畢業(yè)設(shè)計(jì)-直流穩(wěn)壓電源畢業(yè)論文

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)電子工程系 電氣自動(dòng)化技術(shù) 專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 職稱(chēng) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯成績(jī)?cè)u(píng)定書(shū)系部 電子工程系 專(zhuān)業(yè) 電氣自動(dòng)化技術(shù) 設(shè)計(jì)（論文）題目直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)成績(jī)總評(píng)_學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)老師 職稱(chēng) 評(píng)閱老師 職稱(chēng) 答辯委員會(huì)主任（簽字） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 系 專(zhuān)業(yè)學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間 年 月 日至 年 月 日三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）地點(diǎn)： 四、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容要求：1、輸出電壓在024V之間可任意可調(diào)，輸出電流最大3A2、輸出電壓設(shè)定值穩(wěn)定度為 圖3

2、.7 輸出波形圖1%3、輸出電壓中文波小于10mV指導(dǎo)老師 年 月 日 批 準(zhǔn)_ _ _ 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師意見(jiàn)書(shū)姓 名 學(xué)號(hào) 專(zhuān)業(yè)電氣自動(dòng)化技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：指導(dǎo)教師 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱教師意見(jiàn)書(shū)姓 名 學(xué)號(hào) 專(zhuān)業(yè)電氣自動(dòng)化技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)：評(píng)閱教師 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄姓名 學(xué)號(hào) 專(zhuān)業(yè)電氣自動(dòng)化技術(shù)答辯時(shí)間答辯地點(diǎn)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)答辯組成員本人陳述答辯過(guò)程要點(diǎn)答辯組提問(wèn)回答問(wèn)題情況結(jié)論答辯委員會(huì)主任簽字：年月日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)：答辯委員會(huì)

3、成員簽字姓名職稱(chēng)工作單位簽字摘 要直流穩(wěn)壓電源由于具有效率高、體積小、重量輕的特點(diǎn)，近年來(lái)獲得了飛速發(fā)展。直流穩(wěn)壓電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使直流穩(wěn)壓電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。本文主要以半橋變換電路為開(kāi)關(guān)電源的主電路，設(shè)計(jì)一臺(tái)品質(zhì)優(yōu)良的直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中所使用的大功率開(kāi)關(guān)器件價(jià)格較貴,其控制電路亦比較復(fù)雜,另外,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的負(fù)載一般都是用大量的集成化程度很高的器件安裝的電子系統(tǒng)。晶體管和集成器件耐受電、熱沖擊的能力較差。因而開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的保護(hù)應(yīng)該兼顧穩(wěn)壓器本身和負(fù)載的安全。保護(hù)電路的種類(lèi)很多

4、,這里介紹極性保護(hù)、程序保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)以及過(guò)熱保護(hù)等電路。通常選用幾種保護(hù)方式加以組合,構(gòu)成完善的保護(hù)系統(tǒng)。直流高壓穩(wěn)壓電源的長(zhǎng)期穩(wěn)定性主要受溫度的影響，文中分析了直流高壓穩(wěn)壓電源的構(gòu)成原理，建立了溫度穩(wěn)定性的數(shù)學(xué)模型，給出了精確和可行的定量計(jì)算方法，并應(yīng)用到具體的實(shí)例中加以驗(yàn)證，說(shuō)明了該模型的應(yīng)用價(jià)值，對(duì)直流高壓穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)具有理論指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞：穩(wěn)壓器 半橋變換電路 數(shù)學(xué)模型 應(yīng)用價(jià)值目錄第一章直流穩(wěn)壓器原理3第二章直流穩(wěn)壓電源簡(jiǎn)介6§2.1 直流穩(wěn)壓電源的構(gòu)成6§2.2 直流穩(wěn)壓電源的分類(lèi)6§2.3 直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)7第三

5、章直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)8§3.1設(shè)計(jì)目的及要求8§3.2設(shè)計(jì)步驟及思路9§3.2.1直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)思路10§3.2.2直流穩(wěn)壓電源原理8§3.2.3總體電路圖8§3.3單元電路設(shè)計(jì)與原理說(shuō)明93.3.1電源變壓器103.3.2整流電路123.3.3濾波電路133.3.4穩(wěn)壓電路133.3.5元器件選擇和電路參數(shù)計(jì)算說(shuō)明15§3.4 電路板的設(shè)計(jì)16第四章 電路仿真18§4.1 測(cè)試要求18§4.2 測(cè)試結(jié)果和計(jì)算結(jié)果分析18§4.3 電路的誤差分析與改進(jìn)19心得體會(huì)19第一章 直流穩(wěn)壓器原理直流

