直流穩(wěn)壓電源電路

1、直流穩(wěn)壓電源電路1 引言模擬電子技術(shù)是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論的一個(gè)重要組成部分，是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系的重要學(xué)科基礎(chǔ)課。 模擬電子技術(shù)是一門(mén)研究對(duì)仿真信號(hào)進(jìn)行處理的模擬電路的學(xué)科。它以半導(dǎo)體二極管、 半導(dǎo)體三極管和場(chǎng)效應(yīng)管為關(guān)鍵電子器件，包括功率放大電路、運(yùn)算放大電路、反饋放大電路、信號(hào)運(yùn)算與處理電路、信號(hào)產(chǎn)生電路、電源穩(wěn)壓電路等研究方向。直流穩(wěn)壓電源是指能為負(fù)載提供穩(wěn)定直流電源的電子裝置。 它的供電電源大都是交流電源， 當(dāng)交流供電電源的電壓或負(fù)載電阻變化時(shí)， 穩(wěn)壓器的直流輸出電壓都會(huì)保持穩(wěn)定。2 設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)完整的直流穩(wěn)壓電源電路，其主要技術(shù)指標(biāo)要求：輸出電壓可調(diào)：Uo =+3V +15

2、V 最大輸出電流： I omax=800mA 輸出電壓變化量：Uo 15mV 穩(wěn)壓系數(shù)： SV0.003 。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1。最新可編輯word 文檔3 設(shè)計(jì)原理（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?把 50Hz 的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電（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。（4）穩(wěn)壓電路

3、：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。4 直流穩(wěn)壓電源電路* 注：設(shè)計(jì)過(guò)程中的仿真圖均由調(diào)試完后的結(jié)果而來(lái)。4.1 變壓電源設(shè)計(jì)變壓器原理： 變壓器是變換交流電壓、 電流和阻抗的器件， 當(dāng)初級(jí)線圈中通有交流電變壓器原理圖流時(shí)，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級(jí)線圈中感應(yīng)出電壓（或電流） 。如圖 4-1-1 中是一個(gè) 10TO1的變壓器，他的作用是使變壓后的電壓為原來(lái)的 1/10 。圖 4-1 變壓電源電路圖仿真后的波形圖4-1-2最新可編輯word 文檔圖 4-1-2 變壓電源仿真波形圖4.2 整流電路設(shè)計(jì)整流電路的作用是把 交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電

4、路。 通常采用 橋式整流器是利用二極管的單向?qū)ㄐ?，用?lái)將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?。U20 時(shí)， D1,D3 導(dǎo)通， D2,D 4 截至。電流通路： A D1 R1D3U20 時(shí)， D2,D4 導(dǎo)通， D1,D 3 截至。電流通路： D2 R1D4 A加上 4.1 中的變壓電路得到了如圖4-2-1 所示的電路。圖 4-2-1 整流電路圖仿真測(cè)試后波形如圖4-2-2最新可編輯word 文檔圖 4-2-2 整流電路仿真波形圖4.3 濾波電路設(shè)計(jì)濾波電路其基本原理就是利用電路的頻率特性實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)中頻率成分的選擇。濾波是信號(hào)處理非常。根據(jù)高等數(shù)學(xué)理論，每一個(gè)滿足一定條件的信號(hào)，都可以被看成是由無(wú)限個(gè)正弦波疊

5、加而成。 而濾波電路只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)成分正常通過(guò)，而另一部分頻率成分不能通過(guò)的電路。由此設(shè)計(jì)出濾波電路。如圖 4-3-1 。圖 4-3-1 濾波電路圖仿真后結(jié)果如圖4-3-2圖 4-3-2 濾波電路仿真波形圖最新可編輯word 文檔4.4 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路的作用是輸出穩(wěn)定的直流電壓。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，如圖 4-4-1 所示，是一個(gè)串聯(lián)三極管穩(wěn)壓電路。主要依據(jù)質(zhì)量指標(biāo)選擇電路方案， 電路應(yīng)當(dāng)盡量簡(jiǎn)單而又滿足指標(biāo)要求。 本次設(shè)計(jì)中，穩(wěn)壓系數(shù) Sr 0.05 、內(nèi)阻 r0 的要求不高，工作溫度變化不大，所以選用典型電路即可。220V交流電經(jīng)變壓器 TF1 降壓后，由 D1 硅堆進(jìn)行橋式整流

