線性可調(diào)直流穩(wěn)壓電源

1、寧波大紅鷹學院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計報告課題名稱： 線性可調(diào)直流穩(wěn)壓電源 分 院： 機械與電氣工程學院 教 研 室： 電氣工程及其自動化 班 級： 11電自3 姓 名： XXX 學 號： xxxxxxxxxx 指導教師： XX XXX 二一三 年 十二 月線性可調(diào)直流穩(wěn)壓電源一、 設(shè)計任務(wù)1、課題名稱：線性可調(diào)直流穩(wěn)壓電源2、設(shè)計要求輸出電壓：Vo=4.512.0V；最大輸出電流：Iomax1A；輸出紋波：VP-P10mV；電壓調(diào)整率：Ku5%（最大輸出電流時）；電流調(diào)整率：Ki3%。（輸出為12V時）。二、 硬件設(shè)計1、 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計思路（1）電網(wǎng)供電電壓交流220V(有效值)50Hz，要

2、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。 （2）降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向脈動直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。 （3）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，保留其直流成份。 （4）濾波后的直流電壓，再通過穩(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，供給電壓表。2、 直流穩(wěn)壓電源原理（1）、直流穩(wěn)壓電源 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)壓四個環(huán)節(jié)才能完成。圖 1直流穩(wěn)壓電源的方框圖電源變壓器：是

3、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。 整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?0Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電 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。 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)電壓和負載的變化而變化。（2）、整流電路直流電路常采用二極管單相全波整流電路圖 2單相橋式整流電路工作原理設(shè)變壓器副邊電壓u2=U2sint，U2為有效值。  在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導通，D3、D4截止

4、；u2的負半周內(nèi)，D3、D4導通，D1、D2截止。正負半周內(nèi)部都有電流流過的負載電阻RL，且方向是一致的。圖 3單相橋式整流電路簡易畫法及波形圖 在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內(nèi)導電，所以流過每個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的最大反向電壓為 (U2是變壓器副邊電壓有效值)。（3）、濾波電路電容濾波電路原理圖采用濾波電路可濾除整流電路輸出電壓中的交流成分，使電壓波形變得平滑。常見的濾波電路有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波等。  在整流電路的輸出端，即負載電阻RL兩端并聯(lián)一個電容量較大的電解電容C

5、，則構(gòu)成了電容濾波電路，如圖4所示電路，由于濾波電容與負載并聯(lián)，也稱為并聯(lián)濾波電路。圖 4單相橋式整流電容濾波電路從圖3可以看出，當u2為正半周時, 電源通過導通的二極管VD1、VD3向負載RL供電，并同時向電容C充電（將電能存儲在電容里，如t1t2），輸出電壓u0=ucu2；u0達峰值后u2減小，當u0u2時，VD1、VD3提前截止，電容C通過RL放電，輸出電壓緩慢下降（如t2t3），由于放電時間常數(shù)較大，電容放電速度很慢，當uc下降不多時u2已開始下一個上升周期，當u2u0時，電源u2又通過導通的VD2、VD4向負載RL供電，同時再給電容C充電（如t3t4），如此周而復(fù)始。電路進

6、入穩(wěn)態(tài)工作后，負載上得到如圖中實線所示的近似鋸齒的電壓波形，與整流輸出的脈動直流（虛線）相比，濾波后輸出的電壓平滑多了。 顯然，放電時間常數(shù)RLC越大、輸出電壓越平滑。若負載開路（RL=），電容無放電回路，輸出電壓將保持為u2的峰值不變。 輸出電壓的估算：         顯然，電容濾波電路的輸出電壓與電容的放電時間常數(shù)=RLC有關(guān)，應(yīng)遠大于u2的周期T，分析及實驗表明，當  =RLC（35）T /2時，濾波電路的輸出電壓可按下式估算，即 

7、60;UO1.2U2整流二極管導通時間縮短了，存在瞬間的浪涌電流，要求二極管允許通過更大的電流，管子參數(shù)應(yīng)滿足  IFM2IV=IO在已知負載電阻RL的情況下，根據(jù)式子選擇濾波電容C的容量，即                             C（35）T /2RL若容量偏