6、開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的輸入一般都是未穩(wěn)壓直流電源。由于操作失誤或者意外情況會(huì)將其極性接錯(cuò),將損壞開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。極性保護(hù)的目的,就是使開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器僅當(dāng)以正確的極性接上未穩(wěn)壓直流電源時(shí)才能工作。利用單向?qū)ǖ钠骷梢詫?shí)現(xiàn)電源的極性保護(hù)。最簡(jiǎn)單的極性保護(hù)電路如圖1所示。由于二極管D要流過(guò)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的輸入總電流,因這種電路應(yīng)用在小功率的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器上比較合適。在較大功率的場(chǎng)合,則把極性保護(hù)電路作為程序保護(hù)中的一個(gè)環(huán)節(jié),可以省去極性保護(hù)所需的大功率二極管,功耗也將減小。為了操作方便,便于識(shí)別極性正確與否。 一、極性保護(hù)直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的輸入一般都是未穩(wěn)壓直流電源。由于操作失誤或者意外情況會(huì)將其極性接錯(cuò),將損壞開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電

7、源。極性保護(hù)的目的,就是使開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器僅當(dāng)以正確的極性接上未穩(wěn)壓直流電源時(shí)才能工作。利用單向?qū)ǖ钠骷梢詫?shí)現(xiàn)電源的極性保護(hù)。簡(jiǎn)單的極性保護(hù)電路如圖1所示。由于二極管D要流過(guò)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的輸入總電流,因此這種電路應(yīng)用在小功率的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器上比較合適。在較大功率的場(chǎng)合,則把極性保護(hù)電路作為程序保護(hù)中的一個(gè)環(huán)節(jié),可以省去極性保護(hù)所需的大功率二極管,功耗也將減小。為了操作方便,便于識(shí)別極性正確與否,在圖1中的二極管之后,接指示燈。二、程序保護(hù)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的電路比較復(fù)雜,基本上可以分為小功率的控制部分和大功的開(kāi)關(guān)部分。開(kāi)關(guān)晶體管則屬大功率，為保護(hù)開(kāi)關(guān)晶體管在開(kāi)啟或關(guān)斷電源時(shí)的安全,必須先讓調(diào)制器、放大器等小

8、功率的控制電路工作。為此,要保證正確的開(kāi)機(jī)程序。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的輸入端一般接有小電感、大電容的輸入濾波器在開(kāi)機(jī)瞬間,濾波電容器會(huì)流過(guò)。很大的浪涌電流,這個(gè)浪涌電流可以為正常輸入電流的數(shù)倍。這樣大的浪涌電流會(huì)使普通電源開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)或繼電器的觸點(diǎn)熔化,并使輸入保險(xiǎn)絲熔斷。另外,浪涌電流也會(huì)損害電容器,使之壽命縮短,近年來(lái)，隨著微機(jī)、中小型計(jì)算機(jī)的普及和航空航天數(shù)據(jù)通信，交通郵電等事業(yè)的訊速發(fā)展，以及為了各種自動(dòng)化儀器、儀表和設(shè)備配套的需要，當(dāng)代對(duì)電源的需要不僅日益增大，而且對(duì)電源的性能、效率、重量、尺寸和可靠性以及諸如程序控制、電源通/斷、遠(yuǎn)距離操作和信息保護(hù)等功能提出了更高的要求。對(duì)于這些要求，傳統(tǒng)的

9、線性穩(wěn)壓電源無(wú)法實(shí)現(xiàn)，和線性穩(wěn)壓電源相比，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源具有以下的一些優(yōu)越性:1）效率高開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的調(diào)整開(kāi)關(guān)管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，截止期間，開(kāi)關(guān)元件漏電流極小，因此功率消耗小而效率高，通?？蛇_(dá)到80%-90%以上。功耗小使得機(jī)內(nèi)溫升亦低，周?chē)粫?huì)因長(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境下而損壞，有利于提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。而傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源的晶體管一直工作在放大區(qū)，全部負(fù)載電流都通過(guò)調(diào)整管，因而損耗大，效率低，一般只在50%左右，功率等級(jí)也比較低。2）穩(wěn)壓范圍寬從本質(zhì)上說(shuō)，線性穩(wěn)壓電源的電壓調(diào)整作用是靠調(diào)整管的“變阻”作用實(shí)現(xiàn)的，因而調(diào)壓范圍小。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的電壓調(diào)整作用是通過(guò)對(duì)直流電壓進(jìn)行脈寬調(diào)制而實(shí)現(xiàn)的

10、，因而線性控制區(qū)域大，調(diào)壓范圍寬，在交流電壓變化較大時(shí)，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源仍能達(dá)到很好的穩(wěn)壓效果。3）體積小重量輕開(kāi)關(guān)電源可將電網(wǎng)輸入的交流電壓直接整流再進(jìn)行PWM控制，這樣可省去笨重的電源變壓器(為了和高頻變壓器相區(qū)別，電源變壓器又稱(chēng)為工頻變壓器)，使電源的體積大大縮小，重量減輕。在隔離式開(kāi)關(guān)電源中，高頻隔離變壓器由于頻率高而可以使體積小、重量輕。4）安全可靠開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源一般都有輔助電路，以提供自動(dòng)保護(hù)功能。正因?yàn)橹绷鞣€(wěn)壓電源有著這多方面的優(yōu)點(diǎn),所以對(duì)它的研究有著重要的意義,這不僅是對(duì)自己所學(xué)知識(shí)的總結(jié)，而且對(duì)自己以后從事電力方面的工作有著很大的幫助作用。穩(wěn)壓電源原理圖如圖1.1所示。其中，核心元

