模電課程設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

1、緒論模擬電子技術(shù)是一門應(yīng)用范圍極廣，發(fā)展及其迅速，具有較強(qiáng)實(shí)踐性技術(shù)基礎(chǔ)課，所以既要加強(qiáng)基礎(chǔ)理論的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，又要加強(qiáng)實(shí)踐技術(shù)的訓(xùn)練。通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)上得到訓(xùn)練，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。在實(shí)際工作中，電子技術(shù)人員需要分析器件、電路的工作原理；驗(yàn)證器件、電路的功能；對電路進(jìn)行調(diào)試、分析，排除電路故障；測試器件、電路的性能指標(biāo)；設(shè)計(jì)、制作各種實(shí)用電路的樣機(jī)。所有這些都離不開實(shí)驗(yàn)。此外，實(shí)驗(yàn)還有一個重要任務(wù)，是要培養(yǎng)正確處理數(shù)據(jù)，分析和綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果、檢查和排除故障的能力。同時(shí)養(yǎng)成我們勤奮、進(jìn)取、嚴(yán)肅認(rèn)真、理論聯(lián)系實(shí)際的作風(fēng)和為科學(xué)事業(yè)奮斗到底的精神。直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)是模擬電

2、子技術(shù)一個基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)課程，它一般是由電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，我們要掌握直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法，研究其設(shè)計(jì)方案，學(xué)習(xí)直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)和內(nèi)阻的測試方法。第一章 設(shè)計(jì)課題半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)和測試1.1 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)阻測試方法。1.2 設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)1、技術(shù)指標(biāo)：要求電源輸出電壓為39v，輸入電壓為交流220v，最大輸出電流為iomax=200ma，穩(wěn)壓系數(shù)s r5x10-3，電網(wǎng)電壓波動正負(fù)10%。2、設(shè)計(jì)要求（1） 設(shè)計(jì)一個能輸出39v的直流穩(wěn)壓電源；（2） 要求繪

3、出原理圖，并用protel畫出印制板圖；（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） 在萬能板或面包板上制作一臺直流穩(wěn)壓電源；（5） 測量直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)；（6） 測量直流穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻；（7） 擬定測試方案和設(shè)計(jì)步驟；（8） 寫出設(shè)計(jì)性報(bào)告。1.3 設(shè)計(jì)擴(kuò)展要求 （1）能顯示電源輸出電壓值，00.0-12.0v； （2）要求有短路過載保護(hù)。第二章 原理分析設(shè)計(jì)電路框圖如下圖：電源變壓器整流電流濾波電路交流電源穩(wěn)壓電源電源變壓器：將交流電網(wǎng)電壓220v的電壓變?yōu)樗枰牡慕涣麟妷褐祏1；整流電路: 將交流電壓u1變?yōu)槊}動的直流電壓,但此脈動的直流電壓含有較大的紋波；濾

4、波電路:濾除紋波，將脈動直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷?，但這種電壓還隨電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載和溫度的變化而變化；穩(wěn)壓電路: 清除電網(wǎng)波動及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓的穩(wěn)定。由對應(yīng)的的電路輸出波形可看出，輸入的交流電壓經(jīng)過變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓得到比較理想的直流輸出電壓，下面對這幾個部分電路進(jìn)行設(shè)計(jì)得到所需的直流電壓。第三章 直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)3.1 整流電路的設(shè)計(jì)說明：整流電路將交流電變換成直流電，主要靠二極管的單向?qū)щ娮饔茫旅嫖覀儾捎脝蜗鄻蚴秸麟娐?。原理?+_ulu1u2+trd4d2d1d3rlil 圖311tr為電源變壓器，將電網(wǎng)電壓u1變成整流要求電壓u2=v2sin wt.當(dāng)電

5、壓u2在正半周時(shí)，d1和d3導(dǎo)通，d2、d4截止,流經(jīng)負(fù)載電流方向如圖所示；當(dāng)電壓u2在負(fù)半周時(shí)，d2和d4導(dǎo)通，d1、d3截止,流經(jīng)負(fù)載電流方向不變，仍與正半周時(shí)相同，為全波整流。u2 波形： 圖312負(fù)載電壓ul： 圖313負(fù)載電壓ul的平均值 vl=2v2/=0.9 v2直流電流為il=0.9 v2/rl3.1.2 參數(shù)計(jì)算橋式整流電路中，d1、d3和d2、d4兩輛輪流導(dǎo)通，流經(jīng)每個二極管的平均電流為： id=1/2il=0.45v2/rl當(dāng)二極管截止時(shí)，所承受的最大反向電壓均為u2的最大值： vrm=v2則為防止二極管被燒壞。，應(yīng)選擇最高反向電壓大于v2的二極管。3.2 濾波電路的設(shè)計(jì)

