半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、湖南工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課題名稱：半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)專業(yè)名稱：通信工程 學(xué)生班級(jí)：1102班 學(xué)生姓名：謝曾聞達(dá) 學(xué)生學(xué)號(hào)：11401340214 指導(dǎo)老師：李祖林 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 系：電氣與信息工程系 年級(jí)：1102 專業(yè)：通信工程 指導(dǎo)教師姓名 李祖林 學(xué)生姓名 謝曾聞達(dá) 課題名稱 半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì) 內(nèi)容及任務(wù)一、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 1、學(xué)習(xí)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法；2、研究直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案；3、掌握直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)和內(nèi)阻測(cè)試方法；二、設(shè)計(jì)內(nèi)容 1、設(shè)計(jì)一個(gè)能輸出12v/5v的直流穩(wěn)壓電源；2、根據(jù)設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)好電路，選好元件及參數(shù)；3、要求繪出原理

2、圖，并用protel畫(huà)出印制板圖；4、在萬(wàn)能板或面包板或pcb板上制作一臺(tái)直流穩(wěn)壓電源；三、技術(shù)指標(biāo) 要求電源輸出電壓為12v（或9v /5v），輸入電壓為交流220v，最大輸出電流為iomax=500ma，紋波電壓vop-p5mv，穩(wěn)壓系數(shù)sr5%。進(jìn)度安排起止日期設(shè)計(jì)內(nèi)容6月5號(hào)設(shè)計(jì)一個(gè)能輸出12v/5v的直流穩(wěn)壓電源6月8號(hào)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)好電路，選好元件及參數(shù)6月13號(hào)要求繪出原理圖，并用protel畫(huà)出印制板圖6月19號(hào)在萬(wàn)能板或面包板或pcb板上制作一臺(tái)直流穩(wěn)壓電源主要參考資料電工學(xué)電子工業(yè)出版社；晶體管直流穩(wěn)壓電源遼寧科技出版社；電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試華中科技大學(xué)出版社模

3、擬電子技術(shù)基礎(chǔ)高等教育出版社答辯成績(jī)指導(dǎo)教師評(píng)閱意見(jiàn)目 錄第一章 引言1 第二章 半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)2 2.1課程設(shè)計(jì)要求22.2整體設(shè)計(jì)方案3 2.3電源變壓器4 2.4整流濾波電路5 2.5集成穩(wěn)壓器方案6 2.6整流二極管的參數(shù)計(jì)算6 2.7濾波電容的參數(shù)計(jì)算7 2.8其他電路元件的選擇7 第三章 半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電路的仿真與制作7 3.1直流穩(wěn)壓電源電路的仿真電路8 3.2 pcb版的設(shè)計(jì)與制作8 第四章 測(cè)試方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果10 4.1測(cè)試方法和內(nèi)容10 4.2基本檢查11 4.3指標(biāo)測(cè)試和測(cè)試結(jié)果11 第五章 數(shù)據(jù)分析和討論12 5.1數(shù)據(jù)分析12 5.2結(jié)果討論12 第六章 結(jié)

4、束語(yǔ)13 附錄a 元件清單15 附錄b 參考文獻(xiàn)16第一章 引言直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器，整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟?。整流器把交流電變?yōu)橹绷麟?。?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。本設(shè)計(jì)主要采用直流穩(wěn)壓構(gòu)成集成穩(wěn)壓電路，通過(guò)變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓過(guò)程將220v交流電，變?yōu)榉€(wěn)定的5v直流電，并實(shí)現(xiàn)電壓可在3-12v連續(xù)可調(diào)。 電源的發(fā)展經(jīng)歷了整流器時(shí)代，逆變器時(shí)代、 變頻器時(shí)代并逐步向綠色靠攏。穩(wěn)壓電源的歷史可追溯到十九世紀(jì)，愛(ài)迪生發(fā)明電燈時(shí)，就曾考慮過(guò)穩(wěn)壓器，到二十世紀(jì)初，就有鐵磁穩(wěn)壓器以及相應(yīng)的技術(shù)文獻(xiàn)，電子管問(wèn)世不久