11、件是LM338，它是一片大電流可調(diào)穩(wěn)壓集成電路，。該集成電路在采用一般接法時(shí)，其輸出電壓范圍是1237V。為了進(jìn)一步拓寬其輸出電壓的范圍，本電路對(duì)其傳統(tǒng)應(yīng)用電路進(jìn)行了一些改進(jìn)。現(xiàn)簡(jiǎn)單介紹如下：LM338要求輸入、輸出端最大電壓差不能超過(guò)40V，這就限制了它的最高輸出電壓。當(dāng)電源輸出電壓較低、電流比較大時(shí)，功耗全部消耗在LM338上，造成集成電路發(fā)熱嚴(yán)重。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在本電源的設(shè)計(jì)中，將LM338輸入端電壓改為分段可調(diào)型。由開(kāi)關(guān)K1-2控制JIJ9這九個(gè)繼電器，將不同的交流電壓切換到整流橋的輸入端，整流后得到高低不同的直流電壓輸入到LM338中，這樣就降低了穩(wěn)壓塊的輸入電壓，同時(shí)開(kāi)關(guān)K11

12、同步切換LM338調(diào)整端的分壓電阻，使調(diào)整端的基準(zhǔn)電壓不斷改變，輸出端電壓就以每檔5V的規(guī)律變化。這樣一來(lái)LM338的輸入、輸出電壓差就被限制在一個(gè)較小的范圍內(nèi)。不但降低了穩(wěn)壓集成電路的損耗，而且提高了最大輸出電壓。 圖1.1穩(wěn)壓電源主電路 LM338在內(nèi)部設(shè)有12V的基準(zhǔn)電壓，而輸出電壓要比調(diào)整端電壓高，這樣就使LM338的輸出電壓最低只能是12V。為使其輸出電壓能從零開(kāi)始，本電源設(shè)計(jì)用R10、DW2等元件組成-12V的基準(zhǔn)電壓，使LM338的調(diào)整端電壓降至-12V，這樣既保證了輸出端比調(diào)整端高的要求，又能使輸出電壓從零伏開(kāi)始。如果穩(wěn)壓集成電路的輸入端接入較高的電壓，而輸出端恰好是空載，此時(shí)

13、開(kāi)機(jī)，LM338很容易由于過(guò)電壓而在瞬間損壞。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在LM338的輸入端加入了由VT1組成的輸入電壓限制電路，實(shí)際上就是一個(gè)射極跟隨器，用這個(gè)電路保證LM338的輸入輸出電壓差最高為5V，從而避免了因過(guò)電壓損壞集成電路。在圖1.1中，DW1主要是用來(lái)保護(hù)LM338不被擊穿，選27V、1W的穩(wěn)壓管即可，DW2穩(wěn)壓值為12V，可選用2CW100或2CW50，也可以用兩只2CK2串聯(lián)起來(lái)代替，但要注意接入的極性（正好與圖1。1中相反）。D1D4使用參數(shù)大于6A耐壓100V的整流二極管或全橋。電源變壓器T的功率要大于300V。穩(wěn)壓集成電路的型號(hào)LM338K，要用金封的。J1J9選用優(yōu)質(zhì)6V

14、小型繼電器，觸點(diǎn)電流要大于5A。輸出電壓微調(diào)電位器W選用WXD3-13精密多圈線繞電位器。電壓檔位選擇開(kāi)關(guān)K1選用2X9的小型波段開(kāi)關(guān)。R為電流表取樣電阻，可根據(jù)所選用的表頭靈敏度不同，截取一定長(zhǎng)度的導(dǎo)線繞制，如果要提高輸出電壓顯示精度，可將電壓表V換成市售成品數(shù)字式直流電壓表 圖1.2管腳分布 該電源的技術(shù)參數(shù)： 直流穩(wěn)壓輸出范圍 DC 024V： 最大輸出電流3A； 電壓調(diào)整率 0001V； 紋波系數(shù) 0002： 等效內(nèi)阻015； 穩(wěn)壓系數(shù) 0.005。第二章 直流穩(wěn)壓電源簡(jiǎn)介§2.1 直流穩(wěn)壓電源的構(gòu)成許多電子產(chǎn)品如電視機(jī)、電子計(jì)算機(jī)、音響設(shè)備等都需要直流電源，電子儀器也需要直