6、濾波原理: 交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動直流，其中既有直流成分又有交流成份。濾波電路利用儲能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性, 將電容與負(fù)載rl并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載rl串聯(lián))，濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。圖321未加電容時(shí)輸出電壓：圖322加電容后輸出電壓：wtuo圖333當(dāng)rl未接入時(shí)，u2向電容充電，充電時(shí)時(shí)間常數(shù)為=rintc接入負(fù)載rl后，由于電容在負(fù)載未接入前充了電，二極管電壓小于電容電壓而截止，電容向負(fù)載放電，時(shí)間常數(shù)為 d=rlc電容濾波電路的特點(diǎn)：(a) ul與rlc的 關(guān)系：rlc 愈大 c放電愈

7、慢 ul(平均值)愈大一般?。簉lc(3 5)t/2 (t:電源電壓的周期)近似估算: ul=1.2ul。(b) 流過二極管瞬時(shí)電流很大 整流管導(dǎo)電時(shí)間越短 id的峰值電流越大(c)輸出特性(外特性) c形濾波純電阻負(fù)載ilvlv20.9 v2圖324當(dāng)rl=，即空載是c值一定，時(shí)間常數(shù)d=,有 vlo=v21.4 v2當(dāng)c=0，無電容時(shí) vlo=0.9v2電容濾波電路的負(fù)載電壓vl與v2的關(guān)系為 vl=（1.1 1.2）v2結(jié)論：電容濾波電路適用于輸出電壓較高，負(fù)載電流較小且負(fù)載變動不大的場合，放電時(shí)間常數(shù)rc應(yīng)滿足：rlc(3 5)t/23.3 穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)穩(wěn)壓管:w78系列(輸出正電壓

8、)；w79系列(輸出負(fù)電壓)。w78系列的基本接線： 圖331其輸出為固定正電壓。若達(dá)到設(shè)計(jì)要求，輸出正負(fù)固定電壓，則需用到w78系列和w79 系列，接線如下圖：圖332同時(shí)輸出正負(fù)電壓。本次設(shè)計(jì)要求輸出12v及5v，則需要用到四片穩(wěn)壓管：7812、7912、7805和7905，分別輸出12v、12v、5v和5v。第四章 參數(shù)確定4.1 變壓器選擇電源變壓器的效率電源變壓器是將220v，50hz交流電壓降壓后輸出到副邊。=p2/p1 （式41）其中：是變壓器副邊的功率，是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率如表41所示： 小型變壓器的效率 副邊功率 效率0.60.70.80.85表41因此，

9、當(dāng)算出了副邊功率后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率。本次設(shè)計(jì)中取u2=12v,i2=0.5a，變壓器副邊電壓p2i2u2=6w，則=10w為留有余地選擇12v/20w的變壓器。4.2 濾波電容的參數(shù)計(jì)算 電路要求最大輸出電流為iomax=500ma，紋波電壓vop-p5mv，穩(wěn)壓系數(shù)sr5%。 濾波電容的容量可由下式估算： c= （式42）式中vip-p穩(wěn)壓器輸入端紋波電壓的峰-峰值； t電容c放電時(shí)間，因?yàn)檩斎腚娫粗芷趖=1/f=1/50hz=0.02s。則t= =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。穩(wěn)壓系數(shù)為：sr= （式43）式中，

10、vo=5v 、vi=12v、vop-p=5mv、sr=0.005則 vi = =2.4v所以濾波電容c= ic t/vip-p = iomax t/vip-p =0.002083f，c的耐壓值應(yīng)大于1.4 v2。 而在實(shí)際制作過程中采用2200f的電容，濾波效果更好，所以此實(shí)驗(yàn)中我們選擇2200f的電容。4.3 穩(wěn)壓器選擇78系列和79系列為固定式三端穩(wěn)壓器，可分別輸出正電壓和負(fù)電壓。本次設(shè)計(jì)要求輸出電壓為12v、5v，因此穩(wěn)壓器我們選擇lm7812、lm7805、lm7912、lm7905，對應(yīng)的輸出電壓分別為12v、5v、12v、5v。（接線方式已在前說明）4.4 電阻阻值確定采用發(fā)光二極

11、管監(jiān)視電路工作狀態(tài)，流經(jīng)二極管電流大小為3 10 ma,則電阻 r=v/imax 所以 輸出為12v電路上限流電阻為r1=12v/10ma=1.2k 輸出為5v電路上限流電阻為r2=5v/10ma=500,使用標(biāo)稱值470。第五章 電路仿真5.1 繪制電路圖用仿真軟件multisim繪制半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源電路如下圖：5.2 仿真結(jié)果及其分析可知按技術(shù)指標(biāo)要求確定的元件參數(shù)，對電路進(jìn)行仿真后，可得到12v及5v的輸出電壓，但存在較小的誤差。第六章 電路連接及測試6.1 pcb圖1、在protel軟件上畫出設(shè)計(jì)圖，并導(dǎo)入布線。2、轉(zhuǎn)印、腐蝕在印制板上，焊接相應(yīng)元器件。6.2 性能指標(biāo)及測試方法6.

