模拟电子技术直流稳压电源设计报告——利用7809﹑7909设计一个输出±9V﹑1A的直流稳压电源.doc

模拟电子技术直流稳压电源设计报告——利用7809﹑7909设计一个输出±9V﹑1A的直流稳压电源

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2020年4月19日
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模拟电子技术直流稳压电源设计报告

班级：电气12级04班
组长: 申发文 10081115
成员：张玉斌 10053613
薛皓天 10053627

目录

一﹑设计任务······························3

二﹑设计流程图····························3

三﹑设计原理······························4

四﹑设计原理图····························10

五﹑元件型号及参数确定····················10

六﹑仿真结果······························13

七、设计过程总结··························17

八﹑参考文献······························18

九、附录··································18

一﹑【设计任务】
利用7809﹑7909设计一个输出±9V﹑1A的直流稳压电源。
要求：（1）画出系统电路图，并画出变压器输出﹑滤波电路输出及稳压输出的电压波形；画出变压器副边电流的波形。
（2）输入工频为220V交流电的情况下，确定变压器变比；
（3）在满载情况下选择滤波电容的大小（取5倍工频半周期）；
（4）求滤波电路的输出电压；
（5）说明三端稳压器输入﹑输出端电容的作用及选取的容值。

二﹑【设计流程图】
利用交流电源变换成直流稳压电源的组成方框图如1所示：
图1 直流电源的组成方框图
电源变压器的作用是把220V的电网电压变换成所需要的交流电压。整流电路的作用是利用二极管的单向导电特性，将正负交替的正弦交流电压变换成单一方向的直流脉动电压。滤波电路的作用是将脉动电压中的脉动成分（即纹波）滤掉，是输出电压成为比较平滑的直流电压。由于该电压随着电网的波动﹑负载的变化而变化，因此后面还需要接稳压电路。稳压电路的作用是使输出的直流电压保持稳定。
三﹑【设计原理】
（1）单相桥式整流电路

图2 （a）单相桥式整流电路 （b）简化画法
在输入电压的正半周期，其极性为上正下负二极管D1和D3导通，D2和D4截止，在负载电阻RL上得到一个半波电压，UL=U2。
在输入电压的负半周，其极性为上负下正，二极管D1和D4导通，D1和D3截止，在负载电阻RL上得到一个半波电压，UL=-U2。故在一个周期内，负载电阻RL上得到单一方向的脉动的直流电压，其整流波形如图3所示。

图3 单相桥式整流电路整流波形图
负载电压的平均值UL为

流过负载电阻的平均电流IL为

整流输出电压中除了直流分量外，还包括2，4，6…偶次谐波分量，总称为纹波。纹波的大小常见纹波系数Kγ来表示，它定义为谐波电压总的有效值ULγ与平均直流电压UL的比值，即

为了得到平滑的直流电压，需用滤波电路滤除这些纹波电压。
（2）电容滤波电路
在尽量降低输出电压中的纹波的同时，还要尽量保留其中的直流成分，使输出电压更加平滑，接近直流电压。
图4 桥式整流、电容滤波电路
空载（开关S断开）情况：设空载时电容C两端的初始电压Uc为零。接入交流电源后，当U2正半周时，D1、D3导通,U2经过D1、D3对电容充电.U2负半周时,D2、D4导通,U2经过D1、D3对电容C充电。由于充电电路等效电阻很小，因此充电很快，电容C被迅速充电到交流电压U2的峰值。当U2经过峰点之后迅速下降，电容电压Uc仍为1.4U2，因此二极管承受反压而截止，电容C无放电回路不可能放电，故输出电压uL恒为1.4U2。波形如图5（a）所示。
带负载电阻（开关S闭合）情况：图5（b）所示波形表示了电容滤波在带负载电阻后的工作情况。

