《模擬電子技術(shù)》課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

1、集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)模擬電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握集成直流穩(wěn)壓電源的實(shí)驗(yàn)方法。2. 掌握用變壓器、整流二極管、濾波電容和集成穩(wěn)壓器來(lái)設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源的方法。3. 掌握直流穩(wěn)壓電源的主要性能指標(biāo)及參數(shù)的測(cè)試方法。 4. 為下一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)語(yǔ)音放大電路提供電源。二、設(shè)計(jì)要求及技術(shù)指標(biāo)1. 設(shè)計(jì)一個(gè)雙路直流穩(wěn)壓電源。 2. 輸出電壓 uo = 12v ， 最大輸出電流 iomax = 1a 。3. 輸出紋波電壓 uop-p 5mv , 穩(wěn)壓系數(shù) su 510-3 。4. 選作：加輸出限流保護(hù)電路。三、實(shí)驗(yàn)原理與分析直流穩(wěn)壓電源的基本原理直流

2、穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器t、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成?；究驁D如下。各部分作用：0tu整流電路0tu0tuuiuo濾波電路穩(wěn)壓電路電源變壓器0tu直流穩(wěn)壓電源的原理框圖和波形變換1. 電源變壓器t的作用是將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=n，式中n是變壓器的效率。2. 整流電路：整流電路將交流電壓ui變換成脈動(dòng)的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的波紋成分，輸出波紋較小的直流電壓u1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。3. 濾波電路：各濾波電路c滿足rl-c=(35)t/2，式中t為輸入交流信號(hào)周期，rl為整流濾波

3、電路的等效負(fù)載電阻。4. 穩(wěn)壓電路：常用的穩(wěn)壓電路有兩種形式：一是穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，二是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。二者的工作原理有所不同。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路其工作原理是利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會(huì)引起其電流有較大變化這一特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來(lái)達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。它一般適用于負(fù)載電流變化較小的場(chǎng)合。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是利用電壓串聯(lián)負(fù)反饋的原理來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的。集成穩(wěn)壓電源事實(shí)上是串聯(lián)穩(wěn)壓電源的集成化。實(shí)驗(yàn)中為簡(jiǎn)化電路，我們選擇集成穩(wěn)壓器（三端穩(wěn)壓器）作為電路的穩(wěn)壓部分。集成穩(wěn)壓器的w7800系列輸出正電壓5v、6v、9v、12v、15v、18v、24v，輸出電流為1.5a（w7800

4、）、0.5a （w78m00）、0.1a（w78l00）；w7900系列輸出負(fù)電壓-5v、-6v、-9v、-12v、-15v、-18v、-24v，輸出電流為1.5a（w7900）、0.5a （w79m00）、0.1a（w79l00）。23cico-+ui-+uow791四、元件選擇與參數(shù)計(jì)算1、整流電路參數(shù)輸出電壓平均值：輸出電流平均值：平均整流電流：最大反向電壓：整流二極管的選擇（考慮電網(wǎng)%波動(dòng)）：2、濾波電路參數(shù)t/2二極管導(dǎo)通角：濾波電容的選擇：一般選擇幾十至幾千微法的電解電容，耐壓值應(yīng)大于。3、實(shí)際計(jì)算過(guò)程（1）要使w7812正常工作，必須保證輸入與輸出之間維持大于2v的壓降，因此w7

5、812輸入端直流電壓必須保證在14v以上。w7812輸入端的電流是許對(duì)變壓器副邊輸出電壓u2(t)整流、濾波后得到的。假設(shè)整流電路內(nèi)阻為0，負(fù)載電流為0，w7812輸入端有最大電壓u=1.414uef，uef是u2(t)的有效值。由于濾波電容不可能無(wú)限大，所以u(píng)1.414 uef,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知u=1.2 uef，得uef=14.4v，考慮到整流橋經(jīng)過(guò)兩個(gè)二極管約有1.4v的壓降，得變壓器可取15v。（2）變壓器選擇：變壓器選擇雙15v變壓，考慮到電流不需要太大，最大電流為2a，實(shí)際選擇變壓器輸出功率為30w，可以很好地滿足要求。（3）整流橋：考慮到電路中會(huì)出現(xiàn)沖擊電流，整流橋的額定電流時(shí)工作電