15、流電源，實(shí)驗(yàn)室更需要獨(dú)立的直流電源。為了提高電子設(shè)備的精度及穩(wěn)定性，在直流電源中還要加入穩(wěn)壓電路，因此稱(chēng)為直流穩(wěn)壓電源。典型的直流穩(wěn)壓電源主要由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路等幾部分構(gòu)成。電源變壓器把50Hz的交流電網(wǎng)電壓變成所需要的交流電壓；整流電路用來(lái)將交流電變換為單向脈動(dòng)直流電；濾波電路用來(lái)濾除整流后單向脈動(dòng)電流中的交流成分（即波紋電壓），是指成為平滑的直流電；穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)輸入交流電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載及溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。§2.2 直流穩(wěn)壓電源的分類(lèi) 直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展已有幾十年的歷史，已從分立器件發(fā)展到集成電路。集成穩(wěn)壓電路具有體積小、重量輕、耗

16、電少、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，隨著功率集成電路的發(fā)展，集成穩(wěn)壓電路已有多個(gè)品種、多種型號(hào)問(wèn)世，按輸出電壓、輸出電流形成系列產(chǎn)品，已成為直流穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品，特別適用于小型電子設(shè)備使用。目前生產(chǎn)直流穩(wěn)壓電源種類(lèi)很多，可以從不同的角度分類(lèi)：1、按穩(wěn)定方式分，有參數(shù)型穩(wěn)壓器和反饋調(diào)整型穩(wěn)壓器。參數(shù)型穩(wěn)壓器電路簡(jiǎn)單，主要是利用電子組件的非線性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，例如，1只電阻和1只穩(wěn)壓管即可構(gòu)成參數(shù)型穩(wěn)壓器。反饋調(diào)整型穩(wěn)壓器具有負(fù)反饋，是閉環(huán)調(diào)整系統(tǒng)，利用輸出電壓的變化，經(jīng)取樣、比較、放大得到控制電壓，去控制調(diào)整元件，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。2、按調(diào)整元件和負(fù)載連接方式分，有并聯(lián)式穩(wěn)壓器和串聯(lián)式穩(wěn)壓器。調(diào)整元件與負(fù)

17、載并聯(lián)的稱(chēng)為并聯(lián)式穩(wěn)壓器，調(diào)整元件與負(fù)載串聯(lián)的稱(chēng)為串聯(lián)式穩(wěn)壓器。3、按作用器件分，有電子管穩(wěn)壓器、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓器、晶體管穩(wěn)壓器、可控硅穩(wěn)壓器等。4、按調(diào)整器件的工作狀態(tài)分，有線性穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。調(diào)整器件工作在線性放大狀態(tài)的為線性穩(wěn)壓器，調(diào)整器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的稱(chēng)為串聯(lián)式穩(wěn)壓器。5、按電路的主要部分是集成電路還是分立元件分，有集成線性穩(wěn)壓器、集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器和分立元器件組成的穩(wěn)壓器。§2.3 直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標(biāo)包括特性指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)，前者標(biāo)識(shí)穩(wěn)壓電源的功能又稱(chēng)試用指標(biāo)，后者反映了穩(wěn)壓電源質(zhì)量的優(yōu)劣。1、特性指標(biāo)2、輸入電壓及適用范圍。3、輸出電壓及輸出電壓調(diào)整

18、范圍4、額定輸出電流（指電源正常工作時(shí)的最大輸出電流）以及過(guò)流保護(hù)電流值。（1）電壓調(diào)整率負(fù)載電流0 及溫度T不變而輸入電壓U1變化時(shí)，輸出電壓U0的相對(duì)變化量U0/U0與輸入電壓變化量U1之比值，稱(chēng)為電壓調(diào)整率，即一般直流穩(wěn)壓電源的電壓調(diào)整率SU為1%、0.1%、0.01%不等，其值越小，穩(wěn)壓性能越好。電壓調(diào)整率也可定義為：在負(fù)載電流和溫度不變時(shí)，輸入電壓變化時(shí)，輸出電壓的變化量U0，單位為毫伏。（2）穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)定義為負(fù)載不變時(shí)，輸出電壓相對(duì)變化量和輸入電壓相對(duì)變化量之比，即式中，U1為穩(wěn)壓電路輸入直流電壓，即整流電路的輸出電壓。一般情況下S在10-210-4數(shù)量級(jí)。顯然，S越小穩(wěn)壓電

