模擬電源的設(shè)計

1、模擬電源的設(shè)計報告模擬電源的設(shè)計摘要： 本次實習是通過制作簡單的一個小功率直流穩(wěn)壓電源，來學習模擬電源的設(shè)計、性能指標與調(diào)試方法，以及對其參數(shù)的測試的學習，最后進行誤差分析。直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器T、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路組成。其中電源變壓器T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，整流濾波電路中的整流電路將交流電變換成脈動的直流電壓，穩(wěn)壓電路使得最后輸出即供給負載的電壓不變。關(guān)鍵字：變壓器T 整流二極管 濾波電容 集成穩(wěn)壓器 正文：1實驗?zāi)康?.1 學習小功率直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與調(diào)試方法。1.2 掌握小功率直流穩(wěn)壓電源有關(guān)參數(shù)的測試方法。1.3 了解變壓器、

2、整流二極管、濾波電容、集成穩(wěn)壓器得作用，以及整個設(shè)計電路得工作原理。2 實驗原理2.1直流穩(wěn)壓電源的基本原理直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器T、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路組成，如圖1所示。其中電源變壓器T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ui。變壓器副邊與原邊的功率比為： （1）式中為變壓器的效率；P2為副邊功率；P1為原邊功率。圖1 直流穩(wěn)壓電源基本組成框圖整流濾波電路中的整流電路將交流電壓ui變換成脈動的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除紋波，輸出直流電壓U1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波、倍壓整流濾波電路，如圖2所示。（a）全波整流濾波電路 （b）橋式整

3、流濾波電路 （c）倍壓整流濾波電路圖2幾種常見的整流濾波電路各濾波電容C滿足： （2）式中T為輸入交流信號周期；RL1為整流濾波電路的等效負載電阻。大部分集成穩(wěn)壓器都具有輸出電壓穩(wěn)定的功能。集成穩(wěn)壓器本身不能產(chǎn)生功率，只是將輸入端功率取出傳給負載，通過控制該功率的大小使輸出電壓不變。電源的工作方式有線性和開關(guān)兩種，集成穩(wěn)壓器也一樣有線性集成穩(wěn)壓器和開關(guān)集成穩(wěn)壓器。一般來說，線性集成穩(wěn)壓器的功耗較大，變換效率只有40%左右，不適用于大功率電源，而小功率電源采用線性穩(wěn)壓器較好。常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器和可調(diào)式三端穩(wěn)壓器（均屬電壓串聯(lián)型），下面分別介紹其典型應(yīng)用。固定三端集成穩(wěn)壓器分正壓和

4、負壓兩個系列，兩系列除輸出電壓極性、引腳定義不同外，其他特點相同。三端穩(wěn)壓器的三端是輸入端子UI、輸入出端子Uo和公共端子COM，使用時公共端子COM通常接地，其內(nèi)部等效電路如圖3所示。它由調(diào)整管、保護電路、控制電路、誤差放大器等組成，UoCOM端子間電壓與基準電壓Uref進行比較，工作時經(jīng)常保持一致，當輸入電壓UI或輸出電流IO變化時，使輸出電壓Uo保持穩(wěn)定。圖3三端穩(wěn)壓器的內(nèi)部等效電路正壓系列以78XX系列為代表，輸出電壓有5、6、8、10、12、15、18、20、24V等品種，輸出電壓精度基本上為4%。該系列穩(wěn)壓塊有過流、過熱和調(diào)整管安全工作區(qū)保護，以防過載損壞。一般不需要外接元件即可工

5、作，有時為改善性能也加少量元件。78XX系列又分三個子系列：78XX、78MXX和78LXX，其差別只在輸出電流和外形，78XX輸出電流為1A，78MXX輸出電流為0.5A，78LXX輸出電流為0.1A。負壓系列以79XX為代表。78XX系列、79XX系列典型電路如圖4所示，封裝形式如圖5所示，主要參數(shù)如表3所示。2.2直流穩(wěn)壓電源典型電路設(shè)計指導 圖6為集成穩(wěn)壓電源LM7805的典型電路。其主要器件有變壓器T、整流二極管、濾波電容、集成穩(wěn)壓器。圖6集成穩(wěn)壓電源的典型電路直流穩(wěn)壓電源的一般設(shè)計思路為：（1）由輸出電壓Uo、電流Io確定穩(wěn)壓電路形式，通過計算極限參數(shù)（電壓、電流和功率）選擇器件；

6、（2）由穩(wěn)壓電路所要求的直流輸入電壓Ui、直流電流Ii確定整流濾波電路形式，選擇整流二極管及濾波電容，并確定變壓器的副邊電壓ui的有效值、電流ii的有效值及變壓器功率；（3）由電路的最大功耗及工作條件確定穩(wěn)壓器、擴流功率管的散熱措施。3穩(wěn)壓電源的性能指標及測試方法穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標分為兩類：一類是性能指標，包括輸入電壓、輸出電壓、輸入電流及輸出電流等；另一類是技術(shù)指標，用來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）、溫度系數(shù)及紋波電壓等。其測試電路如圖7所示。圖7 穩(wěn)壓電源性能指標測試電路31紋波電壓紋波電壓是指疊加在輸出電壓Uo上的交流分量。用示波器觀

