桂林理工大學理學院
實習報告
實習名稱電子電路工程實踐
設計題目半導體直流穩壓電源的設計和測試
專業班級應用物理學2010-1班第 7 組
小組成員 1、 莫敬沛學號： 3101350121
2、 謝杰學號： 3101350131
3學號指導老師易金生金紅汪彥君王嘉星
實習時間 2023年12月24日至 2023年1月18日
一、 引言
隨著科技的發展，電氣、電子裝置已經廣泛地應用於日常、科研、學習等各個方面。電源作為電氣、電子裝置必不可少的能源**部件，需求也日益增加，而且對電源的功能、穩定性等各項指標也提出了更高的要求。電源技術是一門實踐性很強的工程技術，服務於各行各業。
當今電源技術融合了電氣、電子、系統整合、控制理論、材料等諸多學科領域。隨著計算機和通訊技術發展而來的現代資訊科技革命，給電力電子技術提供了廣闊的發展前景。同時，也只有滿足產品標準的電源才能夠進入市場。
二、 方案的論證與比選
電源可分為交流電源和直流電源，它是任何電子裝置都不可缺少的組成部分。交流電源一般為220v、50hz，但許多家用電器裝置的內部電路都要採用直流電源作為供電能源。直流電源又分為兩類：
一類是能直接供給直流電流或電壓的；另一類是將交流電變換成所需的穩定的直流電流或電壓的，這類變換電路統稱為直流穩壓電源。現在所使用的大多數電子裝置中，幾乎都必須用到直流穩壓電源來使其正常工作，而最常用的是能將交流電網電壓轉換為穩定直流電壓的直流電源，可見直流穩壓電源在電子裝置中起著主要作用，為裝置能夠穩定工作提供保證。以下是三種將交流轉換成直流的方案：
方案一：用半波整流電路來實現對於電路的整流，如圖一所示：
由圖一可以得出：整流電流 ， 半波整流電路中二極體截止時所承受的最大反向電壓應為變壓器次級電壓的最大值，即：
整流電路中輸出的電壓的交流諧波分量（稱為：紋波）疊加於直流分量之上，造成輸出電壓的脈衝。則紋波係數為：
方案二：用單相全波整流電路來實現對於電路的整流，如圖二所示：
輸出電壓的平均值為：
流過負載的平均電流為：
二極體所承受的最大反向電壓為：
單向全波整流電路的紋波係數為：
方案三：用橋式全波整流電路來實現對於電路的整流，如圖
三、圖四所示：
由以上兩圖知：無論輸入的訊號是正半周還是負半周，在負載電阻上的電壓方向始終是一致的，即：是單方向全波脈動電壓。其傅利葉級數展開為
橋式整流電路輸出的電壓平均值為
流經負載電阻的電流的平均值為
在橋式整流電路中，每兩個二極體串聯導電半個週期，兩兩輪流導通，流經每個二極體的平均電流為
二極體截止時管子承受的最大方向電壓為輸入電壓幅值的最大值，即：
橋式整流電路的紋波係數為
對以上的三種方案分析可知：橋式全波整流電路輸出電壓脈動最小，正負半周均有電流流過，電源利用率高，輸出的直流電壓比就高。所以，橋式全波整流電路中變壓器的效率較高，再同樣功率容量條件下，體積可以小一些，其總體效能優於單相半波和單相全波整流電路。
因此，在此次的直流穩壓電源製作中我們選擇方案三。
三、 系統硬體電路的設計
1、直流穩壓電源的基本原理：
直流穩壓電源是一種將220v工頻交流電轉換成穩壓輸出的直流電的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩壓、再次濾波五個環節才能完成。一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩壓電路所組成，基本框圖如下：
其中，(1)電源變壓器：是降壓變壓器，它的作用是將220v的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓。變壓器的變比由變壓器的副邊確定，變壓器副邊與原邊的功率比為p2/p1=n，式中n是變壓器的效率。
