直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方法

1、模擬電子技術(shù)課程設(shè)計直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方法課程設(shè)計任務(wù)書半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計和測試(一)設(shè)計目的1、學(xué)習(xí)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方法；2、研究直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方案；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；(二)設(shè)計要求和技術(shù)指標(biāo)1、技術(shù)指標(biāo)：要求電源輸出電壓為± 12V (或± 9V / ±5V),輸入電壓為交 流220V,最大輸出電流為Ioma=500mA紋波電壓 VOp-W 5mV穩(wěn)壓系數(shù)Sr05% 2、設(shè)計基本要求(1)設(shè)計一個能輸出土 12V/±9V/±5V的直流穩(wěn)壓電源；(2)擬定設(shè)計步驟和測試方案；(3)根據(jù)設(shè)計要求和技術(shù)指標(biāo)

2、設(shè)計好電路，選好元件及參數(shù)；(4)要求繪出原理圖，并用Protel畫出印制板圖；交流電源(5)在萬能板或面包板或PCB板上制作一臺直流穩(wěn)壓電源；(6)測量直流穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻；(7)測量直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)、 紋波電壓；(8)撰寫設(shè)計報告。3、設(shè)計擴(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)。(三)設(shè)計提示1、設(shè)計電路框圖如圖所示穩(wěn)壓電路若使用分離元件要有取樣、放大、比較和調(diào)整四個環(huán)節(jié)，晶體管 選用3DD或3DGI?型號；若用集成電路選 78XX和79XX穩(wěn)壓器。測量穩(wěn)壓系數(shù)：在負(fù)載電流為最大時，分別測得輸入交流比 220V增大和減 小10%勺輸出Av

3、o,并將其中最大一個代入公式計算 Sr,當(dāng)負(fù)載不變時，Sr= A VoV/ A VVo0測量內(nèi)阻：在輸入交流為220V,分別測得負(fù)載電流為0及最大值時的A Vo, ro=A V/ A I l。紋波電壓測量：疊加在輸出電壓上的交流分量，一般為mVSo可將其放大后，用示波器觀測其峰-峰值 Mp-p；用可用交流毫伏表測量其有效值 V 由模擬電子技術(shù)課程設(shè)計于紋波電壓不是正弦波，所以用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、數(shù)字萬用表、交流毫伏表、面包板或萬能板、智能電工實(shí)驗(yàn)臺、示波器3、設(shè)計用主要器件變壓器、整流二極管、集成穩(wěn)壓器（7812/7912/7809/7909/7805/7

4、905 ） 、電容、電阻若干3、參考書電工學(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)計實(shí)驗(yàn)測試華中科技大學(xué)出版社模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)高等教育出版社（四）設(shè)計報告要求1、選定設(shè)計方案；2、擬出設(shè)計步驟，畫出電路，分析并計算主要元件參數(shù)值；3、列出測試數(shù)據(jù)表格。4、調(diào)試總結(jié)。（五）設(shè)計總結(jié)1、總結(jié)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方法和運(yùn)用到的主要知識點(diǎn)，對設(shè)計方案進(jìn)行比較。2、總結(jié)直流穩(wěn)壓電源主要參數(shù)的測試方法。模擬電子技術(shù)課程設(shè)計目錄設(shè)計任務(wù)書 2第一章 緒論 5第二章系統(tǒng)設(shè)計方案論證及分析 72.1 概述 72.2 設(shè)計目的 72.3 設(shè)計任務(wù) 92.4 設(shè)計要求 92.5 電路原理分析 9

5、2.6 設(shè)計方案的選擇與論證 102.7 直流穩(wěn)壓電源的參數(shù)設(shè)計方法 11第三章單元電路的設(shè)計 143.1 電源變壓器 143.2 整流電路 143.3 濾波電路163.4 穩(wěn)壓電路 19第四章制作與調(diào)試204.1 安裝與檢查 224.2 焊接技術(shù) 224.3 穩(wěn)壓電源各項(xiàng)性能指標(biāo)的測試 234.4 誤差分析 24第五章結(jié)論和心得25第六章謝辭27附錄 27附錄A主要器材28附錄B原理圖 29參考文獻(xiàn) 30第一章 緒論電子技術(shù)是當(dāng)今高新技術(shù)的龍頭各先進(jìn)國家無不把它放在優(yōu)先的發(fā)展的地位。電子技術(shù)是 電類專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，課程地顯著 特點(diǎn)之一是它的實(shí)踐性。要想很好的掌握電子技 術(shù)，除了掌

