設(shè)計(jì)制作一串聯(lián)型二路輸出直流穩(wěn)壓正電源電路

1、課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)名稱： 模擬電路 課程設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)制作一串聯(lián)型二路輸出直流穩(wěn)壓正電源電路學(xué) 院 名 稱： 信息工程學(xué)院 專業(yè)： 通信工程 班級： 學(xué)號： 姓名： 評分： 教師： 20 年 月 日 模擬電路 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書20 12 20 13 學(xué)年 第 2 學(xué)期第 1 周 3 周 題目設(shè)計(jì)制作一串聯(lián)型二路輸出直流穩(wěn)壓正電源電路內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)制作一串聯(lián)型二路輸出直流穩(wěn)壓正電源電路 一路輸出直流電壓12V；另一路輸出512V連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源； 輸出電流IOm=200mA；穩(wěn)壓系數(shù)Sr0.05；進(jìn)度安排2013.2.25-2013.3.3：布置課題，查閱資料，方案分析并進(jìn)行電路仿真；20

2、13.3.4-2013.3.10：完成系統(tǒng)的制作、焊接、調(diào)試；2013.3.11-2013.1.15：設(shè)計(jì)結(jié)果檢查，完成設(shè)計(jì)報(bào)告。學(xué)生姓名： 指導(dǎo)時間：2013.2.25-2013.3.15指導(dǎo)地點(diǎn)： E 樓 311室任務(wù)下達(dá)20 13年 2月 25 日任務(wù)完成2013年 3 月 15 日考核方式1.評閱 2.答辯 3.實(shí)際操作 4.其它指導(dǎo)教師付崇芳系（部）主任付崇芳注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計(jì)小組組長一份；任課教師授課時自帶一份備查。2、課程設(shè)計(jì)結(jié)束后與“課程設(shè)計(jì)小結(jié)”、“學(xué)生成績單”一并交院教務(wù)存檔。 摘要直流穩(wěn)壓電源是能夠?yàn)樨?fù)載提供穩(wěn)定的直流電源的電子裝置。本課題設(shè)計(jì)的二路輸出直

3、流穩(wěn)壓正電源是可以在一路輸出固定電壓的基礎(chǔ)上另一路輸出范圍內(nèi)電壓可調(diào)的電路。主要由降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個部分電路組成。可調(diào)環(huán)節(jié)由定值電阻和電位器構(gòu)成的電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。具有穩(wěn)定性好、提供電源持續(xù)可調(diào)的特點(diǎn)?？蔀橐恍┬⌒陀秒娖骱涂刂葡到y(tǒng)供電。 關(guān)鍵詞：整流；穩(wěn)壓；可調(diào)目錄前言1第一章 電路組成及工作原理21.1 二路輸出直流穩(wěn)壓可調(diào)電源的系統(tǒng)組成21.2 二路輸出直流穩(wěn)壓可調(diào)電源的工作原理2第二章 單元電路設(shè)計(jì)及計(jì)算32.1 電源變壓器的選擇32.2 整流電路32.3 濾波電路42.4 穩(wěn)壓電路42.5 可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)4第三章 調(diào)試及測試結(jié)果與分析63.1 仿真電路測試圖63.2 電源變壓前后的測

4、試63.3 整流、濾波電路的測試73.4 穩(wěn)壓電路的測試73.5 可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際電路中的調(diào)整8第四章 結(jié)論9參考文獻(xiàn)10附錄一 元件清單11附錄二 電路實(shí)物圖12 前言隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，直流穩(wěn)壓電源應(yīng)用越來越廣泛。電源的優(yōu)劣直接影響著電氣設(shè)備或控制系統(tǒng)的工作性能，而一些小型用電電路，由于電路的精密，對電壓的穩(wěn)定性能要求更高。本課題就是要設(shè)計(jì)出這種穩(wěn)定性高且電壓能夠持續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源電路。自1955年美國科學(xué)家羅那（G.H.Royer）首先研制成功利用磁芯的飽和來進(jìn)行自激振蕩的晶體管直流變換器，利用這一技術(shù)的各種形式的直流變換器不斷地被研制和涌現(xiàn)出來，從而取代了早期采用的壽命短

