模电部分
多路输出直流稳压电源设计
一、设计任务与要求
1．设计并制作一个连续可调直流稳压电源，可将220V/50HZ交流电转换为多路直流稳压输出，主要技术指标要求：
第一档输出 +12V，-12V 1A 第二档输出 +5V，-5V 1A 第三档输出 +3～+12V
2．学会根据已学知识设计具有某一特定功能的电路； 3．学会基本电路的组装与调试。
二、方案设计与论证
可调直流稳压电源一般由电源、变压器、整流电路、滤波电路、及稳压电路组成。变压器把市电220V/50Hz交流电变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。这次课程设计是在王枫老师指导下充分利用所学模拟电子技术的知识设计制作的。
直流稳压电源有很多优异特性，为获得可靠的直流电压，一个简易的办法就是将我国目前的市电电压通过一定的方法转化为我们需要的直流电。我们此次课程设计任务就是设计一个可靠的多路输出直流稳压电源。本设计主要采用多路输出直流稳压构成集成稳压电路，通过变压、整流、滤波、稳压四过程将 220V交流电变为稳压直流电，实现实现固定输出电压 +12V、-12V、+5V、-5V四种电压输出，并实现在+3V～+12V间可调。
采用电源变压器、整流滤波电路、和稳压电路。其中稳压电路是采用7812和7912实现+12V、-12V输出；采用集成电路7805和7905稳压器实现+5V、-5V输出；采用317集成电路实现+3～+12V输出。将此方案与其他任何方案进行对比，可以发现此方案结构简单，所用元件数目较少，且容易调试。
在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。为了得到此稳压直流电源，我们利用所学的模电知识设计可调直流稳压电源，此电源一般由电源变压器，整流、滤波电路及稳压电路所组成。变压器把电交流电压变为所需要的低压交流电，整流电路把交流电变为直流电，经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。方案一：输出+12V、-12V、+5V、-5V电流均为1A。方案二：输出电压可以在+3～+12V
连续调节。
三、单元电路设计与参数计算
1．电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电变换成符合需要的交流电，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。副边与原边的功率比为P2： P1=η，其中η是变压器的效率。
2．整流电路：整流电路是利用二极管的单向导电性，把交流电变为脉动直流电的电路。此稳压源利用的是单向桥式全波整流电路，此整流电路由四个二级管组成。如图1所示。
其工作原理为：当U2为正半周期时，二极管D1、D3承受正向电压而导通，D2、D4承受反向电压而截止，电流方向如左图虚线所示。此时电流波形如图2所示。
整流二极管的反向击穿电压URM应该满足：URM>2 V0，经过整流管的电压U0=0.9U2。
当U2为负半周幅值变化到恰好大于UC时，D2和D4因加正向电压变为导通状态，U2再次对C充电，UC上升到U2的峰值后又开始下降；下降到一定数值时D2和D4变为截止，C对RL放电，UC按指数规律下降；放电到一定数值时D1和D3变为导通，重复上述过程。
3.滤波电路：
图3
电容充电时间常数为RDC，因为二极管的RD很小，所以充电时间常数小，充电速度快；RLC为放电时间常数，因为RL较大，放电时间常数远大于充电时间常数，因此，滤波效果取决于放电时间常数。
电容C愈大，负载电阻RL愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大，如图4所示。电容滤波负载器输出电压U0=（1.1～1.2）U2。
图4
4．稳压电路：由于稳压电路发生波动、负载和温度发生变化，滤波电路输出的直流电压会随着变化。因此，为了维持输出电压稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）等发生变化时，使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件组成。采用集成稳压器设计的电源具有性能稳定、结构简单等优点。如图5所示，此电路图用的稳压器件是集成稳压块。固定式三端稳压器有78XX系列和79XX系列，78XX系列输出固定的正电压，79XX系列输出固定的负电压。它们的引脚功能如图所示。78XX也可换为79XX。
图5
可调式三端稳压器输出连续可调的直流电压，常见产品有LM117和LM317等。它们的基准电压是1.25V，输出电流为100mA或500mA，输出电压范围可在1.25～37V之间连续可调。稳压器内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠、应用方便性能优良等特点。如图6所示，其中R1与Rw组成电压输出电压调节电路，输出电压U0的表达式为：
U0≈1.25（1+Rw/R1）
式中R1通常取240Ω，Rw则根据对V0值的要求值求得。
图6
稳压器的输入端接电容C1可以进一步滤除纹波，输出端接电容C0能消除自己振荡，确保电路稳定工作。
四、总原理图及元器件清单
1．总原理图：
2. Multisim 11.0原理图：
D21N4007U1LM7812CTD11XSC1Ext Trig+2V1T1220 Vrms 50 Hz 0° TS_PQ4_124C13.3mFC3100nFLINEVOLTAGEVREGC11C13100μF100nFD71N4002C12C14D8100nF100nF1N4002_A+_+B_COMMON33N248C23.3mFC4100nFU2LM7912CTLINEVOLTAGEVREGCOMMOND5U51N4007LM7805CTC53.3mFC7100nFLINEVOLTAGEVREGCOMMOND31N4007C93.3mFD101N4002C15100μFA+_XSC2Ext Trig+_B+_C63.3mFC8100nFU6LM7905CTLINEVOLTAGEVREGCOMMONC103.3mFD111N4002C16100nFD6D4U31N4007LM317KVinADJVoutXMM11N4007R1240ΩR3D91N4007C201mFR2400ΩC2130nFC173.3mFC1830nFC19100μF2050Ω0%Key=A 3. 元件清单：
元件序号 V1 T1 D1 C C C C C U1 U2 U5 U6 U3 D D 型号 TS_PQ_4_12 3N248 3.3mF 100nF 100μF 30nF 1mF LM7812 LM7912 LM7805 LM7905 LM317 1N4002 1N4007 主要参数 220V 50Hz 12V/25W 数量 1 1 1 7 8 3 2 1 1 1 1 1 1 4 6 备注 电源 降压器 桥式电路 滤波电容 滤波电容 滤波电容 滤波电容 滤波电容 稳压管 输出+12V 稳压管 输出-12V 稳压管 输出+5V 稳压管 输出-5V 可调集成电压 保护电路 保护电路 五、安装与调试
调试时将变压器接入220V交流电，将直流电压表接入电路中，然后调节RW，观察其输出电压。在做观察纹波这一步时可选用示波器来完成。将输出电压接在示波器上，观察示波器显示的波形，并调节示波器的旋钮，记录最大波纹值，并与设计要求相比较，