6、握基本器件的原理，電子電路的基本 組成及分析方法外，還要掌握電子器件及基本電 路的應(yīng)用技術(shù)，課程設(shè)計就是電子技術(shù)教學(xué)中的 重要環(huán)節(jié)。本課程設(shè)計就是針對模擬電子技術(shù)這 門課程的要求所做的，同時也將學(xué)到的理論與實(shí) 踐緊密結(jié)合。電源技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于 各行各業(yè)。當(dāng)今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集 成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。隨著計算機(jī)和 通訊技術(shù)發(fā)展而來的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電子 技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時也給電源提出了更 高的要求。隨著數(shù)控電源在電子裝置中的普遍使用， 普通電源在工作時產(chǎn)生的誤差，會影響整個系統(tǒng)的精 確度。電源在使用時會造成很多不良后果，世界各國

7、 紛紛對電源產(chǎn)品提出了不同要求并制定了一系列的 產(chǎn)品精度標(biāo)準(zhǔn)。只有滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，才能夠進(jìn)入市場C 隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，滿足國際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品才能獲 得進(jìn)出的通行證。電源可分為交流電源和直流電源，它是任何 電子設(shè)備都不可缺少的組成部分。交流電源一般為模擬電子技術(shù)課程設(shè)計220V、 50Hz 電源，但許多家用電器設(shè)備的內(nèi)部電路都要采用直流電源作為供電能源，如收音機(jī)、電視機(jī)、帶微處理器控制的家電設(shè)備等都離不開這種電源。直流電源又分為兩類：一類是能直接供給直流電流或電壓的，如電池、蓄電池、太陽能電池、硅光電池、生物電池等，本文不做具體介紹；另一類是將交流電變換成所需的穩(wěn)定的直流電流或電壓的，這類變換電路

8、統(tǒng)稱為直流穩(wěn)壓電源?，F(xiàn)在所使用的大多數(shù)電子設(shè)備中，幾乎都必須用到直流穩(wěn)壓電源來使其正常工作，而最常用的是能將交流電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定直流電壓的直流電源，可見直流穩(wěn)壓電源在電子設(shè)備中起著主要作用，為設(shè)備能夠穩(wěn)定工作提供保證。電子設(shè)備中都需要穩(wěn)定的直流電源，功率較小的直流電源大多數(shù)都是將50HZ 的交流電經(jīng)過電源變壓器，整流，濾波和穩(wěn)壓這四個基本部分后獲得。整流電路用來將交流電壓變換為單向脈動的直流電壓；濾波電路用來濾除整流后單向脈動電壓中的交流成分，使之成為平滑的直流電壓；穩(wěn)壓電路的作用是將當(dāng)輸入交流電源電壓的波動、負(fù)載和溫度的變化時，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。由于集成穩(wěn)壓器具有體積小、重量輕、使用

9、方便和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來越廣泛。國產(chǎn)的穩(wěn)壓器種類很多，主要分為兩大類。穩(wěn)壓器中的調(diào)整元件工作在線性放大狀態(tài)的稱為線性穩(wěn)壓器，調(diào)整元件工作在開關(guān)狀態(tài)的稱為開關(guān)穩(wěn)壓器。在電子儀器儀表中，經(jīng)常要求有穩(wěn)定的直流電源，所以在整流濾波后面，通常需要接直流穩(wěn)壓電路。本設(shè)計是設(shè)計的直流穩(wěn)壓電源，是一種將220V 交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓輸出的直流電源裝置，主要是采用一些簡單的電子元件即可，它是有電源變壓器，整流電路，濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成。通過本次設(shè)計能使我們對電子工藝的理論有了更進(jìn)一步的系統(tǒng)了解。我們了解到了設(shè)計小電子產(chǎn)品的一些常規(guī)方法，以及培養(yǎng)了我們團(tuán)隊(duì)合作的能力，在討論設(shè)計方案，計算元件參數(shù)，購買

10、元件，制作電路板，安裝調(diào)試方面都體會到了團(tuán)隊(duì)的力量。本 次課 程設(shè) 計的 課題是直流穩(wěn) 壓電源的設(shè)計和調(diào)試，本課程設(shè)計將就直流穩(wěn)壓電源電路的工作原理、參數(shù)計算、元件選取、電路調(diào)試等做詳細(xì)的介紹和說明。第二章系統(tǒng)設(shè)計方案論證及分析2.1 概 述220V經(jīng)電源變壓器降為約+24V的交流電，先經(jīng)過 D1整流橋和電容C1進(jìn)行和C2整流后分別經(jīng)過穩(wěn)壓芯 片U1、U2分別得到+12V和-12V的一個相對穩(wěn)定的直 流電壓。為提高輸出電壓的穩(wěn)定系數(shù)，對電子濾波器的性能進(jìn)行了改善，電源調(diào)整管采用復(fù)合管的形式。分別在整流濾波和穩(wěn)壓后加電容C3、 C4、 C5、 C6 實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償 , 防止高頻自激振蕩和抑制高頻干

