多功能正负直流电源的设计

中北大学

课程设计任务书

2010/2011 学年第 一 学期

学 院： 信息与通信工程学院

专 业： 电子信息科学与技术 学 生 姓 名： 杨建军 学 号： 0805014117

课程设计题目： 多功能正负直流电源的设计 起 迄 日 期： 12月26日～1月 7日

课程设计地点： 中北大学 指 导 教 师： 程耀瑜，李文强

系 主 任： 程耀瑜

下达任务书日期: 2010 年 12 月 26 日

课 程 设 计 任 务 书

1．设计目的： 本课程设计主要针对模拟电子技术和数字电子技术课程要求，培养学生在查阅资料的基础上，进行实用电路设计、计算、仿真、调试等多个环节的综合能力，同时培养学生用课程中所学的理论独立地解决实际问题的能力。另外还培养学生用专业的、简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。 2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： （1）掌握桥式整流电容滤波电路的工作原理； （2）掌握稳压三极管的选型； （3）掌握正直流电源（＋5V, ＋3.3V, ＋24V）电路的设计、仿真与调试； （4）掌握负直流电源（－12V）电路的设计、仿真与调试； （5）掌握方案设计与论证； （6）掌握用相关软件进行电路图设计、仿真，以及对仿真结果的分析、总结； 3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕： （1）提供核心器件的工作原理与应用介绍； （2）提供用Protel99设计的电路原理图，也可给出印刷板电路图； （3）提供用Multisim、MaxPluss、Proteus等其他软件对电路的仿真结果与分析； （4）提供符合规定要求的课程设计说明书； （5）提供参考文献不少于三篇，且必须是相关的参考文献；

课 程 设 计 任 务 书

4．主要参考文献： （1） 阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，1998； （2） 王远.模拟电子技术.北京：机械工业出版社，2001； （3） 陈汝全.电子技术常用器件应用手册.北京：机械工业出版社，2003； （4） 毕满清.电子技术实验与课程设计.北京：机械工业出版社，2006； 5．设计成果形式及要求： （1）电路原理图，仿真结果； （2）课程设计说明书； 6．工作计划及进度： 2010年 12月26日～12 月28日：分析课程设计任务书，查找资料，初步确定方案； 12月 29日～12月30 日：论证、确定方案； 12 月31日～2011年1月4 日：电路设计、计算、仿真，并完善设计与方案； 2011年1月5日～1月6 日：整理资料，书写课程设计说明书； 1月 7日： 答辩，提交课程设计说明书。 系主任审查意见： 签字： 年 月 日 中北大学 课 程 设 计 说 明 书 学生姓名： 杨建军 学 号： 0805014117 学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 电子信息科学与技术 题 目： 多功能正负直流电源的设计 指导教师： 程耀瑜 职称: 教授 李文强 职称: 讲师 2011 年 1 月 7 日

目 录

设计目的……………………………………………………1 实验设计任务………………………………………………1 设计电路原理和原理图……………………………………1 对整个电源各功能的仿真测试结果………………………5 设计总结……………………………………………………7 参考文献……………………………………………………8 附录…………………………………………………………9

多功能正负直流稳压电源实验报告

一．设计目的：

主要针对模拟电子技术和数字电子技术课程要求，培养学生进行实用电路设计、仿真、安装、调试等多个环节的综合能力，同时培养学生用课程中所学的理论独立地解决实际问题的能力。另外要求每个学生独立完成一个选题的设计任务。

二．实验设计任务

（1）掌握桥式整流电容滤波电路的工作原理； （2）掌握稳压三极管的选型；

（3）掌握正直流电源（＋5V, ＋3.3V, ＋24V）电路的设计、仿真与调试； （4）掌握负直流电源（－12V）电路的设计、仿真与调试； （5）掌握方案设计与论证；

