模電課程設(shè)計(jì)(直流穩(wěn)壓電源)

1、 題目名稱(chēng)：直流穩(wěn)壓電源 姓 名： 吳金光 班 級(jí)： 電氣132 學(xué) 號(hào)： 201333495207 日 期： 2015-7-9 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 適用專(zhuān)業(yè)：電子信息工程專(zhuān)業(yè) 設(shè)計(jì)周期：一周一、設(shè)計(jì)題目：直流穩(wěn)壓電源二、 設(shè)計(jì)目的及要求 1.1 設(shè)計(jì)目的 1、通過(guò)集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，安裝和調(diào)試，學(xué)會(huì)選擇變壓器、整流二極管、濾波電路、集成穩(wěn)壓器及相關(guān)元器件設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源；2 、仿真并焊接直流穩(wěn)壓電源。3、掌握直流穩(wěn)壓電路的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法。 1.2 設(shè)計(jì)要求 1、要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)直流穩(wěn)壓電源，可將220V/50HZ交 流電源輸出±12V(±5V)直

2、流電壓； 2、仿真直流穩(wěn)壓電源； 3、電網(wǎng)供給的交流電壓U1為220V，50HZ。 變壓器輸出電壓U2為18V20V，50HZ。 4、穩(wěn)壓電源輸出直流電壓可調(diào)，且輸出電流可擴(kuò)展。5、安裝調(diào)試后焊接并書(shū)寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)。6、答辯驗(yàn)收。三、 設(shè)計(jì)原理及方案比較 四、設(shè)計(jì)報(bào)告總結(jié)（要求自己獨(dú)立完成，不允許抄襲）。1、 對(duì)所測(cè)結(jié)果（如：變壓器的輸出，濾波輸出，穩(wěn)壓輸出進(jìn)行測(cè)量）進(jìn)行全面分析，總結(jié)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓的條件條件。 2、 分析討論測(cè)試中出現(xiàn)的故障及其排除方法。 3、 體會(huì)與收獲。一、 方案論證與比較1.1方案提出方案一：三端穩(wěn)壓電源方案二：線性穩(wěn)壓穩(wěn)流電源方案三：半橋式直流穩(wěn)壓電源1.2設(shè)計(jì)方案的

3、論證和選擇方案一中三端穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端，組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件少。器件體積小，性能高，操作簡(jiǎn)單，電路簡(jiǎn)單，使用方便。內(nèi)部電路具有過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)功能，這使它的性能很穩(wěn)定，并且能防止過(guò)載，能夠?qū)崿F(xiàn)1A以上的輸出電流。器件具有良好的溫度系數(shù)，因此產(chǎn)品的應(yīng)用范圍很廣泛。三端穩(wěn)壓芯片的內(nèi)部含有限流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)電路，采用了噪聲低、溫度漂移小的基準(zhǔn)電壓源，工作穩(wěn)定可靠。解決了與單點(diǎn)調(diào)節(jié)相關(guān)的分散問(wèn)題，而且成本低廉。方案二中線性穩(wěn)壓電源是比較早使用的一類(lèi)直流穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓直流電源的特點(diǎn)是：輸出電壓比輸入電壓低；反應(yīng)速度快，輸出紋波較小；工作產(chǎn)生的噪聲低；效率

4、較低（現(xiàn)在經(jīng)?？吹腖DO就是為了解決效率問(wèn)題而出現(xiàn)的）；發(fā)熱量大（尤其是大功率電源），間接地給系統(tǒng)增加熱噪聲。方案三中半橋式直流穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn)是體積小，重量輕，穩(wěn)定可靠，缺點(diǎn)是相對(duì)于線性電源來(lái)說(shuō)波紋較大。二、 系統(tǒng)的功能及設(shè)計(jì)框圖2.1 系統(tǒng)的全部功能、要求及技術(shù)指標(biāo)交流電經(jīng)整流濾波電路轉(zhuǎn)換為直流電，再經(jīng)濾波電路濾去整流輸出電壓中的紋波，最終輸出平穩(wěn)的直流電。且輸出直流電壓可調(diào)，輸出電流可擴(kuò)展，輸出紋波電壓與穩(wěn)壓系數(shù)均小于一定值。1、電網(wǎng)供給的交流電壓U1為220V，50HZ； 2、變壓器輸出電壓U2為18V20V，50HZ； 3、穩(wěn)壓電源輸出直流電壓可調(diào)，最大負(fù)載電流100mA左右；4、輸出

5、紋波電壓小于5mv，穩(wěn)壓系數(shù)<=0.01；5、驅(qū)動(dòng)負(fù)載可調(diào)（如：120<RL<240）；6、適當(dāng)考慮如何采取短路保護(hù)功能。 穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括允許輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來(lái)衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)（或電壓調(diào)整率）、輸出電阻（或電流調(diào)整率）、紋波電壓（紋波系數(shù)）及溫度系數(shù)。2.2確定設(shè)計(jì)框圖（系統(tǒng)包含的單元電路及結(jié)構(gòu)）和總體設(shè)計(jì)方案穩(wěn)壓模塊濾波模塊整流模塊三端穩(wěn)壓電源圖 1三端穩(wěn)壓電源系統(tǒng)框圖總設(shè)計(jì)方案：220V的電壓經(jīng)變壓器變壓后變成電壓值較小的交流，再經(jīng)橋式整流電路和濾波電路形成直流