11、擾。為了減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾分別加電容C7、C&當(dāng)輸入端時，刈護(hù)穩(wěn)壓芯片加 D33 D4并且還在軍出端加了 D1,D2兩個發(fā)光二極管，來 檢測電路是否正常工作，為了防止由于電流過大，講發(fā)光二極管擊穿，特用了兩個電阻來進(jìn)行保護(hù)。經(jīng)過一系列的改善如：減小輸出電壓紋波系數(shù)，達(dá)到優(yōu)良 的濾波效果等，是最終電路達(dá)到了設(shè)計要求。2.2 設(shè)計目的1、學(xué)習(xí)小功率直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與調(diào)試方法。2、掌握 小 功 率 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 有 關(guān) 參 數(shù) 的 測 試 方法。3、通過集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計、安裝和調(diào)試，要求學(xué)會：(1) 選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器來設(shè)計

12、直流穩(wěn)壓電源；(2) 掌 握 直 流 穩(wěn) 壓 電 路 的 調(diào) 試 及 主 要 技 術(shù) 指標(biāo)的測試方法。(3) 通過電路的設(shè)計可以加深對該課程知識的理解以及對知識的綜合運(yùn)用。2.3 設(shè)計任務(wù)設(shè)計一波形直流穩(wěn)壓電源，滿足：(1) 當(dāng)輸入電壓在220V± 10% 時，輸出直流電壓為±12V ,輸出直流電流d的最大為 500mA ;(2)輸出紋波電壓小于5mV,穩(wěn)壓系數(shù)小于 5%,輸出內(nèi)阻小于0.1 歐。2.4 設(shè)計要求直流穩(wěn)壓電源的基本要求：(1) 合理的選擇電源變壓器；(2) 合理選擇集成穩(wěn)壓器；(3) 完 成 全 電 路 理 論 設(shè) 計 、 計 算 機(jī) 輔 助 分 析 與 仿

13、真、安裝調(diào)試、繪制電路圖；(4) 撰寫設(shè)計使用說明書。（5）穩(wěn)壓電源 在輸入電壓為 220 V, 50Hz.電壓變化范圍為+10%-10% 條件下：a. 輸出直流電壓為+12/-12 ；b.最大輸出電流為 ：Iomax = 500mA ;c.紋波電壓（峰-峰值）w 5mV（最低輸入電壓下，滿載）；d. 具有過流保護(hù)及短路保護(hù)功能；e. 畫出總體設(shè)計框圖，以說明直流穩(wěn)壓電源有哪些相對獨(dú)立的功能模塊組成，標(biāo)出各個模塊之間的聯(lián)系、變化，并以文字對原理作輔助說明。設(shè)計各個功能模塊的電路圖，加上原理說明。選擇合適的元器件，接線驗(yàn)證、調(diào)試各個功能模塊的電路，在接線驗(yàn)證時設(shè)計、選擇合適的輸入信號和輸出方式，

14、在充分電路正確性同時，輸入信號和輸出方式要便于電路的測試和故障排除。在驗(yàn)證各個功能模塊基礎(chǔ)上，對整個電路的元器件和布線，進(jìn)行合理布局，進(jìn)行直流穩(wěn)壓電源整個電路的調(diào)試。2.6 設(shè)計方案的選擇與論證小功率穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四 個 部 分 組 成 ， 如 圖 2.1 所 示 。模擬電子技術(shù)課程設(shè)計濾波電路（b）整流與穩(wěn)壓過程圖2.1穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過程方案一：簡單的并聯(lián)型穩(wěn)壓電源并聯(lián)型穩(wěn)壓電源的調(diào)整元件與負(fù)載并聯(lián)，因而具有極低的輸出電 阻，動態(tài)特性好，電路簡單，并具有自動保護(hù)功能；負(fù)載短路時調(diào)整 管截止，可靠性高，但效率低，尤其是在小電流時調(diào)整管需承受很

15、大 的電流，損耗過大，因此在本實(shí)驗(yàn)中不適合此方案。方案二：輸出可調(diào)的開關(guān)電源；開關(guān)電源的功能元件工作在開關(guān)狀態(tài)，因而效率高，輸出功率大； 且容易實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)與過流保護(hù)，但是電路比較復(fù)雜，設(shè)計繁瑣，在 低輸出電壓時開關(guān)頻率低，紋波大，穩(wěn)定度極差，因此在本實(shí)驗(yàn)中不 適合此方案。方案三：由固定式三端穩(wěn)壓器（7812）組成由固定式三端穩(wěn)壓器（7812 ）輸出腳 V 輸入腳Vi和接地腳GND® 成，它的穩(wěn)壓值為+12V,它屬于CW78*系列的穩(wěn)壓器，輸入端接電容 可以進(jìn)一步濾波，輸出端接電容可以改善負(fù)載的瞬間影響，此電路比 較穩(wěn)定。根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計要求，本實(shí)驗(yàn)采用方案三。2.6電路原理分析直流穩(wěn)壓