(2)整流電路：利用單向導電元件，將50hz的正弦交流電變換成脈動的直流電。
(3)濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分濾除。濾波電路濾除較大的波紋成分，輸出波紋較小的直流電壓。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。
(4)穩壓電路:穩壓管穩壓電路其工作原理是利用穩壓管兩端的電壓稍有變化，會引起其電流有較大變化這一特點，通過調節與穩壓管串聯的限流電阻上的壓降來達到穩定輸出電壓的目的。
（5）二次濾波:可以再一次除掉第一次沒有完全濾去的波，最後達到輸出端為完全是直流電的目的。由於輸入電壓發生波動、負載和溫度發生變化時，濾波電路輸出的直流電壓會隨著變化。
因此，為了維持輸出電壓ui穩定不變，還需加一級穩壓電路。穩壓電路的作用是當外界因素（電網電壓、負載、環境溫度）發生變化時，能使輸出直流電壓不受影響，而維持穩定的輸出。穩壓電路一般採用整合穩壓器和一些外圍元件所組成。
2、直流穩壓電源製作的全過程：
（1）了解製作直流穩壓電源的基本原理：（在上文已經進行了詳細的介紹）。
（2）繪製原理圖：首先，在altium designer中新建乙個pcb工程，新增原理圖繪製視窗，以及pcb繪製視窗；其次，在altium designer軟體中尋找到各個元件所對應的器件，將各個器件在原理圖繪製視窗中將器件有序地排列起來，再用導線將各個器件連線起來；最後，將pcb工程儲存起來。製作的直流穩壓電源的原理圖如下圖五所示：
（3）檢查原理圖是否有問題：在altium designer軟體中使用檢查錯誤的選項對原理圖進行檢查，並且運用以往所學的知識以及查閱資料對原理圖進行檢查。經檢查圖五所示的原理圖沒有問題。
（4）根據原理圖購買器材：
1)選擇電源變壓器：首先，確定副邊電壓。根據效能指標要求：
；，並且電路中的器件也會消耗電壓。則：經過整流橋之後的電壓必須要大於，於是，。
則：變壓器的輸出電壓必須大於或等於5v,又由於，所以選擇的變壓器輸出為9v/3w的。
2）選擇整流電路中的二極體：因為變壓器的伏變電壓，所以橋式整流電路中的二極體承受的最高反向電壓為：，橋式整流電路中二極體承受的最高平均電流為：。
查手冊選整流二極體in5408,其引數為：反向擊穿電，允許通過的最大電流為：，故選擇二極體in5408作為整流二極體。
3）選擇整合三端穩壓晶元：lm78xx / lm79xx內建有過載保護、安全區保護等多種保護電路，用lm78xx / lm79xx系列三端穩壓ic來組成穩壓電源所需的外圍元件極少，內部還有過流、過熱及整合管的保護電路，使用起來可靠、方便，且**便宜。
lm7805其特性引數lm7905其特性引數：
輸出電壓為5v輸出電壓為-5v；
最大輸出點流為1a最大輸出點流為1a；
輸入與輸出工作壓差為2v； 輸入與輸出工作壓差為2v；
工作電壓為8v — 30v工作電壓為 -8v — -30v；
紋波抑制比為73紋波抑制比為73
4）其它元件的選擇：電解電容（2200uf/25v）,瓷片電容0.33uf，瓷片電容1uf，電阻，led，排針排。
5）繪製pcb圖：在原理圖的基礎上，以及購買的元器件中，測量各個元器件的管腳之間的距離，在封裝庫中尋找到相應的封裝新增到原理圖中對應的器件中，對於沒有封裝的器件，要進行建立封裝庫，再新增到軟體中，最後新增到原理相簿對應的器件中。儲存好原理圖之後，再將原理圖匯入到pcb圖中，在pcb視窗中將各個元器件的封裝整齊排列，再用導線將各個封裝連線起來。