5、，就有人設(shè)計(jì)了電子管直流穩(wěn)壓器，在四十年代后期，電子器件與磁飽和元件相結(jié)合，構(gòu)成了電子控制的磁飽和交流穩(wěn)壓器。五十年代晶體管的誕生使晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源成了直流穩(wěn)壓電源的中心。六十年代后期，科研人員對(duì)穩(wěn)定電源技術(shù)做了新的總結(jié)，使開(kāi)關(guān)電源，可控硅電源得到快速發(fā)展，與此同時(shí)，集成穩(wěn)壓器也不斷發(fā)展。直至今日，在直流穩(wěn)壓電源領(lǐng)域，以電子計(jì)算機(jī)為代表的要求供電電壓低，電流大的電源大都由開(kāi)關(guān)電源擔(dān)任，要求供電電壓高，電流大的設(shè)備的電源由可控硅電源代之，小電流、低電壓電源都采用集成穩(wěn)壓器。第二章 半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)2.1課程設(shè)計(jì)要求 （一）、設(shè)計(jì)目的 1、學(xué)習(xí)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法；2、研究直流

6、穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案；3、掌握直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)和內(nèi)阻測(cè)試方法；（二）、設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo) 1、技術(shù)指標(biāo)：要求：輸入電壓為交流220v； 電源輸出電壓為+12v、-12v、+5v、-5v； 最大輸出電流為iomax=500ma； 紋波電壓vop-p5mv，穩(wěn)壓系數(shù)sr5%。 2、設(shè)計(jì)基本要求： （1）設(shè)計(jì)一個(gè)能輸出12v/5v的直流穩(wěn)壓電源； （2）擬定設(shè)計(jì)步驟和測(cè)試方案； （3）根據(jù)設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)好電路，選好元件及參數(shù)； （4）要求繪出原理圖，并用protel畫(huà)出印制板圖； （5）在pcb板上制作一臺(tái)直流穩(wěn)壓電源； （6）測(cè)量直流穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻； （7）測(cè)量直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)；

7、（8）撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告；（三）、設(shè)計(jì)提示 1、設(shè)計(jì)電路框圖如圖所示：1、設(shè)計(jì)電路框圖如圖所示： 圖2-1-1穩(wěn)壓電路若使用分離元件要有取樣、放大、比較和調(diào)整四個(gè)環(huán)節(jié)，晶體管選用3dd或3dg等型號(hào)；若用集成電路選7812，7912和7805，7905穩(wěn)壓器。測(cè)量穩(wěn)壓系數(shù)，在負(fù)載電流為最大時(shí)，分別測(cè)得輸入交流比220v增大和減小10%的輸出vo，并將其中最大一個(gè)代入公式計(jì)算sr，當(dāng)負(fù)載不變時(shí)，sr=vovi/vivo。測(cè)量?jī)?nèi)阻，在輸入交流為220v，分別測(cè)得負(fù)載電流為0及最大值時(shí)的vo，ro=vo/il。紋波電壓測(cè)量：疊加在輸出電壓上的交流分量，一般為mv級(jí)?？蓪⑵浞糯蠛?，用示波器觀測(cè)其峰峰值vop

8、-p;用可用交流毫伏表測(cè)量其有效值vo，由于紋波電壓不是正弦波，所以有有效值衡量存在一定誤差。2、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備 自耦變壓器一臺(tái)，數(shù)字萬(wàn)用表，萬(wàn)能板，智能電工實(shí)驗(yàn)臺(tái)，示波器，交流毫伏表（四）、設(shè)計(jì)報(bào)告要求1、選定設(shè)計(jì)方案；2、擬出設(shè)計(jì)步驟，畫(huà)出電路，分析并計(jì)算主要元件參數(shù)值；3、列出測(cè)試數(shù)據(jù)表格。4、調(diào)試總結(jié)。（五）、設(shè)計(jì)總結(jié)1、總結(jié)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法和運(yùn)用到的主要知識(shí)點(diǎn)，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較。 2、總結(jié)直流穩(wěn)壓電源主要參數(shù)的測(cè)試方法。 2.2整體設(shè)計(jì)方案 （一）、 電路原理直流穩(wěn)壓電源的工作流程如下：圖2-2-1 直流穩(wěn)壓電源的方框圖從圖2.2.1我們得出直流穩(wěn)壓電源的工作原理：電路接入幅值