19、路輸出電壓的穩(wěn)定性越好。（3）負(fù)載調(diào)整率（亦稱(chēng)電流調(diào)整率）在交流電源額定電壓條件下，負(fù)載電流從零變化到最大時(shí)，輸出電壓的最大相對(duì)變化量用百分?jǐn)?shù)表示（4）輸出電阻（內(nèi)阻）當(dāng)輸入電壓固定時(shí)，輸出電壓變化量與負(fù)載電流變化量之比，稱(chēng)為輸出電阻R0，亦稱(chēng)內(nèi)阻，即R0=其單位為歐。R0的大小反映了當(dāng)負(fù)載變動(dòng)時(shí)，穩(wěn)壓電路保持輸出電壓穩(wěn)壓的能力。R0越小負(fù)載能力越強(qiáng)，一般R0<1。（5）最大紋波電壓與紋波抑制比疊加在輸出電壓上的交流分量的峰峰值稱(chēng)為最大紋波電壓U，一般為毫伏級(jí)。在電容濾波電路中，負(fù)載電流越大，紋波電壓也越大。因此，紋波電壓應(yīng)在額定輸出電流情況下測(cè)出。紋波抑制比SR定義為穩(wěn)壓電源輸入紋波電

20、壓峰峰值U與輸出紋波電壓峰峰值U之比，并取對(duì)數(shù)，即SR=20 lg單位為分貝（dB）。在質(zhì)量指標(biāo)中第（1）、（2）項(xiàng)是描述輸入交流電壓變化對(duì)輸出電壓影響的技術(shù)指標(biāo)，第（3）、（4）項(xiàng)是描述負(fù)載變化對(duì)輸出電壓影響的技術(shù)指標(biāo)，第（5）項(xiàng)反映了穩(wěn)壓電源對(duì)其輸入端引入的交流紋波電壓的抑制能力。第三章 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)§3.1設(shè)計(jì)目的及要求（1）學(xué)習(xí)基本理論在實(shí)踐中綜合運(yùn)用的初步體驗(yàn)，掌握模擬電路設(shè)計(jì)的基本方法、設(shè)計(jì)步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計(jì)與調(diào)試能力。（2）學(xué)會(huì)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法和性能指標(biāo)測(cè)試方法。（3）培養(yǎng)實(shí)踐技能，提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。（4）設(shè)計(jì)并制作一個(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，主要技術(shù)指標(biāo)

21、要求：該電源的技術(shù)參數(shù)： 直流穩(wěn)壓輸出范圍 DC 024V： 最大輸出電流 3A； 電壓調(diào)整率 0001V； 紋波系數(shù) 0002： 等效內(nèi)阻015； 穩(wěn)壓系數(shù) 0.005。（5）設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)，選擇電路元件，計(jì)算確定元件參數(shù)，畫(huà)出實(shí)用原理電路圖。（6）自擬試驗(yàn)方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測(cè)試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，交指導(dǎo)教師審核。（7）批準(zhǔn)后，進(jìn)行組裝、調(diào)試，并測(cè)試其主要性能參數(shù)。§3.2設(shè)計(jì)步驟及思路§3.2.1直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)思路電網(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將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。降壓后的交流電壓，通

22、過(guò)整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動(dòng)大）。脈動(dòng)大的直流電壓須經(jīng)過(guò)濾波、穩(wěn)壓電路變成平滑，脈動(dòng)小的直流電，即將交流成分濾掉，保留其直流成分。濾波后的直流電壓，再通過(guò)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負(fù)載RL。§3.2.2直流穩(wěn)壓電源原理 直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成，見(jiàn)圖3.1。圖3.1 直流穩(wěn)壓電源方框圖其中：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，變壓器的變化由變壓器的副邊電壓確定。整流電路：利用單向?qū)щ娫?/p>

23、件，把50Hz的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電。常用的整流電路有：1、半波整流電路半波整流就是利用二極管的單向?qū)щ娦阅?，使?jīng)變壓器出來(lái)的電壓V只有半個(gè)周期可以到達(dá)負(fù)載，造成負(fù)載電壓V是單方向的脈動(dòng)直流電壓。2、全波整流整流電路利用副邊有中心抽頭的變壓器和兩個(gè)二極管構(gòu)成如下圖所示的全波整流電路。從圖中可見(jiàn)，正負(fù)半周都有電流流過(guò)負(fù)載，提高了整流效率。全波整流的特點(diǎn)：輸出電壓V高；脈動(dòng)小；正負(fù)半周都有電流供給負(fù)載，因而變壓器得到充分利用，效率較高。穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。§3.2.3總體電路圖 圖3.2總電路圖 圖3.3實(shí)物電路圖&

24、#167;3.3單元電路設(shè)計(jì)與原理說(shuō)明3.3.1電源變壓器電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變成所需要的電壓值，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。3.3.2整流電路整流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖3.4所示。在U2的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；U2的負(fù)半周內(nèi)，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2截止。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過(guò)的負(fù)載電阻RL，且方向是一致的。電路的輸出波形如圖3.5所示圖2.3電路圖2.4輸出波形圖在橋式整流電路中，每個(gè)二極管都只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過(guò)每個(gè)二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半。電路中的每只二極管承受的最大反向電

