電子技術(shù)課程設計直流穩(wěn)壓電源設計

1、目錄1 摘要.22 電子技術(shù)課程設計的目的、要求.32.1 設計的目的.32.2 設計的要求.33 直流穩(wěn)壓電源設計要求.44 直流穩(wěn)壓電源設計的具體實現(xiàn).54.1 系統(tǒng)概述.54.1.1 直流穩(wěn)壓電源的作用.54.1.2 直流穩(wěn)壓電源基本結(jié)構(gòu).64.1.3 總體原理電路.74.1.4 穩(wěn)壓電源的主要性能指標.84.2 單元電路設計與分析.94.2.1 實驗設備及元器件.94.2.2 橋式整流電路.104.2.3 濾波電路.114.2.4 串聯(lián)穩(wěn)壓電路設計.124.3 主要元器件的參數(shù).134.3.1 選擇電源變壓器.134.3.2 選擇整流電路中的二極管.144.3.3 濾波電路中濾波電容的

2、選擇.155 課程設計心得體會.16參考文獻資料1 摘要課程設計是針對課程而言，但又不局限于課程。電子技術(shù)課程設計是對本門課程的綜合性技能訓練，可以使學生進一步掌握電子技術(shù)理論知識，熟悉元器件識別和檢測技能，掌握電子儀器儀表的使用方法；通過查閱手冊和文獻資料，培養(yǎng)學生獨立分析和解決問題的能力。在電子電路和電氣設備中，一般都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電，這些直流電源除了少數(shù)直接利用干電池和直流發(fā)電機外，大多數(shù)是采用把交流電轉(zhuǎn)化為直流電的直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源可分為開關(guān)電源和線性電源。開關(guān)電源最大的優(yōu)點是效率高、體積小，缺點是精度低、穩(wěn)定性差、噪聲大；直流線性穩(wěn)壓電源最大的優(yōu)點是穩(wěn)定性好、精度高

3、、噪聲小，缺點是效率低、體積大。因此，對于電源穩(wěn)定性要求不高的一般情況供電和輸出大功率電源，可選用開關(guān)電源。對于電源精度、噪聲要求高的場合必須選用線性電源，比如電壓基準期，高精度的測量儀器等等。2 電子技術(shù)課程設計的目的、要求2.1 設計的目的（1） 鞏固加深對模擬電子技術(shù)基礎知識的理解，提高綜合運用所學知識的能力。（2） 通過查找資料、選方案、設計電路、仿真和調(diào)試、寫報告等環(huán)節(jié)的訓練，培養(yǎng)學生獨立分析問題、解決問題的能力。（3） 了解電子線路設計的過程、工藝技術(shù)規(guī)范，學會書寫設計說明書。（4） 培養(yǎng)學生嚴肅、認真的科學態(tài)度和工作作風。（5） 了解與掌握常用電子儀器的使用方法，及簡單的制版、焊

4、接、組裝、調(diào)試工藝過程。2.2 設計的要求（1） 電子元器件結(jié)構(gòu)原理，民命名方法及工藝特點；電阻元件、電容元件、電感原件、晶體二極管、三極管元件、運放元件、特殊元件（特殊半導體器件如:穩(wěn)壓管、發(fā)光管、光電晶體管、霍爾元件）；（2） 基本元器件的邏輯原偶找構(gòu)造：常用門電路集成電路（tilcmos）的構(gòu)造、功能;（3） 魔寵波形與產(chǎn)生電路;（4） 單元電路理論、工程計算方法、分壓式電流負反饋、跟隨器電路、場效應管電路、多級放大電路、負反饋電路、振蕩器電路、直接耦合放大電路、運放電路；（5） 掌握電子線路設計的工程、工藝技術(shù)規(guī)范，了解與掌握常用電子儀器的使用方法，及簡單的制版、焊接、調(diào)試工藝過程，提