16、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， 基本框圖如圖2.2所示。各部分的作用：業(yè)用電愁.j圖2.2(1)電源變壓器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U2。變壓器副邊與原邊的功率比為P2/ P 1二4, 式中”是變壓器的效率。(2)整流濾波電路：整流電路將交流電壓U1變換成脈動的直流電壓。 再經(jīng)濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓U0o常 用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等，如圖2.3所示o圖2.3整流橋?qū)⒔涣麟妷篣2變成脈動的直流電壓，再經(jīng)濾波電容C濾波紋波，輸出直流電壓U。U0與交流電壓U2的有效值u2的關(guān)系為U

17、0= (1.1-1.2 ) u2每只整流二極管承受的最大的方向電壓Vrm=/2 U2通過每只二極管的平均電流1=0.5卜=0.45U 2/R式中,R為整流電路的負(fù)載電阻.它為電容C提供放電回路，RC放電時間常數(shù)應(yīng)滿足 RLC> (3-5)T/2式中,T為50HZ交流電壓的周期，即20ms.(3)電壓輸出穩(wěn)壓器由于輸入電壓U1發(fā)生波動、負(fù)載和溫度發(fā)生變化時，濾波電路輸出的 直流電壓Ui會隨著變化。因此，為了維持輸出電壓Ui穩(wěn)定不變，還需 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計加一級穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素(電網(wǎng)電壓、負(fù)載、 環(huán)境溫度)發(fā)生變化時，能使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn)定的 輸出。穩(wěn)壓

18、電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件所組成。采用集 成穩(wěn)壓器設(shè)計的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。2.7 直流穩(wěn)壓電源的參數(shù)設(shè)計方法穩(wěn) 壓 電 源 的 設(shè) 計 ， 是 根 據(jù) 穩(wěn) 壓 電 源 的 輸 出 電 壓Uo、 輸 出 電 流 Io、輸出紋波電壓AUop-p等性能指標(biāo)要求，正確地確定出變壓器、集成穩(wěn) 壓器、整流橋和濾波電路中所用元器件的性能參數(shù)，從而合理的選擇 這些器件。直流穩(wěn)壓電源的參數(shù)設(shè)計可以分為以下三個步驟：根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo、最大輸出電流I omax ,確定穩(wěn)壓器的 型號及電路形式。根據(jù)穩(wěn)壓器的輸入電壓Ui ,確定電源變壓器副邊電壓U2的有效值 U2； 根 據(jù) 穩(wěn)

19、壓 電 源 的 最 大 輸 出 電 流 I0max， 確 定 流 過 電 源 變 壓 器 副 邊 的 電流I2和電源變壓器副邊的功率P2；根據(jù)P2,從表1查出變壓器的效 率“，從而確定電源變壓器原邊的功率Pio然后根據(jù)所確定的參數(shù)， 選擇電源變壓器。確定整流橋的正向平均電流Id、整流橋的最大反向電壓Urm和濾波 電 容 的 電 容 值 和 耐 壓 值 。根 據(jù) 所 確 定 的 參 數(shù) ，選 擇 整 流 橋 和 濾 波 電 容 。 設(shè)計參數(shù)如下： 選擇三端集成穩(wěn)壓器，確定電路形式集成穩(wěn)壓器 選 用L7812cv(1.5A,12V) 及 PJ7912(1.5A,-12V) ， 其輸 出電 壓范圍為

20、：Uo=12V和 -12V。 所 確 定的 穩(wěn) 壓 電 源 電 路 如 圖 2.4 所示 。圖2.4選擇電源變壓器電源變壓器有很多種：有降壓的、有升壓的，在這次的設(shè)計中我 用的是降壓變壓器，它的作用是將來自電網(wǎng)的220V交流電壓ui變P2為整流電路所需要的交流電壓U2。P1,其中：巳是變壓器副邊的功率，P1是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率如表1所示：表1小型變壓器的效率副邊 功率P10VA10 30VA30 80VA80 200VA效 率0.60.70.80.85因此，當(dāng)算出了副邊功率巳后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率U1和U2的取值決定了相關(guān)器件及參數(shù)的選擇，一般情況下，U1應(yīng)比 U0