25、壓約為反向擊穿電壓的一半或三分之二（U2是變壓器副邊電壓有效值）。3.3.3濾波電路濾波電路選用一個(gè)2200F的大容量電解電容C1和一個(gè)0.1F的小電容量滌綸CL11型電容C2并聯(lián)濾波，如圖3.6所示。理論上，在同一頻率下容量大的電容其容抗小，這樣一大一小電容相并聯(lián)后其容量小的電容C2不起作用。但是，由于大容量的電容器存在感抗特性，等效為一個(gè)電容與一個(gè)電感串聯(lián)。在高頻情況下的阻抗反而大于低頻時(shí)的阻抗，小電容的容量小，在制造時(shí)可以克服電感性，幾乎不存在電感。在大電容C1上并聯(lián)一個(gè)小電容C2可以補(bǔ)償其在高頻下的不足。當(dāng)電路的工作頻率比較低時(shí)，小電容不工作（容抗大相當(dāng)于開(kāi)路）。大電容的容量越大濾波效

26、果越好。當(dāng)電路的工作頻率比較高時(shí)（輸入信號(hào)的高頻干擾成分），大電容由于感抗大而處于開(kāi)路狀態(tài)。這時(shí)高頻干擾成分通過(guò)小電容流到底線，濾除各種高頻干擾成分。電路的輸出波形如3.7圖所示圖3.6 濾波電容電路的分析示意圖3.3.4穩(wěn)壓電路1、穩(wěn)壓電路選用三端集成直流穩(wěn)壓器，其電路連接方式一般如圖3.8所示。圖3.8 三端集成直流穩(wěn)壓器性能上，常用的集成穩(wěn)壓器由三端固定式、三端可調(diào)式和開(kāi)關(guān)式。以三端固定式為例，其正輸出為7800（后兩位代表輸出的額定穩(wěn)壓值，00是統(tǒng)稱(chēng)）系列，負(fù)輸出為7900系列，常見(jiàn)的有05、06、08、09、12、15、18、24八種。一般要求最小的輸入、輸出電壓差（U1U0）為2V

27、3V；輸出穩(wěn)壓的容差約為5%；最大輸出電流10max有0.1A（LM7812），0.3A（如78M12）和1.5A（如7812）等多種，部分器件的最大輸出電流可達(dá)2.2A；其最大電壓UImax一般是7818檔以下為35V，7824檔為40V；電壓調(diào)整率SU一般為0.01%/V；輸出電阻R小于0.1；紋波抑制比SR一般為50dB；溫度系數(shù)ST一般為每度ImV2.4mV。圖2.7中，引腳1為電壓變換的輸入端，引腳2為電壓變換后的輸出端，引腳3為接地端。電容Ci作用是改善紋波和抑制輸入的過(guò)電壓，一般取值為0.1F。C0作用是改善負(fù)載的順態(tài)影響，一般可選取0.1F的電容，當(dāng)采用大電容量的電解電容時(shí)效果

28、更好。穩(wěn)壓電源的輸入輸出端要跨接一個(gè)二極管，以防止集成穩(wěn)壓器輸出調(diào)整管損壞。2、穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是把幾個(gè)供電模塊集成到一個(gè)供電電源上，能夠同時(shí)提供固定輸出+5V（最大輸出電流0.3A）和固定輸出12V（最大輸出電流0.1A）的直流電數(shù)出。（1） 輸出+5V：核心器件選用LM7805三端集成穩(wěn)壓器，其輸出電壓為+5V，額定電流0.1A。當(dāng)變壓器變壓后輸出6.3V交流電，經(jīng)整流橋，整流后輸出約6V電壓，濾波后有LM7805三端集成穩(wěn)壓電源處理，輸出+5V電壓，電流最大輸出為0.3A。（2） 輸出12V：核心器件選用穩(wěn)壓器LM7812和LM7912，組合應(yīng)用這兩個(gè)穩(wěn)壓器件與一個(gè)硅整流橋相接，按圖

29、2.8號(hào)電路就能輸出12V的電壓。組合用LM7812和LM7912時(shí)，公共輸出接地端用的是變壓器輸出端口的12V并分別接入LM7812的接地引腳（GND）和LM7912的電壓輸入引腳（Vin）；硅整流橋的正、負(fù)輸出端口則分別接入LM7812的電壓輸入端（Vin）和LM7912的接地端；濾波電容用了兩個(gè)100F首尾相接，連接處接公共輸出接地端。圖3.9 穩(wěn)壓電路3.3.5元器件選擇和電路參數(shù)計(jì)算說(shuō)明 變壓器的選擇（1）確定副邊電壓U2： 根據(jù)性能指標(biāo)要求：U0max=3V U0max=12V又UiU0max（UiU0）min UiU0in（UiU0）max其中：（UiU0）min=3V，（UiU