經過繪製，得到如下圖（圖六）對應的pcb圖：
6）列印並製作電路板：利用轉印紙將圖六所示的pcb圖列印出來，再利用制板機將列印出來的電路圖壓制到覆銅板上，用腐蝕掉多餘的銅板，從而形成電路線路在覆銅板上。最後，利用打孔機在覆銅板上打出要放置元件的過孔。
7）根據原理圖放置元件並焊接：安裝元件時，先安裝比較小的原件，所以先安裝整流電路，再安裝穩壓電路，最後再裝上電容。安裝時要注意，二極體和電解電容的極性不要接反。
在焊接的時候，要等到電烙鐵完全熱了之後再進行焊接，最好以最快的速度、最好看的焊點焊接元件，在焊接晶元時要注意不能長時間地用電烙鐵接觸晶元的管腳，以免晶元過熱，燒毀晶元。檢查無誤後，才將電源變壓器與整流濾波電路連線，通電後，用萬用表檢查整流後輸出lm7805/lm7905的輸入端電壓ui的極性，若ui的極性為負，則說明整流電路沒有接對，此時若接入穩壓電路，就會損壞整合穩壓器。檢查後接通電源，若輸出電壓滿足設計指標，說明穩壓電源中各級電路都能正常工作，此時就可以進行各項指標的測試。
實際組裝出的電路如下（圖
七、圖八）：
四、直流整流電源的測試
1、輸出電壓值的測量
將萬用表打到直流電壓檔，接到電路的正端輸出端，然後給該電路通電,在誤差允許的範圍內，該電路正端電壓完全符合5v的設計要求,通過同樣的方法可測得負端輸出也同樣滿足設計要求-5v.
2.輸出電流的穩定性的測量
將乙個小電阻（幾十歐姆）接到輸出端，並將示波器打到毫安檔，觀察其電流隨時間的變化，通過觀察示波器發現此變壓器輸出電流穩定,符合設計要求。
3.電源內阻的測量：
只要測量輸出電壓在負載開路時(e)和接入負載時(u)的兩個數值，就能算出內阻r.負載開路時測得的是電源電勢e，接入負載r時，測得端電壓為u。則：
u=(e-ir)=e-r*u/r ；r=(e-u)r/u
將正端輸出端空載，接通電源，測得其輸出電壓為5.06v,斷開電源，然後再在輸出端加100歐姆的電阻，通過萬用表測得輸出電壓為4.65v,計算的電源內阻約為8.
9歐姆；通過同樣方法測得負端電源內阻約為7.2歐姆，均小於10歐姆符合設計要求，
五、製作過程中遇到的問題即解決方法
在此次電路的製作中，由於技術的不熟練同樣存在著以下這些問題。當然，對於這些問題我們也找到了解決辦法，最後成功地完成了我們的作品。
1、在製作pcb圖的時候，由於封裝的錯誤，導致匯出的pcb圖的封裝並不符合實際的元器件的封裝。對於這個問題，我們的解決辦法是重新自己建立乙個符合元器件封裝的封裝庫，再重新繪製pcb圖。
2、在焊接的過程中，由於很久沒有進行焊接了，焊接技術有一些生疏，我們就特地運用了兩天的時間去練習焊接技術。
3、由於電路板上容值較大的電容與穩壓管的距離靠得太近，導致散熱片不能正常接上去，影響了穩壓管的散熱。對於這個問題，我們重新更改了pcb圖，再重新製作電路板。
六、心得體會
電子電路工程實習是一門教會我們如何設計和製作電子電路的基本操作的課程，通過這次實習我們不僅學會了如何用軟體設計電路，如何焊接和除錯，而且在老師的指導下，我們還學會了很多其它的知識。此次的學習與實踐，我們把課程設計完成了。通過這次的學習與實踐，讓我對模擬電路的知識有了更近一步的了解，對模擬電路課程中直流穩壓電源這一章所涉及的部分元件有了更進一步的認識；掌握了選擇變壓器、整流二極體、濾波電容及整合穩壓器來設計直流穩壓電源，學會運用altium designer軟體對直流穩壓電源進行設計。
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