21、高3V左右(太小影響穩(wěn)壓，太大穩(wěn)壓器功耗大，易受熱損壞)。 故可取U1=12+3=15V ,考慮電網(wǎng)電壓10%的波動，最終取U1=16.7V, 由UL= (1.1-1.2 ) V2,變壓器次有效值U2為u2=U1/1.1=15.2V ,但因本設(shè)計輸 出電壓為12V,故變壓器輸出電壓U2=18V,即變比為0.7，但在實(shí)際過 程中，由于商家沒有，選購了輸出為24V的。選用整流橋和濾波電容 整流橋：整流輸出電壓平值22 2U 2sin( t)d( t) U2 0.9U2=21.6V 0二極管平均電流1 UOU 2Id - Io 0.45=0.327A 22RlRl二極管最大反向壓Urm2U 2=33

22、.94V故整流橋選用2W06W(1A,50V)保護(hù)二極管選IN4001(1A,50V)濾波電容：RlO (3-5)T/2,則 C1=5T/2R l,式中 T 為交流電源周期，T=20ms , Rl 為C1右邊的等效電阻，應(yīng)去最小值，由于Imax=500mA,因此 Rl =U1/Imax=33,所以Ci=C2=1515仙f,可見C1的容量較大，應(yīng)選電解電 容，受規(guī)格限制，電容的耐壓要25V,故濾波電容C取容量為2200uF , 耐壓為25V的電解電容。發(fā)光二極管的保護(hù)電阻選用470模擬電子技術(shù)課程設(shè)計第三章 單元電路設(shè)計1.1 電 源 變 壓 器過整流電路將交流變?yōu)槊}動的直流電壓。由于此脈動的直

23、流壓含 有 較 的 紋 波 ，必 須 通 過 濾 波 電 路 加 以 濾 波 ，從 而 得 到 平 滑 的 直 流 電 壓 。 電 源 變 壓 器 的 作 用 是 將 交 流 220V 的 電 壓 變 為 所 需 的 電 壓 值 ，然 后 通 過 的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載何溫度的變化而變化。因而在整流、 濾 波 電 路 之 后 ，還 需 接 穩(wěn) 壓 電 路 。穩(wěn) 壓 電 路 的 作 用 是 當(dāng) 電 網(wǎng) 電 壓 波 動 、 負(fù)載何溫度變化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。1.2 整 流 電 路利用二極管的單向?qū)щ娦?，將交流電壓（電流）變成單向脈動電壓（電流）的電路，稱為整流電路。交流電分為三相交流電

24、和單相交流電，在小功率電路中一般采用單相半波、全波、橋式整流電路和倍壓整流電路。本節(jié)主要研究單相橋式整流電路，對于倍壓整流電路及全波整流電路，可通過相應(yīng)參考書來了解。為簡化分析，假定二極管是理想器件，即當(dāng)二極管承受正向電壓時，將其作為短路處理；當(dāng)承受反向電壓時，將其作為開路處理。單相橋式整流電路為了保留全波整流電路效率高、脈動系數(shù)小的優(yōu)點(diǎn)而克服其反向電壓高的缺點(diǎn)，若使二極管承受的反向電壓和半波電路一樣，比全波整流電路減少一半，使二極管成本下降，可在此基礎(chǔ)上多用幾只二極管，如圖3.1 所示電路就基本解決了上述問題。TI 9 1圖3.1 單相橋式整流電路1）電路組成及工作原理橋式整流電路由四只二極

25、管組成的一個電橋，電橋的兩組相對節(jié)點(diǎn)分別接變壓器二次繞組和負(fù)載。這種電路有三種畫法，如圖所示。在工作時，D1、D2與D3 D4兩兩輪流導(dǎo)通。在u2正半周，二極管 D1和D2正向?qū)?，而D& D4 反向截止，形成負(fù)載電流i0, i0流通路徑為：aD1-R D2b-a, u0=u2； 在u2的負(fù)半周，二極管D3和D4正向?qū)?，而D1、D2反向截止，形成負(fù)載電 流i0 , i0 流通路徑為：b-DARID>ab, u0= u2。 由此可見，不論 哪兩只二極管導(dǎo)通，負(fù)載電流的方向都始終保持不變。電路各處電壓、電流波 形如圖3.2所示。2）輸出電流電壓U0由橋式整流電路的波形可知，其輸出電