（6）掌握用相关软件进行电路图设计、仿真，以及对仿真结果的分析、总结。

三．设计电路原理和原理图

稳压直流电源是由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成

在本实验中我们采用了桥式整流器电路来实现电流的整流，其输出电压和输入电压的有效值之间关系为：Ｕ0=0.9Ｕ2。

我们采用可调式三端稳压管LM317、固定式三端稳压管LM78系列、LM79系列来实现3.3Ｖ、5Ｖ、24Ｖ、-12Ｖ的多选择电源电压。

LM317的原理如下： 稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo＝1.25（1＋R2/R1）。仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。317稳压块的输出电压变化范围是Vo＝1.25V—37V。

其次是317稳压块都有一个最小稳定工作电流，有的资料称为最小输出电流，也有的资料称为最小泄放电流。最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同，其最小稳定工作电流也不相同，但一般不大于5mA。当317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时，317稳压块就不能正常工作。当317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时，317稳压块就可以输出稳定的直流电压。如果用317稳压块制作稳压电源时，没有注意317稳压块的最小稳定工作电流，那么你制作的稳压电源可能会出现下述不正常现象：稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。

LM78/LM79系列三端稳压原理如下：

用LM78/LM79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的LM78或LM79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如LM7806表示输出电压为正6V，LM7909表示输出电压为负9V。

因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。

我们在实验中实现3.3V的电源电压时利用LM317采用了R1=450Ω，R2=725Ω。分别利用LM7805、 LM7912来实现5V、 -12V电源的电压的输出。利用电容实现电流滤波的作用。

分块设计： 1．+3.3V：

电源稳压块LM317的输出电压变化范围是Vo＝1.25V—37V，且输出电压可用如下公式计算：Vo＝1.25（1＋R2/R1）。令Vo=3.3V，R1=450Ω，可计算得到R2=725Ω。连接电路并对电路进行测试，结果如下图所示：

2．+24V：

根据电源稳压块LM317输出电压计算公式，令Vo=24V,R1=450Ω,可计算得到R2=8.19KΩ。连接电路并对电路进行测试，结果如下图所示：

3．+5V：

电源稳压块LM7805本身的输出电压就是+5V，所以，只要在其左右两边加上滤波电容即可得到稳定的+5V输出电压。连接电路并测试，结果如下图所示：

4.-12V：

LM7912是输出电压Vo=-12V的电源稳压块，要得到-12V的稳定输出电压，只需在LM7912的两边加上滤波电容。电路图及测试结果如下图所示：

因LM7912本身的原因，误差较大。

整合以上各分块电路，变压器：原线圈数：副线圈数=18：1得整个多功能正负直流电源的原理图如下：

四．整合后对整个电源各功能的仿真测试结果

1. -12V

2. +24V的测量值

3. +5v的测量结果

4. +3.3v测量结果

五．设计总结

在本次设计中，由于LM7912本身误差使得我们测量数据为-12.642V，偏理论值较大，在利用protel99SE制作电路板时，无法找到LM7824，故采用LM317来实现24V的输出，在电路原理图绘制中，连线、网络节点的应用可以为我们节省很多时间，在PCB电路板的制作过程中，各种元器件封装属性对PCB网络表格的载入尤为重要，在PCB布线的过程中，元器件的布局对PCB制作成功至关重要。

在利用Multisim仿真时，我们利用电路模块封装来进行一系列实验数据的测试，在3.3V输出过程中，通过不断的调整R2/R1的值，直到测试结果为3.313V，可见实验是在不断的尝试、修改、测试，经过多次调整取得比较理想的结果。

通过本次实验我们对一些集成电路的应用，Mutisim，protel99se软件的运用有了更为深度的了解,三人一组使我们体会到团队合作的重要性！

参考文献：

（5） 阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，1998； （6） 王远.模拟电子技术.北京：机械工业出版社，2001；

（7） 陈汝全.电子技术常用器件应用手册.北京：机械工业出版社，2003； （8） 毕满清.电子技术实验与课程设计.北京：机械工业出版社，2006； （9） 袁保生、毕满清.Protel99SE电路设计实验指导，2010

附录：

PCB电路板及3D视图