12、2.1 紋波電壓 疊加在輸出電壓vo上的交流分量，一般為mv級?？蓪⑵浞糯蠛?，用示波器觀測其峰-峰值vo p-p；6.2.2 穩(wěn)壓系數(shù) 在負(fù)載電流io、環(huán)境溫度t不變的情況下，輸入電壓的相對變化引起輸出電壓的相對變化，即穩(wěn)壓系數(shù) sv=測試過程：先調(diào)節(jié)變壓器使輸入電壓增加 10%，即vi=242v，測量此時(shí)對應(yīng)的輸出電壓vo1；再調(diào)節(jié)變壓器使輸入電壓減少 10%，即vi=198v，測量此時(shí)對應(yīng)的輸出電壓vo2，然后再測出vi=220v時(shí)對應(yīng)的輸出電壓vo，則穩(wěn)壓系數(shù)sv=（vo/vo）/（vi/vi） =220/（242-198）（vo1-vo2）/vo仿真結(jié)果：無論輸入電壓是增大還是減小10

13、%的輸出，vo始終為0，那么sv= =vo()=0。6.3 電路焊接將pcb圖打印、腐蝕在印制板上，打孔后進(jìn)行焊接。焊接注意事項(xiàng)：1、 焊接極性電容時(shí)根據(jù)pcb圖注意電容的正負(fù)端；2、 發(fā)光二極管陰極接低電位端；3、 焊接時(shí)兩焊腳之間注意不要接在一起，以免造成短路；4、 避免虛焊，否則導(dǎo)致元器件沒有接入電路中。半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源實(shí)物圖如下：6.4 電路測試及結(jié)果分析使用萬用表分別測試輸出電壓，檢查結(jié)果是否滿足條件，與理論值相比較，計(jì)算相對誤差，并進(jìn)行誤差分析。測量結(jié)果：1、 穩(wěn)壓管lm7812輸出電壓為v1測= 13.68 v v1理= 12 v相對誤差為=|(13.68-12)/12|100

14、=142、 穩(wěn)壓管lm7912輸出電壓為 v1測= -13.68 v v1理= -12 v相對誤差為=|(-13.68+12)/12|100=143、 穩(wěn)壓管lm7805輸出電壓為 v1測= 5.02 v v1理= 5 v相對誤差為= |（5.02-5)/5|100=0.44、 穩(wěn)壓管lm7905輸出電壓為 v1測= -5.02 v v1理= - 5 v相對誤差為=| (-5.02+5)/5|100=0.4誤差原因分析：由于元器件本身存在內(nèi)阻，及焊接過程中元件受熱時(shí)間過長等，造成輸出電壓產(chǎn)生一定的誤差。結(jié)束語通過這次課程設(shè)計(jì)，我總結(jié)出了如下幾條心得體會：(1)擴(kuò)大了學(xué)生知識面，提高了學(xué)生的獲取

15、知識的能力和解決問題的能力。 (2)提高了學(xué)生實(shí)際工作能力。以應(yīng)用型人才的培養(yǎng)為主導(dǎo)方向，其畢業(yè)去向則大都為生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、建設(shè)、管理等一線崗位，專業(yè)實(shí)踐能力的培養(yǎng)與形成成為電信學(xué)院教學(xué)工作的核心任務(wù)，這就奠定了實(shí)踐教學(xué)在電子、通信專業(yè)教育教學(xué)中的重要地位。這種實(shí)踐不僅是理論與實(shí)踐層面的實(shí)踐，而且是與社會生活與生產(chǎn)加工對應(yīng)的實(shí)踐體驗(yàn)。 (3)提升學(xué)生心理素質(zhì)，提高心理承受能力、對失敗和挫折的承受能力。創(chuàng)新性地學(xué)習(xí)使人的各種心理能力得以高度發(fā)展和充分地表現(xiàn)。(4)突出了學(xué)生在教學(xué)過程中的能動性，參與教育活動這種能力，學(xué)生具有使自己得以全面發(fā)展的渴望和要求。表現(xiàn)出具有較強(qiáng)的主動性、積極性。大學(xué)生的主動

16、性、積極性只有充分的發(fā)揮出來教育教學(xué)活動中創(chuàng)新思想才能為學(xué)生所接受。也可以說，創(chuàng)新是檢驗(yàn)、評價(jià)教育效果的標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)新也是學(xué)生得以充分發(fā)展的重要標(biāo)志。創(chuàng)新教育的主導(dǎo)作用就在于調(diào)動學(xué)生的主體性。大學(xué)生學(xué)會了自己學(xué)習(xí)、自己發(fā)展，主觀能動性得到了發(fā)展，也是創(chuàng)新教育的體現(xiàn)。（5）提高了指導(dǎo)教師在創(chuàng)新教育中的引導(dǎo)能力。參考文獻(xiàn)（1）謝自美：電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測試武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006年8月（2）胡宴如：模擬電子技術(shù)。北京：高教教育出版社，2003年7月（3）康華光：電子技術(shù)基礎(chǔ)。北京：高教教育出版社，1999年6月（4） 華容茂、邵曉根、左全生.電路與模擬電子技術(shù)教程.北京：電子工業(yè)出版社，2000.（5） 熊幸明、曹才開、王新輝