图5 电容滤波波形
（a）空载；（b）带负载电阻；（c）二极管电流波形
(3) 输出固定的稳压电路
输出固定的稳压电路如图6所示。对于78系列的三端稳压器均能够这样连接，对于79系列的三端稳压器，注意三个端子的功能，保证正确连接。

图6 输出固定正压的稳压电路
稳压电路的技术指标主要有以下几项：
① 稳压系数 —— 负载不变时，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比称为稳压系数。

式中为输入电压变化量，为输出电压变化量，C为常数。
② 电压调整率 —— 工程上把电网电压波动10﹪作为极限条件，将输出电压的相对变化作为衡量指标，称为电压调整率。

③ 输出电阻 —— 输入电压不变而负载变化时，稳压电路保持稳定的能力。

④ 电流调整率 ——工程上把输出电流从零变化到额定输出值时，输出电压的相对变化称为电流调整率。

⑤ 纹波系数——稳压电路输入电压中的交流分量和输出电压中的交流分量之比为纹波系数。

三端稳压器输入端电容的作用及选取的容值：为了防止自己振荡，在输入端一般要接一个0.1~0.33uF的电容CI。
三端稳压器输出端电容的作用及选取的容值：为了消除高频噪声和改进输出的瞬态特性，即在负载电流变化不大时不致引起UO有较大波动，输出端要接一个1uF以上的电容CO。
需要注意的是，为了保证输出电压的稳定，输入输出间的电压差应大于2V。但也不应太大，带大会引起三端稳压器功耗增大而发热，一般取3~5V。
四﹑【设计原理图】
经过对设计任务要求以及各部分电路原理的讨论分析，设计出以下的电路原理图：

五﹑【元件型号及参数确定】
稳压直流电源的元件型号及参数确定能够分为以下三个步骤：
（1） 根据稳压电源的输出电压UO﹑最大输出电流Iomax,确定稳压器的型号。
输出+9V的稳压器选用MC7809CT，其输出电压UO为+9v,最大输出电流Iomax为1A。它不但具有固定式三端稳压电路的最简单形式，还具有稳压性能好噪声低纹波抑制比高等优点。
由于仿真软件Multisim的元件库中输出－9V的稳压器型号只有LM7909CT，故只能选此型号的稳压器，其最大输出电流Iomax为0.1A。
使用时需注意以下几点：
①三端稳压器输入端电容的作用及选取的容值：为了防止自激振荡，在输入端一般要接一个0.1~0.33uF的电容CI。
②三端稳压器输出端电容的作用及选取的容值：为了消除高频噪声和改进输出的瞬态特性，即在负载电流变化不大时不致引起UO有较大波动，输出端要接一个1uF以上的电容CO。
③为了保证输出电压的稳定，输入输出间的电压差应大于2V。但也不应太大，带大会引起三端稳压器功耗增大而发热，一般取3~5V。
（1）电压器变比的确定
已知输出电压为9V，电压差约为3~5V，本设计中取4V，UL=13V
又因为
UL=(1.1~1.2)U2
因此
U2= UL/1.1=11.8V
因此变压器的变比为
k=220/11.8;
（2）滤波电容的选择
等效电阻
RL=UL /IL=13 /1=13 Ω
为了得到平滑的直流电压，一般选择有极性的大电解电容，并取
τ=(3~5)T/2
本设计要求取T=5,因此
τ=2.5T=0.05s
又因为τ= RL C，因此，滤波电容的大小为
C=τ/RL =0.05/13=3.8mF
若考虑电网电压波动10%，加在电容两端的电压最大为
Um=1.1•√2•U2=16.9V
因此选用标称值为3.8mF/50V的电容器。
（3）整流二极管的选择
流过二极管的电流
ID=0.5IL=0.5A
二极管所承受的最高反向电压为
URM=√2•U2=√2•11.8=15.4V
因此，能够选用二极管3N246, 其最大整流电流为1.5A，反向工作峰值电压为50V。
六、【仿真结果】
⑴变压器副边电压输出波形:
（2）变压器副边电流输出波形：