26、壓及流過二極管的電流與全波整流 的波形相同：U0=0.9U23）整流二極管的選擇由橋式整流電路的波形可知，每只二極管截止時所承受的反向電壓為變壓 器副邊電壓峰值，因此，各二極管所承受的最大反向電壓為URM=、. 2 U2雖然是全波整流，由于二極管仍然是只有半個周期導(dǎo)通。此值與半波整流 電路相同，負(fù)載上的電流是這個數(shù)值的 2倍。D=I 0/2圖3.2 單相橋式整流電路的波形圖1.3 濾波電路經(jīng)過整流后，輸出電壓在正負(fù)方向上沒有變化， 但輸出電壓波形仍然保 持正弦波的形狀，起伏很大。為了能夠得到平滑的直流電壓波形，需要有濾波 的措施。在直流電源上多是利用電抗元件對交流信號的電抗性質(zhì)，將電容器或 電

27、感器與負(fù)載電阻恰當(dāng)連接而構(gòu)成濾波電路。電容有通高頻、阻低頻的作用， 將其直接并在整流電路后面，可以讓高頻電流通過電容流回電源，從而減少了 流入負(fù)載的高頻電流，降低了負(fù)載電壓的高頻成分，減小了脈動。下面討論電容濾波電路的工作原理，為討論問題的方便，我們以半波整流電容濾波電路為例進(jìn)行分析，電路如圖 3.3所示。圖3.3單向半波整流電容濾波電路及其波形圖(1)工作原理設(shè)u2波形如圖3.3 (b)所示，未接電容時，輸出電壓如圖 3.3 (b)中的 虛線所示。在u2正半周，設(shè)u2由零上升，二極管D導(dǎo)通，u0=u2,此時電源對 電容充電，由于充電時間常數(shù)很小，電容充電很快，所以電容上升的速度完全 跟得上電

28、源電壓的上升速度，uC=u2當(dāng)u2上升到峰值時，電容充電達(dá)到1.4U2, 二極管D截止，隨后u2下降，電容C向負(fù)載RL放電，放電時間常數(shù)為RLC,其 值較大，所以電容電壓下降的速度比 u2下降到速度慢得多，此時負(fù)載電壓靠電 容C的放電電流來維持，u0=uC當(dāng)電容放電到b點(diǎn)時，uC< u2,二極管D又導(dǎo) 通，電容又被充電。充電至 1.4U2后，又放電。如此重復(fù)進(jìn)行，就得到輸出電 壓的波形如圖3.3 (b)中實(shí)線所示。由圖可見，經(jīng)電容濾波后，負(fù)載電壓變得 平穩(wěn)，且平均值提高了。橋式整流電容濾波電路的原理與半波時相同，其電路 和波形如圖3.4所示。模擬電子技術(shù)課程設(shè)計o圖3.4單相橋式整流電容

29、濾波電路及其波形圖(2)輸出直流電壓在有濾波電容的整流電路中，要對其輸出直流電壓進(jìn)行準(zhǔn)確的計算是很困難的，工程上一般按下列經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行彳&算。當(dāng)電容的容量足夠大，滿足RLO(35) T/2 (T為電網(wǎng)電壓的周期)時，對于半波整流電容濾波：U0 = U2對于全波或橋式整流電容濾波：U0 =1.2 U2(3)濾波電容的選擇為了得到比較好的濾波效果，在實(shí)際工作中常根據(jù)下式選擇濾波電容的容 量。對于半波整流：R LO (3 5) T對于全波或橋式整流：RLC>(3 5) T/2由于電容值比較大，約為幾十至幾千微法，一般選用電解電容，接入電路 時，注意極性不要接反，電容器的耐壓值應(yīng)大于(4

30、)整流二極管的選擇1.4U2模擬電子技術(shù)課程設(shè)計對于半波整流濾波電路：ID=I0 , URM=1.4U2對于全波或橋式整流電容濾波電路：Id=I0/2 ,橋式整流UR=J2 * ,全波 整流 URM=2.8U2由圖3.3、圖3.4可見，加上電容濾波，流過整流管的電流變成脈沖電流， 由于電源接通的瞬間，電容相當(dāng)于短路，有一個很大的沖擊電流流過二極管， 其瞬間值可以是正常工作時的好幾倍，故在選擇整流管最大允許的正向平均電 流時，應(yīng)留有充分的裕量，一般選IF = （23） ID。1.4 穩(wěn)壓電路集成三端穩(wěn)壓器具有體積小，外圍元件少，調(diào)整簡單，使用方便且性能好,穩(wěn)定性高，價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得越來越