5、、可靠性差、轉(zhuǎn)換效率低的旋轉(zhuǎn)和機(jī)械振子示換流設(shè)備。到了60年代，直流變換器就可以直接由市電經(jīng)整流、濾波后輸出，演變成今天的直流穩(wěn)壓電源。為了應(yīng)對市場對穩(wěn)壓電源功能不時進(jìn)步的要求，直流穩(wěn)壓電源開始慢慢向高效率、高功率密度、低壓大電流、低噪音、優(yōu)越的動態(tài)特征以及寬輸入局限等方面開展，薄型化、模塊化、規(guī)范化并以積木的方法進(jìn)行組合的電路獲得了廣泛的使用，如今的直流穩(wěn)壓電源具有高功率密度、高效率、低壓大電流的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在通訊系統(tǒng)中，直流穩(wěn)壓電源電壓的種類不斷添加，功率密度和集成度的進(jìn)步亦添加了設(shè)計(jì)難度，傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)與驗(yàn)證已無法順應(yīng)疾速轉(zhuǎn)變的市場需求。于是，穩(wěn)壓電源輔佐設(shè)計(jì)軟件應(yīng)運(yùn)而生了。這些軟件可指點(diǎn)元

6、器件選擇，并供應(yīng)資料清單、電路仿真及熱剖析，大大縮短了穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)的周期，進(jìn)步了穩(wěn)壓電源的功能。因此，直流穩(wěn)壓電源在軟件應(yīng)用方面也蓬勃發(fā)展著?？傊绷鞣€(wěn)壓電源是今天的電子科技時代上不可或缺的一份子。 第一章 電路組成及工作原理1.1 二路輸出直流穩(wěn)壓可調(diào)電源的系統(tǒng)組成 直流穩(wěn)壓電源作為一些電子設(shè)備的能量提供者，它必須具備的特點(diǎn)是：輸出電壓的幅值穩(wěn)定，平滑，變換頻率高，穩(wěn)定性好。根據(jù)此特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)電路的系統(tǒng)模塊主要有整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路三部分。其電路流程如下圖所示。 整 流 電 路 降 壓 濾 波 電 路220V 交 流 電 源 穩(wěn) 壓 電 路 一路輸出 二路輸出 圖1.1 電路流程

7、框圖1.2 二路輸出直流穩(wěn)壓可調(diào)電源的工作原理 先利用變壓器將220V交流電轉(zhuǎn)變成合適的低壓交流電，再將此交流電壓經(jīng)過整流電路變成單向脈動的直流電；濾波電路的主要任務(wù)是濾除脈動直流電中的交流成分，提升脈動直流中的直流成分；最后利用穩(wěn)壓電路自動穩(wěn)定輸出電壓，使輸出電壓不受電網(wǎng)電壓波動和負(fù)載變化的影響，同時在穩(wěn)壓電路中另增添輸出電壓調(diào)節(jié)電路，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的可調(diào)。 第二章 單元電路設(shè)計(jì)及計(jì)算2.1 電源變壓器的選擇電源變壓器將220V的交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)檎麟娐匪枰牡蛪航涣麟?。變壓器的選擇需要根據(jù)電壓和功率進(jìn)行選擇?？紤]到后面采用的整流濾波和穩(wěn)壓電路的電壓降，變壓器轉(zhuǎn)換后的電壓由公式（1）得出約為1

8、5.57V,再根據(jù)式（2）計(jì)算得出應(yīng)該選擇變比約為10:1的變壓器。 (1) (2)2.2 整流電路單相橋式整流電路具有輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動小、減小輸出電壓的脈動等優(yōu)點(diǎn)。因此在設(shè)計(jì)中選用單相橋式整流電路對經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)換后的低壓交流電進(jìn)行整流。采用一體式的整流橋，作用就是能夠通過二極管的單向?qū)ǖ奶匦詫㈦娖皆诹泓c(diǎn)上下浮動的交流電轉(zhuǎn)換為單向的直流電。圖2.1 單向橋式整流電路圖 圖2.2 電壓、電流波形圖 單向整流電路圖如圖2.1，通過負(fù)載的電流以及電壓的波形如圖2.2所示，可以看出，它們都是單方向的全波整流波形。整流二極管的選擇主要考慮反向耐壓和平均電流。橋式整流電路中的反向電壓應(yīng)為變

