直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)

1、模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目名稱：直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號：班級：指導(dǎo)教師：成績：實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)目錄1課程設(shè)計(jì)任務(wù)和要求22方案設(shè)計(jì)23單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算44總原理圖及元器件清單95安裝與調(diào)試116性能測試與分析127結(jié)論與心得148參考文獻(xiàn)14文案大全課程設(shè)計(jì)題目:直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：1用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設(shè)計(jì)固定的正負(fù)直流電源12V.2輸出可調(diào)直流電壓,范圍：1.5S15V;3輸出電流：IOm1500mA要有電流擴(kuò)展功能4穩(wěn)壓系數(shù)SrW0.05;具有過流保護(hù)功能.方案設(shè)計(jì):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

2、將電網(wǎng)電壓降1所示,其整流與穩(wěn)壓穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四局部組成,如下列圖過程的電壓輸出波形如圖2所示.圖1穩(wěn)壓電源的組成框圖圖二整流與穩(wěn)壓過程波形圖實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)低獲得所需要交流電壓.降壓后的交流電壓,通過整流電路變成單向直流電,但其幅度變化大即脈動大.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,保存其直流成份.濾波后的直流電壓,再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓,便可得到根本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出,供應(yīng)負(fù)載RL.文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)方案一、單相半波整流電路半波單相整流電路簡單,電路及其電壓輸出波形分別如圖3、圖4所示,使用元件少,它只對交流電的一半波

3、形整流,其輸出波形只利用了交流電的一半波形那么整流效率不高,且輸出波形脈動大,其值為：S=1.57,直流成分小,=0.45,變壓器利用率低.圖 3 單相半波整流電路圖4單相半波整流電路電壓輸出波形圖方案二、單相全波整流電路使用的整流器件是半波電路的兩倍,整流電壓脈動較小,是半波的一半,無濾波電路時(shí)的輸出電壓=0.9,變壓器的利用率比半波電路的高,整流器件所承受的反向電壓要求較高.方案三、單相橋式整流電路單相橋式整流電路使用的整流器件較多,但其實(shí)現(xiàn)了全波整流電路,它將的負(fù)半周也利用起來,所以在變壓器副邊電壓有效值相同的情況下,輸出電壓的平均值是半波整流電路的兩倍,且如果負(fù)載也相同的情況下,輸出電

4、流的平均值也是半波整流電路的兩倍,且其與半波整流電路相比,在相同的變壓器副邊電壓下,對二極管的參數(shù)要求一樣,還具有輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動小等優(yōu)點(diǎn).所以綜合三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)決定用方案三.文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算整流電路采用單相橋式整流電路,電路如圖5所示,圖5單相橋式整流電路當(dāng)0時(shí),電流由+流出,經(jīng)、流入-,即、導(dǎo)通,、截止；當(dāng)0時(shí),電流由-流出,經(jīng)、流入+,即、導(dǎo)通,、截止.電路的輸出波形如圖6所示.圖6單相橋式整流電路輸出波形在橋式整流電路中,每個(gè)二極管都只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)電,所以流過每個(gè)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白最

5、大反向電壓為2(是變壓器副邊電+ +wwVD7K7KVB文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)在設(shè)計(jì)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(diǎn),將電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián),以到達(dá)使輸出波形根本平滑的目的.選擇電容濾波電路后,直流輸出電壓：=(1.11.2),直流輸出電流：=(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.士12V直流穩(wěn)壓電源電路總體原理電路圖如圖7所示,可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源電路總體原理電路圖如圖8所示,電流擴(kuò)展直流穩(wěn)壓電源電路總體原理電路圖如圖9所示：D31N4D0D31N4D07 704041N4O01N4O07 7文案大全圖 8 可調(diào)式直流穩(wěn)