由于二极管不是理想的器件，有一段死区，因此当其两端加正向电压时，不会出现大的电流。当正向电压大于死区的时候，电流才会很快的增加。因此会出现交越失真。
（3）整流电路输出波形:

（4）滤波电路输出波形:

a． 空载时

b. 带负载电阻时
(5)稳压输出的波形

用万用表测得其示数为：

c.电压示数

d.电流示数
七、【设计过程体会及总结】
我们的设计任务是利用7809、7909设计一个输出±9V、1A的直流稳压电源。经过自学理论知识、小组讨论、请教老师等努力后最终达到设计目的。这虽然这不是一个很高深很困难的课题，而且我们目的也不是要证明我们在科研学术上有更高深的看法，只是抱着一个动手实践的心态， 在这近半月的时间里，经过理论学习及实践，使我们学到了很多。在老师和同学们的帮助下，在我们小组自己的努力下，我们坚持并最终走到了最后。
在这次设计中，我们对“目标”这个词有了深入的了解。对于整个设计来说，目标一定要明确，这样才能一步一步拿出整个的设计方案。在每一个实验步骤中，我们更应该明确这一步的目标是什么。只有知道我们的目标在哪儿，我们才能对我们在实验中出现的偏差及时作出调整。
   设计过程是枯燥的，在开始的新鲜感过去之后，设计变得毫无乐趣。每天都是花大量的时间重复想同的事，渐渐的心也就不耐烦了，而且设计结果总是多变的，可能某个不知道的小错误，就会导致结果的偏离，甚至可能导致整个设计的失败。因此在设计过程中中，我们不但要学会坚持不懈和持之以恒，每一步都要尽可能按标准操作，还要意识到小组分工及团结协作的重要性。

八、【参考文献】
刘润华.模拟电子技术基础.中国石油大学出版社，
周开邻.模拟电路实验.国防工业出版社，

九、【附录】

稳压器外形管脚图

稳压器测试电路
Electrical Characteristics MC7809LM7809Huj838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各
Huj838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸
Parameter 参数
Symbol 符号 Huj838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸
Conditions 条件 Huj838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸
MC7809 LM7809Huj838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸
单位 
最小
典型
最大

Output Voltage 输出电压
VO
TJ =+25℃
8.65
9
9.35
V
5.0mA≤ IO ≤1.0A, PO ≤15W VI=11.5V to 24V
8.6
9
9.4
Line Regulation 线性调整率 (Note1)
Regline
TJ=+25℃
VI =11.5V to 25V
-
6
180
mV
VI =12V to 17V
-
2
90
Load Regulation 负载调整率 (Note1)
Regload
TJ=+25℃
IO =5mA to 1.5A
-
12
180
mV
IO =250mA to 750mA
-
4
90
Quiescent Current 静态电流
IQ
TJ=+25℃
-
5.0
8.0
mA
Quiescent Current Change 静态电流变化
ΔIQ
IO =5mA to 1.0A
-
-
0.5
mA
VI =11.5V to 26V
-
-
1.3
Output Voltage Drift 输出电压漂移
ΔVO/ΔT
IO =5mA
-
-1
-
mV/ ℃
Output Noise Voltage 输出噪声电压
VN
f =10Hz to 100KHz, TA =+25 ℃
-
58
-
μV/Vo
Ripple Rejection 纹波抑制
RR
f =120Hz VI =13V to 23V
56
71
-
dB
Dropout Voltage 电压差
VDrop
IO =1A, TJ=+25℃
-
2
-
V
Output Resistance 输出电阻
rO
f =1KHz
-
17
-
mΩ
Short Circuit Current 短路电流
ISC
VI=35V, TA =+25℃
-
250
-
mA
Peak Current 峰值电流
IPK
TJ=+25℃
-
2.2
-
A