31、廣泛的應(yīng)用。常見的有固定式和可調(diào)式兩類集成三端穩(wěn)壓器，內(nèi)部多以串聯(lián)型穩(wěn)壓電源 為主，還有適當(dāng)?shù)倪^流、過熱等保護(hù)電路。一般固定式較便宜，可調(diào)式較貴, 性能也好些，功率相對也較大。故本次設(shè)計采用固定式三端穩(wěn)壓器。主要有7800系列（輸出正電壓）和7900系列（輸出負(fù)電壓）。后兩位數(shù)字 通常表示輸出電壓的大小。圖3.5是外形圖和電路符號。加散熱片后允許功耗達(dá) 到7.5W,普通型穩(wěn)壓器最大輸出電流為 1.5A。(b)17(a卜圖3.5固定式集成三端穩(wěn)壓器外形及電路符號1 .基本應(yīng)用電路圖3.6所示為基本應(yīng)用電路。具體型號應(yīng)根據(jù)輸出電壓大小和極性選擇。VI和VO間的差壓，即|VI VO|= (35) V

32、。圖中C1用于抑制芯片自激，應(yīng)盡量 靠近穩(wěn)壓器管腳；C2用于限制芯片高頻帶寬，減小高頻噪聲。如果對輸出要求高，還應(yīng)接10仙F以上的電解電容作濾波用圖3.6固定式三端穩(wěn)壓器基本應(yīng)用電路2 .擴(kuò)展應(yīng)用電路圖3.7是正負(fù)電壓輸出型穩(wěn)壓電路。圖 3.8 (a)、(b)是輸出電壓擴(kuò)展電路 的兩種類型。圖3.7正負(fù)輸出穩(wěn)壓電路圖3.8輸出電壓擴(kuò)展電路第四章制作與檢測4.1 安裝與檢查對電路進(jìn)行組裝：按照自己設(shè)計的電路，在在通用板上焊接。焊接完畢后, 應(yīng)對照電路圖仔細(xì)檢查，看是否有錯接、漏接、虛焊的現(xiàn)象。對安裝完成的電 路板的參數(shù)及工作狀態(tài)進(jìn)行測量，以便提供調(diào)整電路的依據(jù)。經(jīng)過反復(fù)的調(diào)整 和測量，使電路的性

33、能達(dá)到要求。安裝前應(yīng)檢查元器件的質(zhì)量，安裝是特別要注意電解電容、集成芯片等主要 器件的引腳和極性，不能接錯。從輸入級開始向后級安裝。開始安裝穩(wěn)壓電源，檢查萬能板內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確定其內(nèi)部的電氣連接屬性.1）檢查元器件看是否有損壞，或者不符合規(guī)格的，要及時更換。2）安裝一個元器件，先要用尖嘴鉗將其引腳成型，然后用銀子把引腳放 入孔內(nèi).高度要適中，符合電氣標(biāo)準(zhǔn).完畢后，要用萬用表測量元器 件引腳和電路板之間是否接觸良好，然后再安裝下一個元器件。3）對于導(dǎo)線要用斜口鉗切成適當(dāng)?shù)拈L度，然后成型安裝.安裝時必須采 用絕緣良好的絕緣導(dǎo)線，在畫連線的時候要取好元件與元件的距離 連接的時候線與線之間不能交叉。模擬電

34、子技術(shù)課程設(shè)計4） 應(yīng)避免元器件損壞的發(fā)生，插元器件時候要垂直插拔以免行成不必要的損壞。一最后結(jié)果沒有出來的原因主要有以下情況：1. 操作不當(dāng)（如布線錯誤等）2. 設(shè)計不當(dāng)（如電路出現(xiàn)險象等）3. 元器件使用不當(dāng)或功能不正常4. 儀器（主要指數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱） 和 集 成 元 件 本 身 出 現(xiàn) 故 障 。二檢查故障的方法主要有以下一些：1. 查線法：由于在實(shí)驗(yàn)中大部分故障都是由于布線錯誤引起的，因此，在 故障發(fā)生時，復(fù)查電路連線為排除故障的有效方法。應(yīng)著重注意： 有無漏線、錯線，導(dǎo)線與插孔接觸是否可靠，集成電路是否插牢、 集成電路是否插反等。2. 觀 察 法 ：用萬用表直接測量各集成塊的Vcc

35、端是否加上電源電壓；輸入信 號，時鐘脈沖等是否加到實(shí)驗(yàn)電路上，觀察輸出端有無反應(yīng)。重復(fù) 測 試 觀 察 故 障 現(xiàn) 象 ， 然 后 對 某 一 故 障 狀 態(tài) ， 用 萬 用 表 測 試 各 輸 入 /輸 出端的直流電平，從而判斷出是否是插座板、集成塊引腳連接線等 原因造成的故障。3. 信 號 注 入 法在電路的每一級輸入端加上特定信號，觀察該級輸出響應(yīng)，從而 確定該級是否有故障，必要時可以切斷周圍連線，避免相互影響。4. 信 號 尋 跡 法在電路的輸入端加上特定信號，按照信號流向逐線檢查是否有響 應(yīng)和是否正確，必要時可多次輸入不同信號。5. 替 換 法對于多輸入端器件，如有多余端則可調(diào)換另一