6、壓電5 51H40D71H40D7LM7012CTLM7012CT1N4CXJ71N4CXJ7圖712V直流穩(wěn)壓電源10103.3mF3.3mF3.3mF3.3mFIN4O0?IN4O0?U2LM317U2LM317H H彳10uF10uF實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)圖9電流可拓展直流穩(wěn)壓電源電路1.選集成穩(wěn)壓器,確定電路形式(1)、在土12V直流穩(wěn)壓電源電路實(shí)驗(yàn)中的穩(wěn)壓電路,采用固定式三端穩(wěn)壓器,主要使用了集成塊78系列及79系列.78XX系列輸出為正電壓,輸出電流可達(dá)1A,如7812的輸出電流為5mA1A它的輸出電壓為12V.和78XX系列對應(yīng)的有79XX系列,它輸出為負(fù)電壓,如7912表示輸出電壓為-12V

7、和輸出電流為5mA1A故稱之為三端式穩(wěn)壓器.典型應(yīng)用電路圖如圖10所示.圖10應(yīng)用電路圖(2)、在可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源電路中要求輸出電壓可調(diào),所以選可調(diào)式三端穩(wěn)壓器LM317,其特性參數(shù)=+1.2V+37V,=1.5A,最小輸入、輸出壓差()3V,最大輸入、輸出壓差()=40V,能滿足設(shè)計(jì)要求,應(yīng)選用LM317組成的穩(wěn)壓電路.穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流、過熱保護(hù)電路,具有平安可靠,性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點(diǎn).其電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構(gòu)成的可調(diào)電壓穩(wěn)壓電源.電路系列的引腳功能相同,典型電路如圖12所示.與組成電壓輸出調(diào)節(jié)電路,輸出電壓(1+式中1.25是集成穩(wěn)壓塊輸出端與調(diào)整端

8、之間的固有參考電壓VREF此電壓加于給定電阻兩端,將產(chǎn)生一個(gè)恒定電流通過輸出電壓調(diào)節(jié)電位器,電阻常取值120240,取=240,那么=48Q,kQ,故取為5k的精密線繞可調(diào)電位器,與其并聯(lián)的電容器C可進(jìn)一步減小輸出電壓的紋波.圖中參加了二極管D,用于預(yù)防輸出端短路時(shí)10F大電容放電倒灌入三端穩(wěn)壓器而被損壞.文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)1尸3 3* *C4C4II皿斗lOuFlOuF一!fl13 3, ,1N4O0/U2LM7B121N4O0/U2LM7B12CTCT匚TIF 7E為.OLTJUQITIP41CQITIP41CD6D61 1N4OO7N4OO7U1U1/d/d、120120VrmsVrmsj

9、j) )G G.HzHzITS1 1N40O7N40O7圖 12、 在電流擴(kuò)展中用大功率三極管TIP41C和LM7812穩(wěn)壓器,TIP41C三極管為NPNf,主要參數(shù)為： 最大工作電壓100V,最大工作電流6A,最大耗散功率65W設(shè)三端穩(wěn)壓器的最大輸出電流為,那么晶體管的最大基極電流=-,因而負(fù)載電流的最大值為=(1+3)(-),故其負(fù)載采用大功率的電阻,取=3.9Q,為10W的電阻.圖中二極管用于消除對輸出電壓的影響.2.選擇電源變壓器電源變壓器的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓,通常根據(jù)變壓器副邊輸出的功率來選用變壓器.變壓器副邊與原邊的功率比為：一二刀,式

10、中,刀為變壓器的效率.一般小型變壓器的效率如表1所示.功率101030308080200功率不0.60.70.80.85由LM317輸入電壓與輸出電壓最小壓差：()=3V,最大壓差為：()40V,可得到LM317的輸入電壓范圍為：+WW+15V+3V=V,取=17V,副邊電流1.5A,取=1A,通過電流擴(kuò)展可到達(dá)1.5A,那么變壓器副邊輸出功率=25.5Wo由表1可得到變壓器的效率刀=0.7,那么原邊輸入功率=36.43Wo為留有余地,選功率為50W勺電源變壓器.3.選整流二極管及濾波電容文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)、在土12V直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)中整流二極管D選1N4007即可,其極限參數(shù)為1000V,