9、壓器次級電壓的最大值： （3）故整流電路中的反向電壓約為22V，單向橋式整流器的平均電流應(yīng)為輸出電流的一半即為100mA。綜合考慮到濾波電路電容充電電流的沖擊，所以選擇型號為3N247的整流器。2.3 濾波電路經(jīng)整流后的電壓仍然具有較大的交流分量，不能直接輸出使用，需通過濾波電路將交流分量過濾。盡量保留其輸出中的直流分量，才能獲得比較平滑的直流分量，使波形變得平滑，接近理想的直流電源。由于本設(shè)計(jì)采用的是單相橋式整流，故選擇并聯(lián)電容的方式濾波。電容濾波電路的特點(diǎn)是電路簡單，負(fù)載直流電壓較高，紋波也較小，適用于小電流電路。從理論上來講，濾波電容越大，放電過程越慢，輸出電壓越平滑，平均值越高，但在實(shí)

10、際上，電容的容量越大，不但體積越大，而卻會使整流二極管流過的沖擊電流更大。故選擇適中的470µF的電容。2.4 穩(wěn)壓電路盡管電壓經(jīng)過整流濾波，但是由于電網(wǎng)電壓的波動，還是會影響到輸出電壓的穩(wěn)定性，為消除輸出電壓的波動，故要在濾波電路之后加一個穩(wěn)壓電路。由于電路要求輸出一端為固定的正12V電壓，考慮使用正電壓輸出系列內(nèi)的LM7812三端集成穩(wěn)壓器。正常工作時，其輸入輸出電壓差為23V。電路中靠近引腳處還應(yīng)接入電容、用來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激震蕩和抑制電路引入高頻干擾，一般選用100nF的電容。是電解電容，用來減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾，一般選用1µ

11、;F的電解電容。 圖2.3 三端穩(wěn)壓器的接法2.5 可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)在穩(wěn)壓管的公共端接入一個電阻網(wǎng)絡(luò)，便可達(dá)到二路輸出電壓可調(diào)的效果。該電阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)使用一個定值電阻和一個電位器組成。通過調(diào)節(jié)電位器來實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)。根據(jù)穩(wěn)壓器輸出端與公共端電流恒定不變，電流I為0.2A，設(shè)計(jì)所需要的電壓范圍。 (4) 電壓的可調(diào)范圍為512V，根據(jù)公式（4），當(dāng)電位器接入阻值為0時有最低電壓輸出為5V，可計(jì)算出定值電阻的阻值應(yīng)為25，實(shí)驗(yàn)用24的電阻代替。當(dāng)輸入最大阻值時有輸出最大電壓為12V，根據(jù)公式計(jì)算得電位器的最大阻值應(yīng)為36，實(shí)驗(yàn)用總阻值為34的電位器代替。最后，為達(dá)到輸出最大電流為200mA的要求，穩(wěn)壓

12、器的輸出端接上一個阻值為60的負(fù)載電阻，由于沒有符合要求的電阻，故使用10電阻和51的電阻串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。 第三章 調(diào)試及測試結(jié)果與分析3.1 仿真電路儀器測試圖 根據(jù)選用的元件及電路形式，首先在Multisim軟件中構(gòu)建仿真環(huán)境，如圖3.1即為最終電路圖。使用一個單刀單置開關(guān)控制兩路輸出端，當(dāng)開關(guān)閉合時，一路輸出固定的電壓值12V，開關(guān)斷開，二路輸出512V可調(diào)的電壓。用示波器的A、B兩通道分別顯示輸入交流電壓和降壓后電路電壓波形。用萬用表1測量穩(wěn)壓管輸入端電壓，萬用表2測量穩(wěn)壓管輸出電壓。 圖3.1 二路輸出直流穩(wěn)壓可調(diào)電源仿真電路圖3.2 電源變壓前后的測試 仿真電路中對1、3節(jié)點(diǎn)進(jìn)行瞬態(tài)分

13、析，示波器測得變壓前后的波形如圖3.2所示。 圖3.2 降壓前后的電壓波形圖 在圖3.2中，電壓幅值較大的為輸入電壓，示波器測量為221.899V，電壓幅值較小的是經(jīng)過變壓器降壓的電壓，示波器測量出的數(shù)據(jù)為28.274V，有效值是19.996V，與理論計(jì)算值15.57V大約相差4V。在實(shí)際電路操作中，由于變壓器有限，使用的是降壓后電壓為12V的變壓器，比理論計(jì)算值約小3V。經(jīng)檢查測試整個電路輸出的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)對電路結(jié)果的影響不大。3.3 整流、濾波電路的測試 對電路中的10節(jié)點(diǎn)進(jìn)行瞬態(tài)分析，整流后的電路如圖3.3所示。可見變壓器降壓后的交流電經(jīng)過橋堆整流和電容的濾波作用已經(jīng)變得比較平滑但不是理想