6、流的23倍。選取rs301（100v,3a）即可，實(shí)際購(gòu)買(mǎi)過(guò)程中選擇了2w10也符合設(shè)計(jì)要求。（4）濾波電路：考慮到對(duì)紋波電壓要求比較高，所以選擇了2200uf、耐壓值為25v的電解電容。（5）去耦電容：去耦電容的選擇是由w7812和w7912芯片要求的，查手冊(cè)可）知分別為0.1uf和0.33uf，用來(lái)濾除高頻分量，防止產(chǎn)生自激。（6）為了防止負(fù)載產(chǎn)生沖擊電流，故在輸出端加入220uf、耐壓值為25v的電解電容。（7）w7912支路的原件參數(shù)與w7812支路相同。（8）為防止電源輸出端短路，需安裝保險(xiǎn)管；為防止w7812和w7912因過(guò)熱而燒壞，需加裝散熱片。至此，所有元件的參數(shù)都已確定。五、

7、整體電路六、參數(shù)性能指標(biāo)及測(cè)試1、測(cè)量穩(wěn)壓電源輸出的穩(wěn)壓值及穩(wěn)壓范圍首先使調(diào)壓器的輸出為0v，通過(guò)示波器或萬(wàn)用表觀測(cè)穩(wěn)壓電路的輸出，然后調(diào)節(jié)調(diào)壓器的輸出，使輸入到變壓器的交流電壓逐漸增加，當(dāng)穩(wěn)壓電路輸出的直流電壓值不再隨著調(diào)壓器輸出電壓的增加而改變時(shí)，此時(shí)電路輸出的直流電壓值即為穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓值。使穩(wěn)壓器輸出在穩(wěn)壓值上的輸入電壓范圍為穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓范圍。2、測(cè)量穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)su穩(wěn)壓系數(shù)定義為：當(dāng)負(fù)載保持不變時(shí)，輸出電壓相對(duì)變化量與輸入電壓相對(duì)變化量之比。穩(wěn)壓系數(shù)反映電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響，越小越好。調(diào)節(jié)調(diào)壓器的輸出，使輸入到變壓器的交流電壓分別為220v+10%和220v-10%

8、 ，測(cè)量穩(wěn)壓電源的輸出電壓，根據(jù)公式計(jì)算穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)su3、測(cè)量穩(wěn)壓電路的輸出電阻ro輸出電阻 ro 定義為：當(dāng)穩(wěn)壓電路輸入電壓保持不變時(shí)，由于負(fù)載變化而引起的輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。輸出電阻反映穩(wěn)壓電路受負(fù)載變化的影響，越小越好?？捎幂敵鰮Q算法測(cè)量輸出電阻 ro 。4、測(cè)量穩(wěn)壓電源的紋波電壓和紋波因數(shù)紋波電壓是指在額定負(fù)載條件下，穩(wěn)壓電源輸出直流電壓中所含的交流分量。在交流電壓為220v，負(fù)載電流最大（額定輸出電流）的條件下，用示波器分別測(cè)量穩(wěn)壓電源的輸入紋波電壓和輸出紋波電壓。紋波因數(shù)是負(fù)載上交流分量與直流分量之比。我們小組最初的測(cè)試結(jié)果并不盡如人意，測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，是因?yàn)閣

9、7812和w7912燒壞所致，在更換之后輸出電壓值就很接近要求了。測(cè)得紋波電壓為0.3mv。七、仿真報(bào)告整流電路輸出濾波電路輸出穩(wěn)壓電路輸出可以看到輸入的正弦信號(hào)經(jīng)過(guò)整流、濾波、穩(wěn)壓后最終得到我們所需要的直流電壓八、設(shè)計(jì)過(guò)程的體會(huì)、創(chuàng)新點(diǎn)與建議經(jīng)過(guò)三次模電實(shí)驗(yàn)以后，我們終于開(kāi)始著手設(shè)計(jì)最后的兩個(gè)重量級(jí)實(shí)驗(yàn)：集成直流穩(wěn)壓電源和語(yǔ)音放大器。由于集成直流穩(wěn)壓電源是我們所做的第一個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，所以剛開(kāi)始我們小組的成員都有些無(wú)從下手，總覺(jué)得有很多問(wèn)題，比如電路如何設(shè)計(jì)，需要哪些元件，參數(shù)如何選取等等。后來(lái)，我們整理了下思緒，首先非常仔細(xì)的研究了下老師給的ppt里的內(nèi)容，借助老師所給的電路結(jié)構(gòu)，確立了變壓