6、， 得到脈動(dòng)直流，然后由 C1 濾除其交流成份，得到直流電壓。圖 4-4-1 穩(wěn)壓電路圖經(jīng)過(guò)仿真，得到如圖 4-4-2 所示的波形圖，輸出端（ out ）的參數(shù)為 0-15V，如圖 4-4-3 ，符合設(shè)計(jì)要求。圖 4-4-2 穩(wěn)壓電路波形圖最新可編輯word 文檔圖 4-4-3 穩(wěn)壓電路輸出端波形圖4.5 直流穩(wěn)壓電源電路如圖 4-5-1 。經(jīng)過(guò)測(cè)試，我選用的是一個(gè) 7000 歐的滑動(dòng)變阻器，如果沒(méi)有此型號(hào)的可以用多個(gè)滑動(dòng)變阻器串聯(lián)或者用 10000 歐的滑動(dòng)變阻箱調(diào)到 7000 歐姆檔。圖 4-5-1 直流穩(wěn)壓電源電路總圖在滑動(dòng)變阻器阻值為 7000 歐姆時(shí)的仿真波形如圖 4-5-2 ，輸出

7、端（ out ）的電壓為 3V。最新可編輯word 文檔圖 4-5-2 直流穩(wěn)壓電路輸出端仿真波形圖4.6 調(diào)試與測(cè)試根據(jù)設(shè)計(jì)出的總電路圖和仿真，逐漸確定所用的各電阻、 電容的參數(shù)， 如圖4-6 中所示。經(jīng)過(guò)仿真得出如下波形，在滑動(dòng)變阻器的阻值為 7000 歐時(shí)輸出端電壓為 3V，阻值接近于 0 時(shí)輸出電壓為 15V，符合設(shè)計(jì)要求。圖 4-6 當(dāng)滑動(dòng)變阻器阻值為7000 時(shí)的直流穩(wěn)壓電路波形仿真圖4.7 自制封裝另外，為了生成 PCB圖，自制了電源和整流器的封裝，分別如圖8-1 和圖 8-2.最新可編輯word 文檔圖 8-1 電源封裝圖 8-2 橋式整流器封裝5 元件清單。表 1電路各元器件

8、清單名稱(chēng)標(biāo)示參數(shù)值封裝號(hào)電源Vin220V/50HzDY變壓器TF110TO1DIP4電橋整流器D118DB05ZL電容C1130 FRAD0.1電容C265 FRAD0.1二極管D2100HF100PVTO-92A三極管Q12N1893TO-5電阻R1700AXIAL0.4電阻R21500AXIAL0.4電阻R3950AXIAL0.4滑動(dòng)變阻器R40-7000VR56 生成 PCB印刷電路板仿真結(jié)果正確后，就可以開(kāi)始進(jìn)行PCB板的制作：(1) 繪制元件庫(kù)(2) 繪制原理圖(3) 繪制封裝庫(kù)(4) 導(dǎo)入網(wǎng)線表(5) 自動(dòng)布線(6) 手工調(diào)整如圖 6最新可編輯word 文檔圖 6 直流穩(wěn)壓電路P

9、CB 板7 分析總結(jié)這次 Protel 課程設(shè)計(jì)歷時(shí)將近兩個(gè)月，我在完成本次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中學(xué)到了很多東西。本次課程設(shè)計(jì)與上學(xué)期同樣是 Protel 課程設(shè)計(jì)不同，更強(qiáng)調(diào)對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)思路的培養(yǎng)和設(shè)計(jì)能力的檢驗(yàn)。在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中， 我遇到了許多挫折。 比如想要生成 PCB板就要對(duì)各個(gè)元件進(jìn)行封裝， 一個(gè)元器件可以有不同的封裝號(hào)， 一個(gè)封裝號(hào)也可以封裝不同的元器件，在網(wǎng)上查找元件對(duì)應(yīng)封裝號(hào)時(shí)就經(jīng)常出現(xiàn)這種問(wèn)題， 這是就要對(duì)原理圖中的具體元件參數(shù)和封裝號(hào)進(jìn)行比對(duì)，以免造成生成 PCB板時(shí)找不到節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤；另外由于 Win7 系統(tǒng)與 Protel99 的相互不兼容也造成了一些不便。 不過(guò)，挫折也是一份財(cái)富， 這會(huì)在將來(lái)的畢業(yè)設(shè)計(jì)以及工作生活中給我提供經(jīng)驗(yàn)。 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我懂得了理論是實(shí)際結(jié)合是非常重要的， 只有把所學(xué)到的理論與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，從實(shí)踐中得出結(jié)論，才能提高自己的動(dòng)手能力和獨(dú)立思考能力。通過(guò)這次設(shè)計(jì)一個(gè)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源，讓我對(duì) Protel 有了更深的了解。這次我們組設(shè)計(jì)的電路相對(duì)簡(jiǎn)單一些， 在生成了正確的 PCB板后，自動(dòng)布線后再經(jīng)過(guò)手動(dòng)調(diào)整也使整個(gè)圖看起來(lái)比較明了。 通過(guò)仿真我們可以驗(yàn)證電路原理圖是最新可編輯word 文檔否正確，也可以了解到一個(gè)電路所要實(shí)現(xiàn)的功能。另外在跟同學(xué)的交流中發(fā)