9、為220v、頻率為50hz的市電ui，通過(guò)圖11中的電源變壓器triad，將市電220v的電壓幅值調(diào)整為合適的電路工作壓值u2。通過(guò)電源變壓器triad輸送過(guò)來(lái)的交流電，再通過(guò)圖11中的橋式整流電路bridge，得到單方向全波脈動(dòng)的直流電壓。由于單方向全波脈動(dòng)的直流電壓中含有豐富的交流成分，為了獲得平滑的直流電壓，在整流電路的后面加一個(gè)濾波電路，以濾去交流成分，圖2.2.1中的電容c就起到這個(gè)作用；對(duì)于要求不高的電路，經(jīng)過(guò)濾波后的直流電壓可以直接應(yīng)用，對(duì)于一些要求比較高的電路。我們?cè)跒V波電路的后面再接一個(gè)穩(wěn)壓電路，使輸出的直流電壓更加平滑，如集成穩(wěn)壓器lm7812，lm7912和lm7805,

10、lm7905。一般來(lái)說(shuō)，濾波電容c的容量比較大，本身就存在著較大的等效電感，因此對(duì)于市電引入的各種高頻干擾的抑制能力很差。為了解決這個(gè)問(wèn)題， 在電容c旁并聯(lián)一只小容量電容器c1、c2，就可有效地抑制高頻干擾。 另外，穩(wěn)壓器在開(kāi)環(huán)增益較高、負(fù)載較重的狀態(tài)下時(shí)，由于分布參數(shù)的影響，有可能產(chǎn)生自激，c1、c2則兼有抑制高頻振蕩的作用。輸出端接入電容器c3、c4、c5、c6，是為了改善瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)特性和減小高頻輸出阻抗。2.3電源變壓器由公式p=u*i可知若輸出功率p一定，若輸出電壓u越高，則輸出電流i越低。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)輸出功率p=15va的變壓器，若輸出電壓u=12v,則輸出電流i=0.833a。

11、源變壓器t的作用是將電網(wǎng)220v的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓ui。變壓器副邊與原邊的功率比為p2/ p1=，式中是變壓器的效率。 表2-3-1變壓器的效率表副邊功率p/va1.414u2=121.414=17v在含穩(wěn)壓器lm7805,lm7905的電路中的二級(jí)管的選擇: 由于二極管最大瞬時(shí)反向工作電壓urm1.414u2=151.414=21vin4001的反向擊穿電壓大于50v,額定工作電流i=1aiomax.故整流二極管選用in4001。2.7 濾波電容的參數(shù)計(jì)算濾波電容的容量可由下式估算： c=ict/vip-p式中vip-p穩(wěn)壓器輸入端紋波電壓的峰-峰值； t電容c放電

12、時(shí)間，t=t/2=0.01s ic電容c放電電流 ，可取ic= iomax，濾波電容c的耐壓值應(yīng)大于1.4 v2。在本實(shí)驗(yàn)中sv=vo/vo/vi/vi式中，vo=9v 、vi=12v、vop-p=5mv、sv=0.005則 vi =vop-p vi / vo sv=1.4v所以濾波電容 c= ict/vip-p = iomax t/vip-p =0.003636ufc的耐壓值應(yīng)大于1.4 v2=21v。 由于之前模電實(shí)驗(yàn)可知，我們?cè)趯?shí)際制作過(guò)程中采用比理論值小的電容同樣能達(dá)到很好的濾波效果，因此采用2200f的電容。2.8其他電路元件的選擇用led指示電路時(shí)，因輸出的電壓比較高，如果直接接在

13、電路中會(huì)將其燒壞，所以應(yīng)該串聯(lián)以各電阻。led的工作電流為310ma。12v/10ma=1200,5v/10ma=500。因?yàn)閘ed存在一定內(nèi)阻，所以選擇的電阻分別為1200,470。第三章 半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電路的仿真與制作3.1直流穩(wěn)壓電源電路的仿真電路 圖3-1-1 3.2 pcb版的設(shè)計(jì)與制作（一）、原理圖的設(shè)計(jì) 綜上對(duì)電路的分析，與各元器件的參數(shù)計(jì)算，用protel99繪制的原理圖如附圖所示。 （二）、pcb圖的繪制 protel99是專門(mén)制作pcb印制電路板的軟件，能夠在原理圖上生成網(wǎng)絡(luò)表，創(chuàng)建一個(gè)pcb文件，導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表，就能夠?qū)﹄娐钒迳显骷M(jìn)行布局，布線，設(shè)計(jì)的pcb如下圖3.2.