10、電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四個(gè)部分，然后查閱模電實(shí)驗(yàn)的教材，擬定了所需要的元件及元件的的參數(shù)。電路板和元件等器材買(mǎi)回來(lái)之后，我們首先對(duì)電路進(jìn)行布線，然后嘗試焊，結(jié)果還沒(méi)焊上兩個(gè)元件，就覺(jué)得不對(duì)勁，仔細(xì)看了看電路板，這才發(fā)現(xiàn)我們之前布線居然沒(méi)有注意到板子是三聯(lián)的，很多管孔是短路的，之前布好的線路全都不能用，只好又拆了重新焊。這次焊接比較順利，但也耗費(fèi)了我們大約兩個(gè)多小時(shí)的時(shí)間。隨后我們沒(méi)有檢查電路，便直接插上電源試，剛插上就覺(jué)得不對(duì)勁，變壓器特別的熱，隨后沒(méi)有兩秒鐘，“嘭”的一聲就爆了一個(gè)電解電容，隨后變壓器開(kāi)始冒煙，嚇的我們趕緊拔電源。后經(jīng)過(guò)我們非常仔細(xì)的檢查電路，發(fā)現(xiàn)我們的7812的

11、管腳與地線端接了，同時(shí)還接反了一個(gè)電解電容這給了我們一個(gè)非常好的教訓(xùn)，以后一定要先檢查完電路才能測(cè)試。我們的苦難還沒(méi)有結(jié)束。修改過(guò)后，正電源輸出正常了，可是負(fù)電源輸出怎么也不正常。怎么測(cè)試也測(cè)試不出來(lái)問(wèn)題在哪，這令我著實(shí)煩惱了好幾天。眼看著就要交了，我們始終有一端輸出過(guò)高。迫不得已我們只好請(qǐng)教了一個(gè)已經(jīng)成功的同學(xué)。他對(duì)我們的電路板進(jìn)行了各種測(cè)試后，建議我們換一個(gè)變壓器，因?yàn)閼岩晌覀冮_(kāi)始測(cè)試的時(shí)候燒壞了。果然，換了變壓器之后，所有輸出都正常了，我們的直流穩(wěn)壓電源這才成功完成。這次電路設(shè)計(jì)雖然很簡(jiǎn)單，但是由于是我們第一次完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，經(jīng)驗(yàn)不足，真可謂是多災(zāi)多難，但也給我們積累了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為

12、下面的電路做基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們也收獲了很多。我們這次的第一個(gè)任務(wù)就是直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)。剛開(kāi)始電路設(shè)計(jì)出來(lái)的時(shí)候，覺(jué)得應(yīng)該比較好焊，電路看起來(lái)不是特別復(fù)雜。但實(shí)際去操作下來(lái)才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題真的不少。首先是對(duì)元件的不熟悉，電解電容的管腳識(shí)別，一般電容的容值的讀取都花費(fèi)了一定的時(shí)間，以前學(xué)的一些基本知識(shí)都記得不是很清楚了。這最終導(dǎo)致我們?cè)跍y(cè)試電容的時(shí)候出現(xiàn)了電容爆炸的問(wèn)題，兩個(gè)220uf的電容接反，而且電容突然爆炸造成了短路給變壓器也造成了影響，導(dǎo)致在后來(lái)的測(cè)試中一直有問(wèn)題而我們始終在找電路的問(wèn)題，而沒(méi)有去檢查檢查變壓器的輸出浪費(fèi)了很多的時(shí)間。其次是焊接技術(shù)的不合格，雖然大一的時(shí)候我們有聯(lián)系過(guò)但長(zhǎng)時(shí)