7、測其峰峰值Uo(P-P)，一般為毫伏量級，也可以用交流電壓表測量其有效值，但因Uo不是正弦波，所以用有效值測量其波紋電壓時會產(chǎn)生一定誤差。32穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)是指在負載電流、環(huán)境溫度不變的情況下，輸入電壓的相對變化引起輸出電壓的相對變化，即： （3）33電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率是指輸入電壓相對變化為±10%時的輸出電壓相對變化量，即 （4）穩(wěn)壓系數(shù)Su和電壓調(diào)整率Ku均說明輸入電壓相對變化對輸出電壓的影響，因此只需計算其中之一即可。34輸出電阻輸出電阻是指當輸入電壓不變時，輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比的絕對值，即： （5）35電流調(diào)整率電流調(diào)整率是指輸出電流從0變到最大值ILmax

8、時所產(chǎn)生的輸出電壓相對變化值，即： （6）輸出電阻ro和電流調(diào)整率Ki均說明負載電流變化對輸出電壓的影響，因此只需計算其中之一即可。4參數(shù)計算41實驗電路設(shè)計要求性能指標要求：VO=+5V技術(shù)指標要求：紋波電壓：5mV電壓調(diào)整率：Ku3%電流調(diào)整率：Ki1%42實驗實際電路參數(shù)計算 實驗電壓值5.0V 實際測得電壓值5.02V 誤差=（5.02-5.0）÷5.0×100%=0.4%參看文獻【1】 康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)M.南京大學出版社【2】 劉瑞華，李振梅模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.中國石油出版社【3】 林紅，周鑫霞模擬電路基礎(chǔ)M. 清華大學出版社附錄一器件名稱型號數(shù)量（只）變壓器2

9、20V to 9V 12 W1穩(wěn)壓器LM78051整流二極管1N40074電解電容470F1PCB板1附錄二附錄三1.為什么變壓器輸入電壓不能超過額定電壓？答：，變壓器的額定電壓是變壓器允許輸入的最大電壓，當變壓器的輸入電壓超過額定電壓時時，變壓器的激磁電流增加，磁通密度增大，造成變壓器鐵芯因損耗增加而過熱。同時，由于激磁電流的增加，變壓器所消耗的無功功率也隨之增加，使變壓器的實際出力降低。另外，由于激磁電流有的增加，磁通密度增大，使磁通飽和，引起副繞組電勢的波形發(fā)生畸變，由原來的正弦波變?yōu)榧忭敳ǎ瑢ψ儔浩鞯慕^緣有一定的危害。因此，變壓器的運行電壓可以較額定值高，但一般不得超過額定值的5%。2

10、.遠距離輸電為什么采用高壓輸電？ 答：為了降低電流，減少線路損耗。輸送相同的電功率，電壓越高，需要的電流就越小。任何導線都存在一定的電阻，電流通過時導線電阻會白白消耗一部分功率。電流越大，消耗的功率越大，這種消耗和電流的平方成正比；當導線的截面積一定時，導線越長電阻就越大，消耗的功率也就越大。所以遠距離輸電時，我們沒辦法降低導線的電阻，只能想辦法降低電流，也就是提高電壓，所以只能采用高壓輸電。設(shè)計心得體會-想和做要結(jié)合起來說真的，剛聽說要做這個設(shè)計的時候，心里真有點怵。因為自己對此一無所知，老師講課時，也聽得云里霧里的。在器件還沒發(fā)下來的那幾天里，心里一直在打鼓：這到底該怎么做啊？可是做過的同

11、學卻說很簡單，這讓我心里很糾結(jié)。之后，通過網(wǎng)絡(luò)和書籍，我又瀏覽了一下相關(guān)知識，看看手里的器件，我不禁問自己：我能做好嗎？昨天，一聽到工具都借好了，我就趕緊那這東西去了實訓中心。對照著電路圖，我認真的擺好器件，然后就開始焊了。電烙鐵，雖說第一次接觸，但用起來并不難，可是說實話，要把它用好確實不容易。我自己控制的不好，結(jié)果焊的就有點丑。而有的同學不得不承認真是心靈手巧，焊的可漂亮了。這真是讓身為女生的我有點汗顏！不過不管怎么說，總算是自己親手把它給焊出來了，多少有點成就感。（雖說確實很微不足道，可這是我第一次感覺如此的接近我的專業(yè)）興奮完畢，趕緊插上電試試。天哪，不亮！哎，看來還是得意太早啊。后來

12、經(jīng)過我仔仔細細檢查，竟還是沒發(fā)現(xiàn)出錯的地方。我真快郁悶死了，心里想說不定那個本來就壞著呢。最后，我誠心的去請教同學，他認真的跟我一起核實電路，最終找到了問題所在：原來我少接了一根線。再感謝別人的同時，我也深深的反省著自己：為什么自己會犯這種低級錯誤，為什么自己卻看不到錯誤。之后，練完線后，發(fā)光二極管自然也就亮了。當最終完成這個課設(shè)后，我發(fā)現(xiàn)它真的很簡單?？墒俏蚁胝且驗樽约鹤鲞^了才知道它是簡單的，要是一直沒有去做，還是會覺得難，因為你不懂啊。所以說，想和做必須結(jié)合起來。平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計，那些問題就迎刃而解了，而且還可以記住很多東西。課程設(shè)計發(fā)端之始，思緒全無，舉步維艱，對于理論知識學習不夠扎實的我深感“書到用時方恨少”，于是想起圣人之言“溫故而知新”，便重拾教材與實驗手冊，對相關(guān)知識系統(tǒng)而全面進行了梳理，遇到難處先是苦思冥想再向同學請教，終于熟練掌握了基本理論知識，而且領(lǐng)悟諸多平時學習