14、1。圖3-2-1（三）、實(shí)物圖圖3-3-1圖3-3-2第四章 測(cè)試方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果4.1測(cè)試方法和內(nèi)容（一）測(cè)試方法1、目光檢測(cè)法：根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和指標(biāo)，需對(duì)成品進(jìn)行參數(shù)的測(cè)試。在進(jìn)行參數(shù)的測(cè)量前必須保證元器件的安裝沒(méi)有發(fā)生錯(cuò)誤。所以可以用目眼檢測(cè)的方法進(jìn)行。2、儀器測(cè)量法：設(shè)計(jì)要求測(cè)試電源的穩(wěn)壓系數(shù)，內(nèi)阻，和紋波電壓。這些數(shù)據(jù)的測(cè)試必須用到實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。（二）測(cè)試項(xiàng)目1、測(cè)量穩(wěn)壓系數(shù)：在負(fù)載電流為最大時(shí)，分別測(cè)得輸入交流比220v增大和減小10%的輸出vo，并將其中最大一個(gè)代入公式計(jì)算sr，當(dāng)負(fù)載不變時(shí)，sr=vovi/vivo。2、測(cè)量?jī)?nèi)阻：在輸入交流為220v，分別測(cè)得負(fù)載電流為0及最大值

15、時(shí)的vo，ro=vo/il。3、紋波電壓測(cè)量：疊加在輸出電壓上的交流分量，一般為mv級(jí)?？蓪⑵浞糯蠛?，用示波器觀測(cè)其峰峰值vop-p；用可用交流毫伏表測(cè)量其有效值vo，由于紋波電壓不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定誤差4.2基本檢查在通電前認(rèn)真檢查安裝電路，必須對(duì)電路進(jìn)行以下事項(xiàng)的檢查：1、電源變壓器的一次和二次繞組是否搞錯(cuò)，否則將會(huì)造成變壓器損壞.。2、三端穩(wěn)壓器的輸入、輸出和公共一定要識(shí)別清楚，不能搞錯(cuò)。特別是公共端不能開(kāi)路，如果開(kāi)路，很可能導(dǎo)致負(fù)載損壞。3、或整流橋的引腳和濾波電容器的極性不能接反，否則將會(huì)損壞元器件。4、檢查負(fù)載端是否有短路現(xiàn)象。4.3指標(biāo)測(cè)試和測(cè)試結(jié)果（一）穩(wěn)壓系數(shù)

16、測(cè)試先將變壓器的輸入電壓調(diào)為交流220v，用萬(wàn)用表的直流電壓檔分別測(cè)量電源的各個(gè)輸出端，記錄數(shù)據(jù)在表4.3.1中。表4-3-1穩(wěn)壓系數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)輸出端口/v輸入電壓/v+12v+5v-12v-5v220v11.97v5.08v-12.03-5.08（二）測(cè)量?jī)?nèi)阻 1、不接負(fù)載，直接用萬(wàn)用表直流檔測(cè)量電源輸出端的電壓，如上表3所示輸入220v時(shí)各輸出的電壓。2、在12v輸出端外接一個(gè)電位器，使電流達(dá)到規(guī)定的最大電流500mv，用萬(wàn)用表直流檔測(cè)量輸出端口的電壓得到的電壓值分別為10.83v和-11.15v。3、在5v輸出端外接一個(gè)電位器，是電流達(dá)到規(guī)定的最大電流500mv，用萬(wàn)用表直流檔測(cè)量輸出端口

17、的電壓得到的電壓值分別為4.98v和-5.06v。第五章 數(shù)據(jù)分析和討論5.1數(shù)據(jù)分析穩(wěn)壓系數(shù)分析：穩(wěn)壓系數(shù)是指在負(fù)載電流i0、環(huán)境溫度t不變的情況下，輸入電壓的相對(duì)變化引起輸出電壓的相對(duì)變化，即穩(wěn)壓系數(shù).在負(fù)載電流為最大時(shí)，分別測(cè)得輸入交流比220v增大和減小10%的輸出vo，并將其中最大一個(gè)代入公式計(jì)算sr，當(dāng)負(fù)載不變時(shí)，sr=vovi/vivo。根據(jù)表3的數(shù)據(jù)最大的vo=0.01v，vi=220v10=22v所以穩(wěn)壓系數(shù)=0.01220/2211.970.0084。（- 0.01）220/22（-12.03）0.00835% 5.2結(jié)果討論1、穩(wěn)壓系數(shù)是表征穩(wěn)壓電源應(yīng)對(duì)輸入電壓的波動(dòng)而保