6、，穩(wěn)壓部分采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。比例運(yùn)算電路的輸入電壓為穩(wěn)定電壓，且比例系數(shù)可調(diào)，集成運(yùn)放輸出端加晶體管，并保持射極輸出形式，就構(gòu)成了具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。2.3單元電路的分析與設(shè)計(jì)：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、整流電路：利用單向?qū)щ娫?0Hz的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電，單相橋式整流電路如圖2。由圖可見(jiàn)，U2正半周時(shí)D1、D4導(dǎo)通，D3、D2截止，在負(fù)載電阻RL上形成上正下負(fù)的脈動(dòng)電壓；而在U2負(fù)半周時(shí)，D2、D3導(dǎo)通，D1、D4截止，在RL上仍形成上正下負(fù)的脈動(dòng)電壓。如

7、果忽略二極管內(nèi)阻，有UoU2。橋式整流電路波形如圖3（b）所示。正負(fù)半周均有電流流過(guò)負(fù)載，而且電路方向是一致的，因而輸出電壓的直流成分提高，脈動(dòng)成分降低。單相橋式整流電路主要參數(shù)：輸出直流電壓O(AV)U,脈動(dòng)系數(shù)S，二極管正向平均電流ID(AV),二極管最大反向峰值電壓URM。橋式整流電路解決了單相整流電路存在的缺點(diǎn)，用一次級(jí)線圈的變壓器，達(dá)到了全波整流的目的。圖2單相橋式整流電路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。設(shè)u2波形如圖3（b）所示，未接電容時(shí)，輸出電壓如圖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

8、=u2，此時(shí)電源對(duì)電容充電，由于充電時(shí)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源電壓的上升速度，uC=u2。當(dāng)u2上升到峰值時(shí)，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(shí)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(shí)負(fù)載電壓靠電容C的放電電流來(lái)維持，u0=uC。當(dāng)電容放電到b點(diǎn)時(shí)，uCu2，二極管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（b）中實(shí)線所示。圖3單向橋式整流電容濾波電路及其波形圖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(jiǎn)單，使用方便

9、且性能好， 穩(wěn)定性高，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。常見(jiàn)的有固定式和可調(diào)式兩類(lèi)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^(guò)流、過(guò)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(duì)也較大。故本次設(shè)計(jì)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4是外形圖和電路符號(hào)。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。圖4固定式集成三端穩(wěn)壓器外形及電路符號(hào)三、 系統(tǒng)調(diào)試分析3.1軟件仿真原理圖圖5直流穩(wěn)壓電源原理圖3.2模擬仿真過(guò)程圖6變壓后輸出電壓圖7整流后輸出電壓圖

10、8穩(wěn)壓輸出電壓及波形在完成了三端穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)之后，將上述器材在電路板上焊接，焊接工作完成之后，用電流表和示波器對(duì)器件進(jìn)行測(cè)量和調(diào)試。圖9焊接完成圖3.3各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試主要測(cè)試空載、負(fù)載起震、負(fù)載穩(wěn)伏和達(dá)到最大負(fù)載時(shí)的電壓電流。測(cè)試結(jié)果如下表:空載負(fù)載起振負(fù)載穩(wěn)幅最大負(fù)載輸出電流0.0000A0.3854A0.5339A0.610A輸出電壓5.05V 4.98V4.46V2.05V表1空載、負(fù)載起震、負(fù)載穩(wěn)伏和達(dá)到最大負(fù)載時(shí)的電壓電流值圖10空載時(shí)電壓電流圖3.2負(fù)載起振時(shí)電壓電流圖3.3 負(fù)載穩(wěn)幅時(shí)電壓電流圖3.4最大負(fù)載時(shí)電壓電流四、結(jié)語(yǔ) 在這次模電課程設(shè)計(jì)中，我還是學(xué)到了不少知識(shí)，還接

11、觸了一款強(qiáng)大的軟件Multisim，它的仿真功能可以讓你還沒(méi)有做出實(shí)物前檢驗(yàn)電路的正確性，大大減少了電路設(shè)計(jì)的出錯(cuò)率，在仿真過(guò)程中遇到過(guò)幾次仿真錯(cuò)誤，經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)是橋式整流處的輸出接錯(cuò)了，改過(guò)后仿真正常了。通過(guò)這次實(shí)踐，我加深了對(duì)課本知識(shí)的理解，掌握了直流穩(wěn)壓電源的要點(diǎn)。也熟悉了焊接過(guò)程，也的到了一些解決問(wèn)題的方法和經(jīng)驗(yàn)，也發(fā)現(xiàn)了自己不足的地方，理論與實(shí)踐轉(zhuǎn)換仍有待提高充分認(rèn)識(shí)到了實(shí)踐的重要性，只有理論與實(shí)踐更好的結(jié)合，才能對(duì)知識(shí)更深層次的理解。五、參考文獻(xiàn)1.鄭步生. Multisim2001電路設(shè)計(jì)及仿真入門(mén)與應(yīng)用.電子工業(yè)出版社.2002 2.康光華主編電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分.第六版北京，高等教育出版社，20133.高吉祥主編電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)北京，電子工業(yè)出版社，20024.陳大欽主編電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)電子電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)仿真北京：高等教育出版社，2000 附錄1： 表 1 元器件清單參數(shù)代號(hào)數(shù)量參數(shù)代號(hào)數(shù)量100uFC3,C72發(fā)光二極管LED11470uFC1,C52穩(wěn)壓二極管D510.1uFC14三端穩(wěn)壓塊U1,U22散熱片13ND11電路板1接線柱J1,J22電位器RP11螺絲M31圖1 LM7812/791