5、高基本操作技能；3 直流穩(wěn)壓電源設計要求（1） 設計一個串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電源（2） 要求輸出電壓可調(diào)在0v15v； 連續(xù)可調(diào)，輸出電流：01a；穩(wěn)壓系數(shù)： sv0.05；輸出電阻ro0.05，輸出紋波電壓5mv。（3） 畫出系統(tǒng)電原理圖。（4） 列出系統(tǒng)所用元件對部分主要元件的功能給以介紹。計算單元電路的參數(shù)。（5） 若條件滿足的情況下，在實驗室包裝箱上接線驗證、調(diào)試各個功能模塊的電路。4 直流穩(wěn)壓電源設計的具體實現(xiàn)4.1系統(tǒng)概述4.1.1 直流穩(wěn)壓電源的作用（1）電網(wǎng)供電電壓交流220v(有效值)50hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。（2）降壓后

6、的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。（3）脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。（4）濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負載rl。4.1.2 直流穩(wěn)壓電源基本結(jié)構(gòu)直流穩(wěn)壓電源是一種將220v工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成，見圖1。圖4.1直流穩(wěn)壓電源方框圖其中：（1）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220v交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。（2）整流電

7、路：利用單向?qū)щ娫?0hz的正弦交流電變換成脈動的直流電。（3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。（4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負載的變化而變化。4.1.3 總體原理電路 d6 3 cw317 2 保險絲d1 d4 1 c r1 d5 u1 d2 d3 c1 co uo 220v u2 c2 rw 圖4.2 穩(wěn)壓電路原理圖4.1.4 穩(wěn)壓電源的主要性能指標(1) 輸出電壓u。和輸出電壓調(diào)節(jié)范圍： 調(diào)節(jié)rp可以改變輸出電壓u。(2) 最大負載電流iom(3) 輸出電阻r。輸出電阻r。定義為：當輸

8、入電壓ui（穩(wěn)壓電路輸入）保持不變，由于輸出負載變換而引起輸出電壓變化量u。與輸出電流變化量i。之比，即(4) 穩(wěn)壓系數(shù)s（電壓調(diào)整率）穩(wěn)壓系數(shù)定義為：當負載保持不變輸出電壓相對變化量與輸入電壓相對變化量之比，即 由于工程上常把電網(wǎng)電壓波動作為極限條件，因此也有將此時輸出電壓的性對變化做為衡量指標，稱為電壓調(diào)整率。(5) 紋波電壓 輸出紋波電壓是指在額定負載條件下輸出電壓中所含交流分量的有效值（或峰值）。4.2 單元電路設計與分析4.2.1 實驗設備及元器件1.萬用表 2.示波器 3.交流毫伏表 4.滑線變阻器5 晶體二極管 6.晶體三極管7 電阻 8.穩(wěn)壓管174.2.2 橋式整流電路整流電

9、路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖3所示。在u2的正半周內(nèi)，二極管d1、d2導通，d3、d4截止；u2的負半周內(nèi)，d3、d4導通，d1、d2截止。正負半周內(nèi)部都有電流流過負載電阻rl，且方向是一致的。電路的輸出波形如圖4所示。圖4.3整流電路圖4.4輸出波形圖在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內(nèi)導通，所以流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即 。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為(u2是變壓器副邊電壓有效值)。在設計中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點，將電容器和負載電容并聯(lián)或電容器與負載電阻串聯(lián)，以達到使輸出波形基本平滑的目的。

10、選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：uo1=(1.11.2)u2，直流輸出電流： （i2是變壓器副邊電流的有效值），穩(wěn)壓電路可選集成三端穩(wěn)壓器電路。4.2.3 濾波電路濾波電路的作用：盡量減小輸出直流電壓中的脈動成分，使輸出的波形更加平滑4.2.4 串聯(lián)穩(wěn)壓電路設計（1）穩(wěn)壓電路主要有幾個環(huán)節(jié)組成：a.調(diào)整環(huán)節(jié)一般是大功率管，也可以使2-3個三極管組成復合管；b.基準環(huán)節(jié)由穩(wěn)壓管構(gòu)成，提供一個基準電壓（uz）;c.比較放大環(huán)節(jié)一般是單管放大電路，或差動放大電路，或集成運放放大器組成。將取樣得得信號與基準電壓進行比較，并將比較得到的偏差信號進行放大然后傳遞給調(diào)整環(huán)節(jié)；d.取樣環(huán)節(jié)由電阻r1、r2組