18、持輸出電壓穩(wěn)定的能力。穩(wěn)壓系數(shù)越小，表示穩(wěn)定電壓的能力越強(qiáng)。所以一個(gè)電源的穩(wěn)壓系數(shù)越小表示其性能越好。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)量和計(jì)算得到制作的電源穩(wěn)壓系數(shù)為0.0083，小于設(shè)計(jì)要求的5。所以設(shè)計(jì)的電源是符合要求的。2、內(nèi)阻也是電源質(zhì)量好壞的一個(gè)重要的指標(biāo)，它表征的是電源接負(fù)載的能力，內(nèi)阻越小，接負(fù)載時(shí)分得的電壓越小，從而保證接大電流負(fù)載時(shí)能夠保證有足夠的輸出電壓，保證負(fù)載能夠正常工作。經(jīng)測(cè)量和計(jì)算得到電源正負(fù)輸出的內(nèi)阻分別為2.28和1.76，這個(gè)內(nèi)阻非常的小，說(shuō)明接負(fù)載的能強(qiáng)。第六章 結(jié)束語(yǔ)在做課程設(shè)計(jì)之前曾在模電實(shí)驗(yàn)中接觸過(guò)集成直流穩(wěn)壓電源，對(duì)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)有一定的了解。我在知道模擬電子課程設(shè)計(jì)中

19、要做直流穩(wěn)壓電源是還暗自高興這是個(gè)自己比較熟悉的項(xiàng)目。但在看到要求時(shí)才知道自己高興的太早，因?yàn)樵谀ｋ妼?shí)驗(yàn)中我們只做到了基本的直流穩(wěn)壓電源的測(cè)量，而本次課程設(shè)計(jì)要求我們自主的設(shè)計(jì)并測(cè)設(shè)參數(shù)，并且要用軟件仿真。此刻我才意識(shí)到自己對(duì)知識(shí)的了解和掌握并不全面，也不扎實(shí)。做課程設(shè)計(jì)對(duì)從沒(méi)經(jīng)驗(yàn)的我并不是簡(jiǎn)單的事。為完成這次設(shè)計(jì)我查閱了很多資料和書(shū)籍，我發(fā)現(xiàn)查資料也是一門(mén)學(xué)問(wèn)，要會(huì)查才能找到你所需的內(nèi)容，我在網(wǎng)上查閱了相關(guān)的電子設(shè)計(jì)和電源設(shè)計(jì)資料，同時(shí)也查閱了一些書(shū)籍，也和班上多名同學(xué)和小組之間進(jìn)行了交流，隨著了解的深入對(duì)設(shè)計(jì)有了基本的思路。這次課程設(shè)計(jì)給我?guī)?lái)了很大的收獲，讓我學(xué)到了很多，第一次用pcb做

20、電子產(chǎn)品,不僅掌握了簡(jiǎn)單的電子電路的設(shè)計(jì)與制作，也掌握了一些芯片的原理與作用。在制作的過(guò)程中,我基本掌握了protel99軟件的使用，同時(shí)我也遇到了困難，在仿真環(huán)節(jié)中由于對(duì)軟件的實(shí)用不熟練，仿真基本上都沒(méi)有成功，并且由于時(shí)間關(guān)系沒(méi)有對(duì)仿真軟件進(jìn)行進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，這讓我覺(jué)得很可惜，以后一定會(huì)找時(shí)間補(bǔ)一下仿真軟件方面的知識(shí)，以免以后做課設(shè)是讓同樣的問(wèn)題難倒我。但總體上比沒(méi)有做課設(shè)之前還是有了一定的進(jìn)步。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)集成直流穩(wěn)壓電源有了更為深刻的了解，對(duì)其構(gòu)造組成及參數(shù)計(jì)算掌握的比以前熟練很多，特別是對(duì)穩(wěn)壓器的認(rèn)識(shí)比以前更廣泛，雖然在課本中接觸過(guò)穩(wěn)壓器的知識(shí)，但課本上的介紹十分簡(jiǎn)單也十分有限，并且我對(duì)課本的記憶不是很深刻，但通過(guò)本次自己動(dòng)手動(dòng)腦設(shè)計(jì)之后記憶的就深刻了。