作者： 发布日期：2016-03-09 11:32 信息来源：http://www.lp1995.com
摘要：电子设备中需要直流电源，它们可以采用干电池供电（例如大多数半导体收音机）或其他直流能源供电（例如太阳能电池等）。但是相对地说，这些电源每“瓦时”所需的费用较高。因此，在有交流网的地方，一般采用将交流电变为直流电的稳压电源。
直流稳压电源是先把交流电变成脉动的交流电，再通过滤波电路、稳压电路，使输出的直流电压维持稳定。直流稳压电源一般包括以下几部分：
（1） 电源变压器将电网供给的交流电压变换为符合整流电路需要的交流
电压；
（2） 整流电路将变压器次级交流电压变换为单向脉动的直流电压；
（3） 滤波电路将脉动的直流电压变换为平滑的直流电压；
（4） 稳压电路使直流输出电压稳定。
这几部分的方框如下图所示：
图1 稳压流程图
本实验通过对各部分电路的分析设计和元器件的选择来确定实验电路，进而利用PROTEL99SE绘制电路原理图并制作成印制板图，最后利用EWB仿真测试输出电压和纹波系数合格后，焊接实验板电路再调试合格，从而完成整个实验。
本实验输入电网电压为220V时，测得空载输出直流电压为4.98V和5.01V，纹波系数为8.75mv和8.63mv；满载时测得输出直流电压为4.98V和4.99V，纹波系数为6.65mv和6.31mv；输入电网电压为242V时，输出直流电压为4.91V，输入电网电压为198V时，输出直流电压为4.99V。测试结果符合实验要求。
关键字：降压 整流 滤波 稳压 仿真 调试
1.方案设计和论证
1.1 电源变压器
本实验可供选择的变压器有5V、9V、和12V三种，而本实验的集成稳压元件7805和7905达到最佳性能的输入电压之为8~10V，所以，考虑到实验精度，本实验应选择9V变压器。
1.2整流电路
实验电路中半波整流和全波整流都能达到将交流电压转变成直流电压的效果，但是，半波整流会因过滤掉交流电压的负半周而浪费能量，所以，本实验选择使用全波整流。
全波整流是通过四个二级管搭建的整流桥实现的，整流桥如下图所示：
图2 整流管结构图
1.3 滤波电路
经过整流桥整流后的电压幅度变化还比较大，所以需要一个电路将其“填平补齐”，这个电路就是滤波电路。通过滤波电路的滤波作用后，整流出来的单向脉动的直流电压就可以变换为平滑的直流电压。
方案一：电容滤波
电容是一个可以储存电能的元件。在电路中，当有电压加到电容器两端时，便对电容器充电，把电能储存在电容器中；当撤去外加电源时，电容器
就会把存储的电能再释放出来。充电时，电容器两端的电压逐渐升高，直到接近或可以近似认为等于电容器两边的外加电压；放电时，电容器两端的电压逐渐降低，直到电能消耗殆尽二变为零。电容器的容量越大，器储能的能力越强，
充电和放电所需要的时间也就越长。由于电容器的两端电压不会突变，所以电容可以用来滤波。
方案二：电感滤波
电感对于电压的特性是通低频，阻高频。利这个特性，电感也可以用来实现滤波功能。但是，这种滤波一般应用在电流较大并接频率较为复杂的电路中，做一本实验不选用电感滤波。
方案三：LC 型组合滤波
所谓LC 型组合滤波就是通过在整流管后的两个电容之间串联一个电阻而形成的电路进行滤波。与方案一向比，这种滤波电路较为复杂，成本相对较高。所以，本实验也不选择用LC 型组合电路进行滤波。
综合考虑效率、成本等各个因素，本实验选用方案一即电容实现滤波功能。
1.4 稳压电路方案论证
由于整流滤波电路有一定的内阻，当负载电流变化时，其输出直流电压也会发生变化，不能稳定的维持在规定的数值5V.此外，交流电网电压额定值虽为220V，但实际值与此也有偏差，通常允许有 10%的变化。这种输入交流电压的变化，亦将导致输出直流电压变化。为了保证直流电压维持稳定在5V,使其几乎不随输入交流电压和负载电流的变化而变化就需在整流滤波电路之后，再采用稳压电路来完成这一任务。考虑到实验的成本和复杂度，本实验选用三端集成稳压管7805和7905来完成双端5V电压的稳定。
2.元器件的选择
2.1 变压器与整流管的选择
变压器的选择见论证1.1，选择输出值为9V的变压器。
整流桥是由四个整流二极管焊接而成的，所以主要参数看整流二极管的正向平均电流ID和最高反向电压URM.其中
ID=IO/2=UO/2RL=0.9U2/2 RL =0.45 U2/ RL=0.45×9/10=0.405A
URM= U2= ×9=12.726V
式中RL为负载（一般 ）。
在选择整流二极管时，其额定整流电流IF应大于ID=0.405A，其最高允许反向工作电压UR应大于URM=12.726V。
因此，本实验所用的整流桥选择选用的是耐压为25V，额定整流电流为1A的整流管，型号为2W10。