11、=1A,滿足一.濾波電容容量較大,一般采用電解電容器,選用3300科F/50V即可.電容濾波電路利用電容的充放電作用,使輸出電壓趨于平滑.(2)、在可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源電路及電流擴(kuò)展直流穩(wěn)壓電源電路中整流二極管D選1N4007,其極限參數(shù)為1000V,=1A.滿足)一,=的條件.濾波電容C可由紋波電壓和穩(wěn)壓系數(shù)來確定,濾波電路的電路圖如圖14(a)所示,其輸出電壓波形如圖14(b)、(c)所示,將脈動的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?,=15V,=18V,取=9mV,=0.0051000V,1A電解電容二極管1N414875V,25nA三端穩(wěn)壓器LM7912-12V三極管TIP41C100V,6A,

12、65W三端穩(wěn)壓器LM7812+12VLED1、LED2發(fā)光二極管三端穩(wěn)壓器LM3171.2537V、電解電容、電阻1KQ、電解電容大功率水泥電阻10VV3.9Q、電解電容電阻120Q五、安裝與調(diào)試因以上各電路非常相似,很接近,只是在小范圍有點(diǎn)差異,所以在安裝和調(diào)試時(shí)是類似的,安裝調(diào)試如下：1 .首先在變壓器的原邊接入保險(xiǎn)絲FU,以防電路短路損壞變壓器或其他元器件,其額定電流要略大于,選FU的熔斷電流為1A,各元器件按理論電路圖正確焊接,注意布局緊密,不出現(xiàn)虛焊或漏焊.2 .先選好適當(dāng)大小的電路板,再合理布局.3 .安裝時(shí)先安裝較小的元器件,先安裝集成穩(wěn)壓電路,再安裝整流電路,最后安裝濾波電路,

13、有三極管時(shí)因三極管對溫度很敏感,所以要最后安裝,但在安裝的過程中要特別注意電容、二極管和三極管TIP41C的極性,并且要注意LM7812、LM7912和LM317管腳的接法.注意安裝要一級測試一級,檢查電路安裝無誤后,再連接安裝變壓器.文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)4.接通電源后,靜置一會待電路穩(wěn)定后沒出現(xiàn)任何故障 如芯片被燒等 再進(jìn)行測量,假設(shè)出現(xiàn)類似狀況應(yīng)立即斷開直流電源,檢查問題所在并及時(shí)排除故障再進(jìn)行測量.用萬用表分別測量變壓器原、副邊線圈的輸出電壓,濾波后的輸出電壓,7812,7912的輸入和輸出電壓.對于穩(wěn)壓電路那么主要測試集成穩(wěn)壓器是否能正常工作.其輸入端加直流電壓W18V,調(diào)節(jié)RP1,輸出電

14、壓隨之變化,說明穩(wěn)壓電路正常工作.整流濾波電路主要是檢查整流二極管是否接反,安裝前用萬用表測量其正、反向電阻.接入電源變壓器,整流輸出電壓應(yīng)為正.斷開交流電源,將整流濾波電路與穩(wěn)壓電路相連接,再接通電源,輸出電壓為規(guī)定值,說明各級電路均正常工作,可以進(jìn)行各項(xiàng)性能指標(biāo)的測試.六、性能測試與分析1.1.12V12V 直流穩(wěn)壓電源的性能測試:依次用萬用表的250V的交流檔測量變壓器的原邊電壓,25V的交流檔測量變壓器的副邊電壓,25V直流檔測量濾波后的輸出電壓、穩(wěn)壓器的輸入電壓和電路的最后輸出電壓,并記錄測試結(jié)果如下表：變壓器原邊電壓變壓器副邊電壓濾波后的輸出電穩(wěn)壓器的輸入電壓輸出電壓22220V0