11、成的分壓器(2) 工作原理利用電壓串聯(lián)負反饋，穩(wěn)定輸出電壓。其文雅過程為： 取樣uf放大ufuo控制uos調(diào)整4.3 主要元器件的參數(shù)4.3.1 選擇電源變壓器（1）確定副邊電壓u2:根據(jù)性能指標要求：uomin=0v uomax=15v又 ui-uomax(ui-uo)min ui-uoin(ui-uo)max其中：（ui-uoin）min=3v，(ui-uo)max=40v 18vui40v此范圍中可任選 ：ui=20v=uo1根據(jù) uo1=(1.11.2)u2 可得變壓的副邊電壓（2）確定變壓器副邊電流:i2 io1=io又副邊電流i2=(1.52)io1 取io=iomax=1a則i2

12、=1.5*1a=1.5a（3）選擇變壓器的功率變壓器的輸出功率：poi2u2=26.1w4.3.2 選擇整流電路中的二極管 變壓器的副邊電壓u2=17.39v 橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為：橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為：查手冊選整流二極管in4001，其參數(shù)為：反向擊穿電壓ubr=50v24.6v最大整流電流if=1a0.5a4.3.3 濾波電路中濾波電容的選擇濾波電容的大小可用式 求得。（1）求ui:根據(jù)穩(wěn)壓電路的的穩(wěn)壓系數(shù)的定義：設計要求uo5mv ，sv0.05 uo=0v15vui=20v代入上式，則可求得ui（2）濾波電容c設定io=iomax=1a，t=0

13、.01s則可求得c。電路中濾波電容承受的最高電壓為，所以所選電容器的耐壓應大于25v。注意： 因為大容量電解電容有一定的繞制電感分布電感，易引起自激振蕩，形成高頻干擾，所以穩(wěn)壓器的輸入、輸出端常 并入瓷介質(zhì)小容量電容用來抵消電感效應，抑制高頻干擾。5 課程設計心得體會通過本次電子技術(shù)課程設計，我更加充分的理解了課本上的知識，并能夠加以擴展，從而應用于實踐當中。我認為，在這次電子技術(shù)課程設計過程中，在收獲知識的同時，還收獲了閱歷，收獲了成熟。在此過程中，我通過查找大量資料，請教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。在設計過程中我們學會了很多學習的

14、方法。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學習、實踐，再學習、再實踐。在本此實訓的途中，了解到了關(guān)于直流穩(wěn)壓電源的諸多知識、了解到了關(guān)于單相全波整流電路、橋式整流電路的原理知識及其應用，了解到了電容濾波電路、電感濾波電路、復式濾波電路的應用和注意事項，了解到了穩(wěn)壓電路的主要性能指標、并聯(lián)穩(wěn)壓電路、串聯(lián)穩(wěn)壓電路、三端集成穩(wěn)壓器的主要參數(shù)、三端固定電壓輸出集成穩(wěn)壓器及應用電路、集成穩(wěn)壓器的使用注意事項、在課程設計過程中，遇到了不少的麻煩，主要是由于低頻電子線路的基礎知識不扎實從而捉肩見肘，應對不自如。所以打好良好的基礎是非常之重要的。一種知識的積累，能力的提高。完全可以把這個當作基礎東西，只有掌握了這些最基礎的，才可以更進一步，取得更好的成績。很少有人會一步登天吧。永不言棄才是最重要的。而且，這對于我們的將來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂，找尋有趣的事情，發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情。就像中國提倡的艱苦奮斗一樣，我們都可以在課程設計結(jié)束之后變的更加成熟，會面對需要面對的事情。參考文獻資料（1）電子技術(shù)課程設計指導彭介華主編 北京 高等教育出版社 1997（2）電子電路實驗及應用課題設計