14、的平滑，還夾帶著紋波。經(jīng)改變?yōu)V波電容，發(fā)現(xiàn)該電壓波動不可消除。 圖3.3 整流濾波后的電壓波形3.4 穩(wěn)壓電路的測試 對電路中的9節(jié)點(diǎn)進(jìn)行瞬態(tài)分析，可以看出經(jīng)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后的電壓已經(jīng)變得穩(wěn)定了，沒有了輸入端電壓的波動。閉合開關(guān)，經(jīng)萬用表測得穩(wěn)壓管的一路輸出端電壓為12.022V，如圖3.4所示。斷開開關(guān)，萬用表測得經(jīng)公共端的電阻網(wǎng)絡(luò)后的電壓通過改變電位器接在電路中阻值的大小可實(shí)現(xiàn)電壓可調(diào)。當(dāng)電位器接入電路中的阻值為0時，輸出電壓為4.854V，當(dāng)電位器為總阻值時，輸出電壓為11.727V，如圖3.5所示。 圖3.4 穩(wěn)壓后的輸出電壓波形 圖3.5 可調(diào)端輸出電壓的最小值與最大值3.5 可調(diào)電阻網(wǎng)

15、絡(luò)在實(shí)際電路中的調(diào)整 在實(shí)際電路中由于實(shí)驗(yàn)室沒有34的電位器，使用的是與之接近的50的電位器，經(jīng)測試，輸出電壓范圍只在58左右可調(diào)，不能達(dá)到二路輸出5V至12V的可調(diào)范圍。分析原因，判定為電位器總阻值太小了。便將電位器改為總阻值為500的電位器，實(shí)現(xiàn)了二路輸出的可調(diào)范圍擴(kuò)大為4.29V至14.38V,該范圍大于預(yù)期范圍，但包含了預(yù)期范圍。50的電位器不能達(dá)到效果，分析原因，可能是因?yàn)榉€(wěn)壓管的輸入電壓太小，使第二路的電阻網(wǎng)絡(luò)分壓不夠。為使第二路的電路輸出更高的電壓，采用增大電阻網(wǎng)絡(luò)中電阻阻值的方法增壓。 第四章 結(jié)論本次課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)制作一串聯(lián)型可調(diào)二路輸出直流穩(wěn)壓正電源電路，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)前的方案設(shè)計(jì)

16、及仿真、電路的焊接及成品測試，制作成品達(dá)到了輸出電流最大值約為200mA；一路輸出13.40V,一路輸出4.29V14.38V可調(diào)；穩(wěn)壓系數(shù)小于0.05的效果。在誤差允許的范圍內(nèi)與實(shí)驗(yàn)要求基本一致，實(shí)驗(yàn)成功。 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看最初的方案，認(rèn)為方案還應(yīng)有改進(jìn)。本實(shí)驗(yàn)的方法在第二路輸出可調(diào)的時候，是在一路的基礎(chǔ)上分壓的原理，使得實(shí)驗(yàn)不是很精確。故提出改進(jìn)方法為在橋堆的輸出端接一個如4.1圖所示的電路，采用一個LM317穩(wěn)壓管，同樣通過它的作用，再利用電位器的調(diào)節(jié)改變電阻，從而使輸出電壓可在要求范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。圖中的二極管可起保護(hù)電路的作用。 圖4.1 穩(wěn)壓電路改進(jìn)方案圖 從Multisim軟件的學(xué)習(xí)，到課題方案的設(shè)計(jì)，再到實(shí)驗(yàn)電路的仿真，最后到實(shí)際電路的調(diào)試，無處不表現(xiàn)出團(tuán)隊(duì)精神的重要性。尤其是電路的焊接方面，組員之間的溝通、配合及分工的合理性。只有這樣，才能將事情做到精益求精，做任何事當(dāng)如此。此外,還要感謝指導(dǎo)老師的提點(diǎn),讓實(shí)驗(yàn)得以順利的完成。 參考文獻(xiàn)1康華光,陳大欽,張林.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第五版). 北京.高等教育出版社,2006.1 P4864922鄧謙,劉清平,張琦,黃麗貞.<低頻電子電路>實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書. 南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院電子實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中心,2010.3 P82