15、V50HZ50HZt.t.J J2 2%】uiF+15V+15VT5VT5V+18.+18.IVIV-18.-18.IVIV-18.-18.IVIV-IS.IV-IS.IV+12.05V+12.05V -11.95V-11.95V相對誤差計(jì)算：其中變壓器的副邊電壓的理論值為15V,濾波后的輸出電壓的理論值為=1.2=1.2*15V=18V,?=1.2?=1.2*(-15)V=-18V,輸出電壓的理論值為=+12V,=-12V,那么有：變壓器副邊電壓的相對誤差:=(15-15)15*100%=0%=(15-15)15*100%=0%;濾波后的輸出電壓的相對誤差：=|18-18.1|18.1*10

16、0%=0.55%=(-18+18.1)18.1*100%=0.55%輸出電壓的相對誤差：=|12-12.05|12.05*100%=0.41%=|-12+11.95|11.95*100%=0.42%文案大全2 2 . .可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源的性能測試按圖18電路的連接方法進(jìn)行穩(wěn)壓電源性能指標(biāo)測試,輸出端接負(fù)載電阻,連接好測試電路圖檢查無誤后通電,輸入端接220V的交流電壓,先將萬用表打到25V電壓的直流檔,然后接上萬用表對輸出電壓進(jìn)行測量,由小到大慢慢地調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電路中的5K電位器,觀察萬用表的讀數(shù),并記錄測試的結(jié)果為輸出電壓可調(diào)范圍為：1.5V15V,記錄完數(shù)據(jù)后迅速調(diào)節(jié)電位器使輸出端電壓減小,

17、再斷電.自耦變壓器被測理論輸出最小電壓為1.5V,輸出最大電壓為15V.那么相對誤差計(jì)算：=(1.5-1.5)1.5*100%=0%=(15-15)15*100%=0%3 3 . .電流擴(kuò)展直流穩(wěn)壓電源的性能測試先將萬用表打到5A直流檔,再接通電源,直接將用萬用表串聯(lián)到電路中大功率的電阻的輸出端,然后讀數(shù)并記錄數(shù)據(jù)后斷電,輸出電流為=1.6A,理論輸出電流為=(1+3)(-)1.5A,也可按圖18電路連接方法測量輸出電流.測試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合要求1.5A,所以不存在誤差.4 4 . .穩(wěn)壓系數(shù)的測試在本實(shí)驗(yàn)中由于沒有自藕變壓器,不能調(diào)節(jié)輸入交流電的電壓,從而無法測試穩(wěn)壓系數(shù)但穩(wěn)壓系數(shù)的測試方法為

18、：用圖18測試,先調(diào)節(jié)自藕變壓器使輸入電壓增加10%即=242V,測量此時(shí)對應(yīng)的輸出電壓；再調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓減少 10%即=198V,測量這時(shí)的輸出電壓,=220V 時(shí)對應(yīng)的輸出電壓,那么穩(wěn)壓系數(shù)為：實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)5V5V電標(biāo)表L L15 5 . .產(chǎn)生誤差的原因:文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)綜上數(shù)據(jù)計(jì)算與處理和誤差計(jì)算分析,本實(shí)驗(yàn)在誤差允許的范圍內(nèi),符合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求,存在誤差的簽字欄主要原因有：(1).實(shí)驗(yàn)測量儀器萬用表本身存在缺陷,不精確,可采用更高精確度的儀器去測量；(2).實(shí)驗(yàn)器材受環(huán)境溫度的影響.如二極管和三極管對溫度比擬敏感,易受溫度的影響,使得測量數(shù)據(jù)有所偏差；(3) .焊接不緊或者虛焊會使得輸出數(shù)據(jù)不穩(wěn)定或者說萬用表的指針不易穩(wěn)定,偏轉(zhuǎn)不明