30、0）max=40V16VUi43 V此范圍中可任選：Ui=14V=U01根據(jù)U01=（1.11.2）U2可得變壓的副邊電壓：（2）確定變壓器副邊電流I2 I01=I0 又副邊電流I2=（1.52）I01 取I2=I0max=200mA 則I2=1.5*0.2A=0.3A（3）選擇變壓器的功率 變壓器的輸出功率：P0>I2*U2=4.8W2、選擇整流電路中的二極管變壓器的副邊電壓U2=16V橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為：16橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為：0.3查手冊(cè)選整流二極管IN4001，其參數(shù)為：反向擊穿電壓UBR=50V>16V,最大整流電流IF=IA

31、>0.3A3、濾波電路中濾波電容的選擇濾波電容的大小可用式C=Ui/(t*I) 求得。（1）求Ui： 根據(jù)穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)的定義：設(shè)計(jì)要求U05mV，Sr0.005，U0= -12V +12V，Ui=16V代入上式，則可求得Ui=U0/（U0*Sr）；（2）濾波電容C，t=0.01S設(shè)定I0=I0max=1.2A則可求得C。注意：因?yàn)榇笕萘侩娊怆娙萦梢欢ǖ睦@制電感分布電感，易引起自激振蕩，形成高頻干擾，所以穩(wěn)壓器的輸入、輸出端常并入瓷介質(zhì)小容量電容用來(lái)抵消電感效應(yīng)，抑制高頻干擾。§3.4 電路板的設(shè)計(jì)原理圖設(shè)計(jì)是整個(gè)Protel99se工程的開(kāi)始,是PCB文檔設(shè)計(jì)乃至最后制版

32、的基礎(chǔ)。一般設(shè)計(jì)程序是:首先根據(jù)實(shí)際電路的復(fù)雜程度確定圖紙的大小,即建立工作平面；然后從元器件庫(kù)中取出所需元件放到工作面上,并給它們編號(hào)、對(duì)其封裝進(jìn)行定義和設(shè)定；最后利用Protel99se提供的工具指令進(jìn)行布線,將工作平面上的元器件用具有電氣意義的導(dǎo)線、符號(hào)連接起來(lái),對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行信號(hào)完整性分析,確保整個(gè)電路無(wú)誤。3.4.1電路板的規(guī)劃 電路板規(guī)劃的主要目的是確定其工作層結(jié)構(gòu),包括信號(hào)層、內(nèi)部電源/接地層、機(jī)械層等。通過(guò)執(zhí)行菜單命令DesignBoard Layers，在打開(kāi)的對(duì)話框中可以控制各層的顯示與否，以及層的顏色等屬性設(shè)置。如果不是利用PCB向?qū)?lái)創(chuàng)建一個(gè)電路板文件的話,就要自己定義

33、PCB的形狀和尺寸。繪制時(shí)需單擊工作窗口底部的層標(biāo)簽，再由PlaceKeepout 命令來(lái)單獨(dú)定義。該操作步驟實(shí)際上就是在Keep Out Layer(禁止布線層)上用走線繪制出一個(gè)封閉的多邊形，而所繪多邊形的大小一般都可以看作是實(shí)際印制電路板的大小。3.4.2 元器件的選擇對(duì)元器件的選擇要嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)要求，在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)之前，首先要準(zhǔn)備好原理圖SCH的元件庫(kù)和PCB的元件庫(kù)。元件庫(kù)可以用peotel99se自帶的庫(kù)，當(dāng)很難找到合適的，可以自己根據(jù)所選器件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸資料自己做元件庫(kù)。原則上先做PCB的元件庫(kù)，再做SCH的元件庫(kù)。PCB的元件庫(kù)要求較高，它直接影響板子的安裝；SCH的元件庫(kù)要求

34、相對(duì)比較松，只要注意定義好管腳屬性和與PCB元件的對(duì)應(yīng)關(guān)系就行。3.4.3 PCB電路板生成的流程1、生成網(wǎng)絡(luò)表 在原理圖里面加好封裝，保存，ERC檢查，生成元件清單檢查。生成網(wǎng)絡(luò)表。2、建立PCB 選擇好公制，捕獲和可見(jiàn)刪格大小，設(shè)計(jì)好外框(向?qū)Щ蜃约寒?huà))，然后放好固定孔的位置，大小(3.0mm的螺絲可以用3.5mm的內(nèi)孔焊盤(pán)，2.5的可以用3的內(nèi)孔)，邊緣的先改好焊盤(pán)，孔大小，位置固定。3、布局 調(diào)用網(wǎng)絡(luò)表，調(diào)入元件，修改部分焊盤(pán)大小，設(shè)置好布線規(guī)則，可以改變標(biāo)號(hào)的大小，粗細(xì)，隱藏標(biāo)稱(chēng)值。然后先把需要特殊位置的元件放好并瑣定。然后根據(jù)功能模塊布局，(可以用SCH里面選擇過(guò)度到PCB里面選擇