36、輸入端試用。必要可更換器件，以檢查器件功能不正常所引起的故障4.2 焊接技術(shù)結(jié)合 萬能 板的結(jié) 構(gòu)原 理合 理安 排集 成塊和元器件的位置，為了 美觀大方要求各元件盡可能的保持在同一條直線上；合 理 布 局 ，安 裝 前 要 對 整 機(jī) 線 路 進(jìn) 行 合 理 布 局 ，一 般 按 照 電 路 的順序一級一級地布線，連線盡可能短。從整個板來說是否美觀好 看，關(guān)鍵是導(dǎo)線的布置 ，所以布線要注意整齊，集成塊相鄰管 腳之 間盡量不布線。這 樣 便于調(diào)整與測試工作的順利進(jìn)行。注 意：安裝前應(yīng)檢查元器件 的質(zhì)量，安裝是特別要 注 意 電解電容 、集成芯片等主要器件的引腳和極性，不能插錯。從輸入級開始向后

37、級 安裝。4.3 穩(wěn)壓電源各項(xiàng)性能指標(biāo)的測試一、電路的調(diào)試與檢測1) 靜 態(tài) 調(diào) 試當(dāng) 連 好 電 路 板 的 線 路 時 ，先 不 要 急 著 通 電 ，而 因 該 從 以 下 幾 個 方 面 進(jìn)行檢測：A、 對 照 原 理 圖 ， 用 萬 用 表 一 一 檢 查 線 路 的 各 個 接 口 是 否 接 通 ， 是否有短路、斷路或漏接的現(xiàn)象，如果有，因該及時改好 電路連線。B、 對 照原理圖， 檢 查各元件是否接正確。2) 動態(tài)調(diào)試接通220V 的電源，用 數(shù) 字萬用表對所設(shè)計的電路 實(shí) 物 進(jìn)行 測 試 ，得 到正電源 輸 出電 壓為+12.14V，負(fù)電源輸出電壓為-12.08V3) 技術(shù)

38、指標(biāo)測 量 及 誤 差 分 析模擬電子技術(shù)課程設(shè)計二、技術(shù)指標(biāo)測量、測量穩(wěn)壓系數(shù)，先調(diào)節(jié)自藕變壓器使輸入的電壓增加10%,即 Vi=242V,測量此時對應(yīng)的輸出電壓Vol;再調(diào)節(jié)自藕變壓器使輸入減 少10%,即Vi=198, 測量此時對應(yīng)的輸出電壓Vo2,然后測量出 Vi=220V時對應(yīng)的輸出電壓Vo,則穩(wěn)壓系數(shù)Sv=Vo/Vo220Voi Vo 2Vi/Vi 242 198Vo.輸出電壓與最大輸出電流的測試測試電路如圖4.1圖4.1 穩(wěn)壓電源性能指標(biāo)的測試電路測試過程是：先調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓增加 10%,即V=242V, 測量此時對應(yīng)的輸出電壓 Vo1；再調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓減少

39、10%,即 V=198V,測量此時對應(yīng)的輸出電壓 V02,然后再測出V=220V時對應(yīng)的輸出 電壓”,則穩(wěn)壓系數(shù)S= (V/Vo) / (AV/Vi)=220/(242-198) (VO1-V02) /Vo根據(jù)上述測量方法，可對正負(fù)雙電源進(jìn)行測試，測試數(shù)據(jù)如下：當(dāng)V=198V時，測得數(shù)據(jù)為：Vo1=11.97 V, V01-=-11.96V當(dāng)V=242V時，測得數(shù)據(jù)為：Vd2+=12.10V, Vo2-=-12.06V當(dāng)V=220V時，測得數(shù)據(jù)為：V o+=12.14V, Vo-=-12.08V由以上所測數(shù)據(jù)，可得穩(wěn)壓系數(shù)為：Sr + = (AVO/+Vo+) / (AV/Vi)=220/(242-198) (VO1+-V02+) /Vo+%-0.05354Sr- = (VO-/V0-) / (AV/Vi) = 0.04139(3)輸出電阻的測量按圖4.1所示連接電路，保持穩(wěn)壓電源的輸入電壓Ui 220V,在不 接負(fù)載R時測出開路電壓Uoi =12.14V ,此時I。1=0,然后接上負(fù)載Rl, 測出輸出電壓U02=12.16V 和輸出電流I o2=0.49A ,則輸出電阻為：R0U 0I U 02I 01|02=0.0408(4) .紋波電壓的測試用示波器觀察U0的峰峰值，(此時Y通道輸入信號采用交流耦合 AC),測量A Uop- p的值(約4mS 。4.4誤差分析1)、誤