8、小，輸出電壓UO將下降，一般均選擇大容量的電解電容；電容的耐壓應(yīng)大于u2的峰值，同時要考慮電網(wǎng)電壓波動的因素，留有足夠的余量。 電容濾波電路的負載能力較差，僅適用于負載電流較小的場合。（4）、穩(wěn)壓電路圖 5穩(wěn)壓電路原理圖電路的構(gòu)成：同相比例運算電路的輸入電壓為穩(wěn)定電壓，且比例系數(shù)可調(diào)，所以輸出電壓就可調(diào)；同時為了擴大輸出電流，集成運放輸出端加晶體管，并保持射極輸出形式，就構(gòu)成具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。用兩個TIP41組成的復(fù)合管做調(diào)整管，電阻R1與穩(wěn)壓管D3構(gòu)成基準電壓電路，電阻R2、R3和R4為輸出電壓的采樣電阻，集成運放LM358作為比較放大電路。調(diào)整管、基準電壓電路、采樣電

9、阻和比較放大電路構(gòu)成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本部分。電容C1、C2和C3起到濾波作用。穩(wěn)壓原理：由于某種原因（如電網(wǎng)電壓波動或負載電阻的變化等）使輸出電壓U0升高（降低），采樣電路將這一變化趨勢送到A的反相輸入端，并與同相輸入端電位UZ經(jīng)行比較放大；A的輸出電壓，即調(diào)整管的基極電位降低（升高）；因為電路采用射極輸出形式，所以輸出電壓U0必然降低（升高），從而使U0得到穩(wěn)定。U0 UNUBU0或 U0 UNUBU0電路是靠引入深度電壓負反饋來穩(wěn)定輸出電壓的。3、 原理圖 圖 6線性可調(diào)直流穩(wěn)壓電源原理圖三、 實物圖 7線性可調(diào)直流穩(wěn)壓電源正面圖 8線性可調(diào)直流穩(wěn)壓電源反面仿真結(jié)果：輸出電壓：Vo=4.

10、0912.2V最大輸出電流: I0max1A輸出紋波：VP-P10mV電壓調(diào)整率：Ku=0%5%（最大輸出電流時）電流調(diào)整率：Ki=0.15%3%。（輸出為12V時）實驗結(jié)果： 輸出電壓：Vo=4.412.4V 最大輸出電流：I0max=1.033A1A輸出紋波：VP-P10mV 電壓調(diào)整率：0.08%Ku1.3%5%（最大輸出電流時） 電流調(diào)整率：0.08%Ki1.25%3%。（輸出為12V時）四、 方案總結(jié)圖 9最先設(shè)計方案最先設(shè)計的方案穩(wěn)壓模塊集成運放輸出端通過電阻R3分壓再通過調(diào)整管是輸出端穩(wěn)壓。通過焊好電路板測試時發(fā)現(xiàn)不能進行穩(wěn)壓，電壓會隨著負載的變化而變化，調(diào)整管射極輸出端受到負載

11、影響，穩(wěn)定性較差。優(yōu)化設(shè)計方案后將電阻R1和R2去掉換成晶體管TIP41后穩(wěn)壓模塊的穩(wěn)定性受到的影響降低。圖 10優(yōu)化后方案五、 主要元器件圖 11 LM358 圖 12 TIP41 圖 13 IN4007圖 14 ZPD 3.3V六、 元器件清單元件試驗R10.98kR22.5kR40.98kR3電位器10.22kC11000uFC21000uFC31000uFC41000uFC51000uFC61000uF二極管1N4007表 1 元器件七、 課程設(shè)計總結(jié)通過此次課程設(shè)計，使我對模擬電子技術(shù)方面的知識有更加深的認識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終

12、于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識領(lǐng)悟不夠透徹和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親自動手操作，使我對書本上的知識更加看重，以前覺得書本上的知識就是應(yīng)付考試就夠了，但通過實際自己動手設(shè)計方案就發(fā)現(xiàn)書本上的知識非常有用，實踐需要理論指導。 過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的步驟。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后經(jīng)過多次試驗后優(yōu)化方案解決了穩(wěn)定性差的問題。 課程設(shè)計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升。設(shè)計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認識。通過這次課程設(shè)計，我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用儀器、儀表；了解了電路的連線方法；以及如何提高電路的性能等等，掌握了可調(diào)直流穩(wěn)壓電源構(gòu)造及原理。 我認為，在這次課程設(shè)計中，不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高?；仡櫰疬@次課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，從理論到實踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與