35、的方式)，一般不用X，Y進(jìn)行元件的翻轉(zhuǎn)，而是用空格旋轉(zhuǎn)。對(duì)于一個(gè)功能模塊先放中心元件，或大元件，然后放旁邊的小元件，(比如集成塊先放，然后放直接和集成塊兩管腳直接相連的元件，再放和集成塊一個(gè)管腳相連的元件，而且類(lèi)似的元件盡量放在一起，比較美觀也要考慮后面連線的方便性)。當(dāng)然一些特殊關(guān)系的元件先放，比如一些濾波電容和晶振等需要靠近某些元件的先放好。還有會(huì)干擾的元件先整體考慮要離遠(yuǎn)點(diǎn)。高低壓模塊要間隔6.4mm以上。要注意留出散熱片，接插件，固定架的位置。一些不能布線的地方可以用FILL。還要考慮散熱，熱敏元件。電阻，二極管的放置方式：分為平放與豎放兩種： (1)平放：當(dāng)電路元件數(shù)量不多，而且電路

36、板尺寸較大的情況下，一般是采用平放較好;對(duì)于1/4W以下的電阻平放時(shí)，兩個(gè)焊盤(pán)間的距離一般取4/10英寸，1/2W的電阻平放時(shí),兩焊盤(pán)的間距一般取5/10英寸；二極管平放時(shí)，1N400X系列整流管，一般取3/10英寸；1N540X系列整流管,一般取45/10英寸。 (2)豎放：當(dāng)電路元件數(shù)較多，而且電路板尺寸不大的情況下，一般是采用豎放，豎放時(shí)兩個(gè)焊盤(pán)的間距一般取12/10英寸。4、布線：先設(shè)置好規(guī)則里面的內(nèi)容，VCC，GND 大功率等大電流的線可以設(shè)置的寬點(diǎn)(0.5mm-1.5mm)，一般1mm可以通過(guò)1A的電流。對(duì)于大電壓的線間距可以設(shè)置大點(diǎn)，一 般1mm為1000V。設(shè)置好了，先布VCC

37、，GND 等一些比較重要的線。注意各個(gè)模塊的區(qū)分。對(duì)單面板最好可以加一些條線。加過(guò)孔，不一定橫平豎直，集成塊的焊盤(pán)間一般不走線，大電流的寬線可以在solder層畫(huà)上線，以便后面上錫；走線用45度角。5、手工修改線：修改一些線的寬度，轉(zhuǎn)角，補(bǔ)淚地或包焊盤(pán)(單面板必須做)，鋪銅，處理地線。第四章 電路仿真 §4.1 測(cè)試要求1、測(cè)試并記錄電路中各環(huán)節(jié)的輸出波形。2、測(cè)試穩(wěn)壓電源輸出電壓的調(diào)整范圍及最大輸出電流。固定輸出+5V時(shí)最大輸出電流0.3A和固定輸出12V時(shí)最大輸出電流0.1A3、測(cè)量輸出電阻R0。4、測(cè)量穩(wěn)壓系數(shù)。用改變輸入交流電壓的方法，模擬Ui的變化，測(cè)出對(duì)應(yīng)的輸出直流電壓的

38、變化，則可算出穩(wěn)壓系數(shù)Sr。（注意：用調(diào)壓器使220V交流改變10%。即Ui=44V）5、用毫伏表可測(cè)量輸出直流電壓中的交流紋波電壓大小，并用示波器觀察、記錄其波形。6、分析測(cè)量結(jié)果，并討論提出改進(jìn)意見(jiàn)。§4.2 測(cè)試結(jié)果和計(jì)算結(jié)果分析1、電壓輸出波形和紋波變化見(jiàn)仿真圖4.1 輸入波形圖 4.2 經(jīng)過(guò)整流圖4.3 經(jīng)過(guò)濾波電路后的波形 圖4.4最終輸出波形2、穩(wěn)壓系數(shù)Sr的理論值計(jì)算Sr=0.003<0.005§4.3 電路的誤差分析與改進(jìn)1、綜合分析可以知道在測(cè)試電路的過(guò)程中可能帶來(lái)的誤差因素有：測(cè)得輸出電流時(shí)接觸點(diǎn)之間的微小電阻造成的誤差；電流表內(nèi)阻串入回路造成的誤差；測(cè)得紋波電壓時(shí)示波器造成的誤差；示波器，萬(wàn)用表本身的準(zhǔn)確度而造成的系統(tǒng)誤差；2、可以通過(guò)以下的方法去改進(jìn)此電路；減小接觸點(diǎn)的微小電阻；根據(jù)電流表的內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果可以進(jìn)行修正；測(cè)得紋波時(shí)示波器采用手動(dòng)同步；采用更高精確度的儀器去檢測(cè)；根據(jù)設(shè)計(jì)可添加可調(diào)電壓：Uo=+3V+9V所要求的性能指標(biāo)，選擇集成三端穩(wěn)壓器。因?yàn)橐筝敵鲭妷嚎烧{(diào)，所以選擇三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器?？烧{(diào)式集成穩(wěn)壓器，常見(jiàn)主要有CW317、CW337、LM317、