13、間的不接觸自己的技術(shù)有很多的問(wèn)題，有許多虛焊點(diǎn)。而且電路在平常的磕碰中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)焊點(diǎn)脫落的問(wèn)題，雖然每次都小心翼翼但板子的背后已經(jīng)被改的面目全非了。最后沒(méi)辦法只能重新去焊一塊，到那個(gè)時(shí)候才發(fā)現(xiàn)變壓器有問(wèn)題。再后來(lái)板子焊好做測(cè)試的時(shí)候也出現(xiàn)不少的問(wèn)題，有時(shí)候是自己不注意沒(méi)接地線使輸出地圖像出現(xiàn)雜波，有時(shí)候是元件出現(xiàn)問(wèn)題自己又沒(méi)發(fā)現(xiàn)，有的時(shí)候做的都快沒(méi)信心了，但沒(méi)有辦法還得和大家一起找出問(wèn)題。光芯片7812和7912就換了好幾個(gè)。而且在最初布線的的時(shí)候，內(nèi)有給散熱片留下足夠大的地方，最后只能用小的散熱片，雖然能起到一定的作用，但之前元件布置的不合理還是帶來(lái)了一定的麻煩。第一塊板子中遇到的各種問(wèn)題，

14、為我們的語(yǔ)音放大器的設(shè)計(jì)提供了很好的借鑒，嘗試過(guò)幾次失敗以后才會(huì)尋找到最有利的方法。失敗乃成功之母，我們會(huì)有一個(gè)更合理的規(guī)劃去完成下一個(gè)任務(wù)。大一的時(shí)候常聽(tīng)學(xué)哥學(xué)姐們說(shuō)模電焊板子有多么辛苦，當(dāng)時(shí)我總覺(jué)得他們有些夸大其詞，然而當(dāng)我真正開(kāi)始焊第一塊板子的時(shí)候，問(wèn)題就接踵而至。首先我們買(mǎi)的是三連線的板子，在一開(kāi)始布元件的時(shí)候我沒(méi)有考慮到板子內(nèi)部連線的問(wèn)題，導(dǎo)致幾個(gè)電容短路。第一次測(cè)試的時(shí)候，剛接通電源正輸出那端的220uf電解電容就爆了，仔細(xì)檢查電路才發(fā)現(xiàn)我把它的正負(fù)端接反了。于是換電容接著測(cè)試，正輸出那端輸出電壓與要求值很接近，而負(fù)端無(wú)輸出，經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查才發(fā)現(xiàn)w7912的輸入端和地線接在了一起，遂

15、再次改板子。第三次測(cè)試正輸出沒(méi)有問(wèn)題，而負(fù)輸出總是14v，用電表逐段檢測(cè)都沒(méi)什么問(wèn)題，遂懷疑集成穩(wěn)壓器w7912燒壞，于是換了一個(gè)，輸出正常。就這樣，我們一共焊了兩塊直流穩(wěn)壓電源的板子，元件換了好幾個(gè)，終于功夫不負(fù)有心人，我們最后的輸出電壓與要求值非常接近。說(shuō)實(shí)話，測(cè)試的過(guò)程比焊的過(guò)程辛苦，有時(shí)候真的是花了好幾個(gè)小時(shí)去檢查一個(gè)小錯(cuò)誤，每一次測(cè)試我都非常緊張，害怕自己辛辛苦苦焊好的板子得不到預(yù)期的效果。通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，我知道了在焊板子時(shí)，要盡量利用板子的三連線，減少布線，這樣不僅能使板子看起來(lái)更加干凈美觀，而且還減少了許多短路的潛在可能。我知道了在測(cè)試板子之前一定要先仔細(xì)地檢查電路是否有短路、錯(cuò)接的情況，不要等到測(cè)試的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)，因?yàn)槟菢雍苋菀谉龤г骷Ｎ疫€知道了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，一個(gè)三人小組要想做到事半功倍，最重要的就是分工明確，發(fā)揮每個(gè)人的特長(zhǎng)，當(dāng)然遇到問(wèn)題的時(shí)候大家要一起商量，一起發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的癥結(jié)所在。同時(shí)，在設(shè)計(jì)電路的過(guò)程中，我把模電課堂上所學(xué)的知識(shí)用到了實(shí)際中來(lái)，也算是對(duì)自己學(xué)習(xí)成果的一次檢驗(yàn)?？偟膩?lái)說(shuō)，我們這塊板子設(shè)計(jì)得比較常規(guī)。最后，在測(cè)試完以后，為了增強(qiáng)板子的安全性，我們?cè)谧儔浩鬏敵龆私恿艘粋€(gè)保險(xiǎn)管。并且為了讓板子更好看