稳压电路设计

稳压电路 一、功能描述: 我们日常生活中使用的电源的有效值为220V、频率为50Hz的交流电，而实验中常常需要直流稳压电源，将市电转换为我们所需的5V直流稳压电源需要以下几个步骤:变压、整流、滤波、稳压，下面一一介绍。 二、设计: 变压和整流 变压电路只需一变压器即可。 半导体二极管具有单向导电性，当二极管两端加上正向电压时，二极管导通;反之，二极管两端加上反向电压时，二极管截止。利用二极管单向导电特性，就可以对交流电进行整流，转换为直流电。 整流的方式:半波整流、桥式整流、全波整流 不同的整流方式各有优劣，这里采用桥式整流。 各种 电路图如下: 电路有四个二极管(D1~ D4)接成桥式电路。当交流电为正半周时，二极管D1、D3 处于正向偏置而导通， D2、D4 处于反向偏置而截止。当交流电为负半周时，二极管D2、D4 处于正向偏置而导通，D1、D3 处于反向偏置而截止。负载在交流电的一个周期内都有电流通过且方向不变。桥式整流电路具有直流输出电压高，脉动小等优点，应用较广。但需要 4 个二极管，整流电路内阻增大，损耗增大。 整流效果如下: 滤波 在整流之后还需用滤波器将脉动的直流电变为比较平滑的直流电。滤波器种类很多， 有电容滤波器、电感滤波器、RC 滤波器、LC滤波器和有源滤波器等。最常用的是电容滤波器电容滤波器实际上就是在整流电路的输出端并联一个电容C，利用电容C 的电荷储存功能和充放电作用来平滑脉动性，即二极管导通时电容器C充电储存电荷，二极管不导通时电容器C 对负载放电，从而使负载电流趋于平滑。经过滤波，输出电压仍然不是稳定值，而是在直流稳定量中带有一些交流成份，这种叠加在直流稳定量上的交流分量称之为纹波。对桥式(全波)整流，滤波电容的选择遵循 RC,(3~5)T2L 即 RC,(0.03~0.05)秒L 滤波效果如图: 稳压 为了得到稳定的直流输出电压，在整流滤波电路之后需要增加稳压电路。在小功率电源设备中，常用分立元件稳压电路有两种: 1(稳压二极管组成的稳压电路，其优点是电路简单、元件少，适用于负载电流较小，稳定度要求不高的场合; 电路图如下: 其原理如下: R 是负载电阻，D 是硅稳压二极管， LZ R 是限流电阻，限流电阻R 与D 配合起 Z 稳压作用。 V V ( I) I IR V i o Z o V V ( I) I IR V i o Z o 当负载电流I 在一定范围内变化时，也由于稳压二极管电流I 的补偿，使LZVo 基本保持不变 。 2(三极管组成的串联型稳压电路，这种电路可得到稳定度很高的输出电压，并且输出电压可以调节，又可以输出较大的电流，应用广泛。 这里采用集成电路LM7805，它内部有过流、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。 7805电参数: 最小典型最大单参数 符号 测试条件 值 值 值 位 输出电压 Vo Tj=25? 4.8 5.0 5.2 V 5.0mA<1o<1.0 A,Po<15W 4.75 5.00 5.25 V Vi=7.5v to 20v ?Vo 4.0 100 mV 线性调整Tj=25?,Vi=7.5V to 率 25V Tj=25?,Vi=8V to 121.6 50 mV V 负载调整Tj=25?,lo=5.0mA to?Vo 9 100 mV 率 1.5A Tj=25?,lo=250mA to4 50 mV 750mA 静态电流 IQ Tj=25? 5.0 8 mA 静态电流?IQ lo=5mA to 1.0A 0.03 0.5 mA 变化率 Vi=8V to 25V 0.3 0.8 mA mV/输出电压?Vo/lo=5mA 0.8 温漂 ?T ? 输出噪音f=10Hz to 100KHz,TaVN 42 μV 电压 =25? 纹波抑制f=120Hz,Vi=8V to 18RR 62 73 dB 比 V 输入输出Vo lo=1.0A,Tj=25? 2 V 电压差 输出阻抗 Ro f=1KHz 15 mΩ 短路电流 1SC Vi=35V,Ta=25? 230 mA 峰值电流 1PK Tj=25? 2.2 A 总的电路图如下: Vi I2 LM7805 其中，C、C能够抑制自激振荡。 12 选变压器: LM7805的输入输出电压差为2V，输出电压为5V，故Vi?7V;取I=1A，则变压2器输出功率P?IV=7W,小功率变压器的效率η,0.6，则变压器输入功率P?2221P/0.6=11.7W,为留有余量，用20W的变压器。 2 选整流二极管及电容: ?2V=9.9V, VD~VD 选耐压V?50V, I=1A的二极管。 214RMF 取C=470uF,C=0.1uF,C=0.1uF。 012 电路性能如下: 输出电阻:f=1kHz时，Ro=15mΩ; ,UUOO稳压系数:?0.02; S,,UUII 纹波电压:V=42uV。 pp 三、仿真: 输出电压仿真结果如下: 6.0V 4.0V 2.0V 0V0s20ms40ms60ms80ms100ms120ms140ms160ms180ms200msV(Vo) Time 可见，输出电压基本保持5V不变。 结论:设计满足要求。 四、总结: 本次实验难度不大，因为相关理论在实验课已经讲解得比较清楚，而且也有一定的实践操作。唯一需要仔细考虑的是集成电路的和其他元器件的选择。由于对集成电路并不熟悉，因此花了很多时间在网上查找相关资料，通过分析比较最后选择了LM7805，它的特性在前面的中有详细说明。其次是电容的选择，经过理论分析和仿真分析得出最佳方案。通过此次实验，我对桥式整流电路、电容、二极管的特性都有了更清晰的理解，对电子电路基础这门课的认识也得到加深，同时，大量的软件操作也让我提高了相关软件的熟练度。