
–
A
+
V VbAvo(VrefVf)
ref
R
2
R
Dz T
V
VoR1R2R2Vref
Vref FV
b
当 Vi 或 RL 变化时，输出电压Vo↗，稳压过程如下：
Voh
Vf Vnh
Vbi
Vbei
Vceh
Voi
(d) 更进一步的改进：LC滤波器
10.1.2 滤波电路
3. 电感滤波器 ●例题：交直流收扩两用机电源
vO
n2
220VAC
SI
Vo Vo
100% (%)
Vi0
T0
KV
Vo Vi
Io 0
T 0
I
474
D4
D1
D3
D2
2000μ
24VDC
FU
C2
n3
50V
Vo Vo100%
Vi Vi Io0
RL
T0
10.1.2 滤波电路
10.2.1 稳压电源的质量指标
1. 输入调整因数（电压调整率）：
C1
B
: 反映输入电压波动对输出电压的影响
X
反映负载电流和环温 不: 电变压时调，整电率网电压波 动对稳压电路的影响
No Image
: 稳压系数
10.2.1 稳压电源的质量指标
2. 输出电阻：
n1
: 反映电流 Io 变化对 Vo 的影响
(%/V)
T0
Ro
Vo Io
( )
Vi 0
T 0
选250/50V的电解电容器
10.1.2 滤波电路
3. 电感滤波器 ●工作原理
220VAC
v2
vO
当流过电感的电流发生
变化时，线圈中产生自感电势阻碍
t51T510.5sCt250μF
2250 RL
I adj
R L VO0.9V2
电流变化，从而有效抑制负载电流和电压的脉动。
SI
Vo Vo
100% (%)
Vi 0 T0
:
电流调整率： Io 从0↗Max
时， Vo 的相对变化率
反映输入电压、环温不 变，输出电流变时输出 电压保持稳定的能力， 即稳压器带负载能力。
10.2.1 稳压电源的质量指标
3. 温度系数 RR 20lg Vip-p (dB) Vop-p
4. 纹波抑制比
滤波原理：滤波电路利用储能元件L或/和C构成低通 滤波电路（实质上是根据C两端的电压或L中的电流不 能突变或储能特性）, 滤掉（抑制）整流输出电压中的 交流成份，保留其直流成份，平滑输出电压波形。
10.1.2 滤波电路
1. 概述 常用滤波器结构：C型、LC型(倒L)、CRC型(P)
L
C2
vO
vL
R
D4
v2
vO
D3
(a) vO的均值及其脉动度与
放电时间常数t =RLC 有关
(b) 外特性曲线：
0 .9V 2 2V2
(c) D导通角小，流峰值大：
t 越大VO 越高，IO 越大
整流 D 导通时间越短
iD 峰值电流越大。
iL
选管时一般取： IOM = 2 ID
D1
VDRM 2V2
iO
D2 C
RL
3. 电感滤波器 ●例题：交直流收扩两用机电源
vO
n2
220VAC
SI
Vo Vo
100% (%)
Vi0
T0
KV
Vo Vi
Io 0
T 0
I
474
D4
D1
D3
D2
2000μ
24VDC
FU
C2
n3
No Image
50V R L
10.2.1 稳压电源的质量指标 10.2.2 串联反馈式稳压电路的工作原理 10.2.3 三端集成稳压器 10.2.4 三端集成稳压器的应用
(3)若 D2 或 D4 因击穿或烧坏而短路，后果是： 正半周，情况同(2) → 变压器及D1D2或D3D4将被烧坏！
10.1.2 滤波电路
1. 概述 交流电压经整流后的输出是脉动直流，其中既有直
流成份又有交流成份。
滤波目的：滤掉整流输出电压中的交流成份，保留 其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。
v2
C
0 .9V 2
iL
O
D4 vO
D3
一般取τ(35)T 2
D1
VDRM 2V2
iO
D2 C
R L vO
t
t
10.1.2 滤波电路
220VAC
2. 电容滤波器
v2
●电路特点
(a) vO的均值及其脉动度与
放电时间常数t =RLC 有关
D4 vO
D3
D1
VDRM 2V2
iO
D2 C
R L iO
ID1 2IO1 2V RO L7.5mA
V
o
V V
V
V
re
V
f
re
f
re
f
re
f
r
e
f
I
1
I
2
V
r
R
e
f
1
1
R
2
R
1
1
R