12V到5V稳压输出电路设计详解：从整流到稳压的全过程

12V到5V稳压输出电路设计详解：从整流到稳压的全过程

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/stickybirds/article/details/143490948

本文将详细介绍如何实现12V到5V的稳压输出，包括整流、滤波和稳压三个关键环节。通过具体的电路设计和实验结果，帮助读者理解电子电路中的稳压原理及其在实际应用中的实现方法。

1. 整流电路设计

1.1 使用二极管桥（整流桥）

最常见的全波整流电路是使用四个二极管组成的整流桥。其工作原理如下：

• 当交流电的正半周期到来时，两个二极管（D1和D2）导通，电流通过负载（RL）流动，从而输出正电压。
• 当交流电的负半周期到来时，另两个二极管（D3和D4）导通，电流仍然通过负载流动，但方向保持一致（仍为正电压）。

这种方式可以在整个交流周期内都获得正向电流，输出电压是输入交流电压的全波整流结果。

在选择滤波电容时，需考虑以下几点：

1. 电压额定值：滤波电容的额定电压应高于整流后的最高电压。对于本实验，整流后的高峰电压约为AC输入的有效值乘以√2。AC 12V的有效值计算：

Vpeak = 12V × 1.414 ≈ 16.97V

因此，选择一个额定电压至少为25V的电容，以确保安全余量。

1.2 输出波形

全波整流的输出波形与输入的正弦波形相比，输出电压在正半周期和负半周期都被整流为正值。输出波形通常会有一定的纹波，因此通常还需要后续的滤波电路（如电容滤波器）来平滑输出电压。

1.3 主要优点

• 效率高：全波整流能够利用交流电的两个半周期，输出电流较为平稳。
• 纹波电压低：相比于半波整流，输出的纹波电压更小。
• 输出电压更高：能提供比半波整流更高的输出电压。

2. 滤波电路设计

2.1 电容-电阻滤波原理

在全波整流后，输出信号通常会呈现一定的纹波，RC滤波可以通过电容和电阻的组合来减少这些纹波。滤波的基本原理是利用电容器的充放电特性。

• 电容器：在整流后的输出电压上，电容器会充电到最高电压，并在负载电流通过时放电，提供电流以维持输出电压的稳定。
• 电阻：电阻的存在用于控制电容器的放电速率，从而影响输出电压的平滑度和响应速度。

2.2 电路结构

全波整流电路的输出通常连接一个电容器和一个负载电阻（RL）并联。基本的RC滤波电路结构如下：

2.3 组件选择

• 电容器 (C)：选择合适的电容值以确保滤波效果。电容值越大，输出电压的纹波越小，但充放电时间也越长。常用的电容值范围从几微法拉到几百微法拉，具体取决于负载和频率。
• 电阻 (R)：电阻值通常选择为几千欧姆到几万欧姆，确保在不损失太多输出电压的情况下，能有效地控制电容器的放电速率。

2.4 输出波形

经过RC滤波后，输出波形将更加平滑，纹波电压显著降低。实际输出电压会接近直流电压，但仍会有一定的纹波，特别是在负载变化时。

3. 稳压电路设计

我在电路上的设计中采用了取样电路
取样电路通常由一个分压器和运算放大器组成。分压器将输出电压取样并降低到与参考电压相同的范围。运算放大器则将取样电压与参考电压进行比较，根据误差调整输出电压，确保其稳定。

可知D13的截止电压为5.133v，由于运算放大器引入了深度负反馈，因此具有虚短和续断的性质
可知U1的输出电压为
由于三极管的b与e之间具有电压，因此输出电压

设计电路如下图所示
通过测试，

4. 实验结果与分析

• 在稳定条件下，输出电压保持在设定值附近（例如5V）。
• 随着输入电压的变化，稳压电路的反馈机制确保了输出电压的稳定性。
• 分压器的电阻选择对稳压效果有显著影响，合理的电阻值能够提高稳压精度。
• 本实验成功实现了利用取样电路进行稳压的目的。通过调整电路参数，观察输出电压的稳定性，进一步理解了稳压电路的工作原理及其在电子设备中的应用。实验结果验证了理论的正确性，为今后设计更复杂的电源电路打下了基础。