2.2 电容的选择
电容的主要参数是电容值的大小和耐压值的大小，桥式整流电容滤波电路空载时输出电压的平均值最大，其值等于；当电容C为零时，输出电压平均值最小，其最小值等于0.9U1；当电容C不为零，且电路不为空载时，输出电压的平均值取决于放电时间常数的大小，其值在0.9U1和之间。
工程上常按经验公式计算，即放电时间常数为：
t = CRL （3~5）T/2
输出电压平均值为：
UO(AV)=（1.1~1.4）U2
式中T是电源电压的周期（0.02s），RL为负载（一般）。估算输出电压平均值时，放电时间较小时，取下限；放电时间常数较大时，则取上限；本实验按工程一般计算式取
t = CRL=0.02×（3~5）/2=0.03~0.05s。
UO(AV)=1.2U2=1.2×9=10.8V。
所以电容值应为3000uf~5000uf，考虑到耐压值一般为电容两端电压的1.5~2倍，本实验选用耐压值为50V的一个2200uf的电容和一个1000uf电容，将这两电容并联实现电路所需的3000uf~5000uf电容。
2.3稳压管的选择
本实验的目的是在电路最终输出端输出电压为 5V的电压，所以本实验选择三端集成稳压管7805和7905。由于输入太高会使三端集成稳压管产生大量热量而影响实验效果，甚至烧坏稳压管。所以使用时应保证三端集成稳压管的输入电压不要过大，且输入电流小于1A。另外，本实验在集成稳压管上焊接了一个散热片，以减小实验误差，提高实验测试精度。
3.实验参数计算与实验结果分析
3.1 输出电压纹波因数的计算
输出电压纹波因数 =UOr与平均值UO之比，即：
=UOr/UO …………………………………(式一)
理论上
…………………………………（式二）
将R=1000Ω，C=3200uf，T=0.02代入式二，得理论值 =0.00152=0.152%
将实验测得的交流分量UOr=6.75mv×1.414，UO=4.99V带入式一，得实验值
=0.00191=0.191%
由此可见，实验值 与理论值γ相差不大，在允许误差范围之内，符合实验要求。
3.2 输出稳压系数的计算
稳压系数定义为：在负载及环境温度不变时，输出直流电压的相对变化量与输入直流电压相对变化量之比，即
Sr ………………………………………（式三）
其中， 为整流滤波后的直流电压。
稳压系数会影响到电网电压的波动对实验的输出电压。所以，考虑到电网电压会在 10%的范围内波动，实验结果只需在198V、220V、和242V时的纹波因数符合要求即可，在输入的电网电压分别为198V、220V、和242V，负载RL=10Ω时，实验测得整流滤波后的直流电压和最终稳压值UO数据记录如下表：
电网电压(V)
198 220 242 (V)
11.31 12.48 13.98(V)
4.99 4.98 4.91
表一 滤波输出和稳压输出UO记录表
将表中实验数据代入式三，得Sr =0.075
由此可见，稳压系数较小，符合实验要求。
4.小结
本次电工电子实训的自制小作品的练习，锻炼了我许多基本的实践操作技能，促使我了解了几个基本的计算机辅助软件。但与此同时，我也遇到了很多意想不到的困难。通过解决这些困难，我深深体会到了理论联系实践重要性，也认识到了自己对计算机基本软件知识的欠缺。
一开始焊接电路板时，我焊的“点”大大出乎意料，在小小的电路板上，简直就是“一座山”，甚至是“一条山脉”。而且效果还很差，，经常出现测试中掉线的情况，这就大大影响了实验的进度和实验的效果。后来经过多次的练习，这才符合了焊接焊的牢固点是点的最基本要求，至于美观大方还需以后多加练习。电路板测试时，有两次都忘记用胶带隔离变压器输出和电路板连线的接口，导致接口三股导线接触而冒烟。而且第一次测试结果的纹波系数也稍微超出了实验允许的误差范围，经过与宿舍同学的探讨，我并联了一个小电容才符合要求。
整理实验论文时，自己对实验论文的格式、要求等都不知道，况且PROTEL99SE还不会用。所以，在网上搜出格式后，光是按格式思考内容就想了好几天。另外，计算机软件还让我们宿舍同学示范了好几次，然后自己才基本完成了实验所要求的电路原理图和印制版图。
这次电子实训小作品的制作，激起了我对动手操作的兴趣，同时也促使我将理论融入实践，学习使用一些基本的计算机软件。
参考文献：
【1】《模拟电子技术基础》 杨拴科主编 高等教育出版社2003.1
【2】《Protel99 入门与提高》 赵品编著 人民邮电出版社 2000.11
【3】《电子工程实验指导书（1）》 李玲 张妙瑜编 高等教育出版社2008.10
【4】《protel99se&DXP电路设计教程》 王庆主编 电子工业出版社 2006.3
