固定直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

1、 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書課程名稱： 模擬電子技術(shù) 設(shè)計(jì)題目： 固定直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 院 系： 電子信息與電氣工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 盧月順 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 通信工程2013級(jí)2班 指導(dǎo)教師： 楊欣、趙路華 2015年5月26日 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書設(shè)計(jì)題目固定直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)學(xué)生姓名盧月順?biāo)谠合惦娮有畔⑴c電氣工程學(xué)院專業(yè)、年級(jí)、班通信工程2013級(jí)2班設(shè)計(jì)要求：1、設(shè)計(jì)制作一個(gè)直流穩(wěn)壓電源電路；2、輸入電壓為220V的交流電壓，頻率為50Hz；3、輸出直流電壓為+15V、-15V（+5V、-5V）兩種穩(wěn)定電壓；4、最大輸出電流為Iomax=1A；5、紋波電壓小于10mV，穩(wěn)壓系

2、數(shù)Sr小于5。學(xué)生應(yīng)完成的工作：設(shè)計(jì)固定直流穩(wěn)壓電源的工作原理，并利用Multisim軟件進(jìn)行電路仿真。利用DXP軟件繪制電路原理圖，并設(shè)計(jì)制作電路的PCB板。根據(jù)設(shè)計(jì)原理對(duì)電路進(jìn)行安裝調(diào)試，完成課程設(shè)計(jì)工作，并提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。參考文獻(xiàn)閱讀：1 童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）M.北京：高等教育出版社，2006. 2 臧春華.電子線路設(shè)計(jì)與應(yīng)用M.北京:高等教育出版社,2005.3 王志功，沈永朝.電路與電子線路基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2012.4 秦長(zhǎng)海，張?zhí)禊i，翟亞芳.數(shù)字電子技術(shù)M.北京：北京大學(xué)出版社，2012.5 谷樹忠，倪虹霞，張磊.Altium Designer

3、教程原理圖、PCB設(shè)計(jì)與仿真（第2版）M北京：電子工業(yè)出版社，2014.工作計(jì)劃： 5月18號(hào)課程設(shè)計(jì)說明、Multisim軟件培訓(xùn)；5月19號(hào)Multisim電路設(shè)計(jì)與仿真；5月21號(hào)用Altium Designer 09設(shè)計(jì)原理圖；5月22號(hào)用Altium Designer09設(shè)計(jì)PCB板；5月26號(hào)PCB制版，發(fā)器件；5月27號(hào)書寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告指導(dǎo)；5月28號(hào)指導(dǎo)教師驗(yàn)收設(shè)計(jì)電路結(jié)果。任務(wù)下達(dá)日期： 2015 年 5 月 18 日任務(wù)完成日期： 2015 年 5 月 28 日指導(dǎo)教師（簽名）： 學(xué)生（簽名）： 固定直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)摘 要：利用模擬電子技術(shù)設(shè)計(jì)固定直流穩(wěn)壓電源，主要運(yùn)用變壓

4、器，整流二極管，電解電容，穩(wěn)壓器等器件，該固定直流穩(wěn)壓系統(tǒng)先通過將220V市電降壓，再經(jīng)過整流二極管1N4007進(jìn)行整流，通過電容濾波之后，采用穩(wěn)壓芯片7815，7915分別對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)壓，從而輸出穩(wěn)定電壓（+15V,-15V）。關(guān)鍵詞：整流二極管1N4007；穩(wěn)壓芯片7815，7915；電路仿真；整流；濾波；穩(wěn)壓目 錄1. 設(shè)計(jì)背景11.1了解數(shù)字電路系統(tǒng)和數(shù)字電路的定義和組成11.2 掌握時(shí)鐘電路的作用及基本構(gòu)成12. 設(shè)計(jì)方案12.1任務(wù)分析12.2方案論證13. 方案實(shí)施23.1原理圖設(shè)計(jì)23.2電路仿真43.3 PCB制作53.4安裝與調(diào)試64. 結(jié)果與結(jié)論 65. 收獲與致謝66.

5、參考文獻(xiàn)77. 附 件77.1電路原理圖77.2 PCB布線圖87.3 元器件清單91. 設(shè)計(jì)背景1.1 了解固定直流穩(wěn)定電源的需求和定義在日常生活中，大部分的電子電路及設(shè)備中，一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電，如手機(jī)、平板、筆記本電腦等充電都需要使用穩(wěn)定的輸出，充電電池因使用費(fèi)用高，一般只用于低功耗便攜式的儀器設(shè)備中。生活中最常用的且最容易獲取的是220V的電網(wǎng)電壓（即市電），通過變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓，從而給電子設(shè)備進(jìn)行供電，即方便又快捷。固定直流穩(wěn)壓電源是能為負(fù)載提供穩(wěn)定直流電源的電子裝置。直流穩(wěn)壓電源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

6、變化時(shí)，穩(wěn)壓器的直流輸出電壓都會(huì)保持穩(wěn)定。 直流穩(wěn)壓電源隨著電子設(shè)備向高精度、高穩(wěn)定性和高可靠性的方向發(fā)展，對(duì)電子設(shè)備的供電電源提出了高的要求。1.2 掌握直流電源的組成和各部分的作用直流電源是能量轉(zhuǎn)換電路，將220V（或380V）50Hz的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。圖1能量轉(zhuǎn)換電路在分析電源電路時(shí)要特別考慮的兩個(gè)問題：允許電網(wǎng)電壓波動(dòng)±10，且負(fù)載有一定的變化范圍。2. 設(shè)計(jì)方案2.1 任務(wù)分析根據(jù)課程設(shè)計(jì)要求，分析可知，穩(wěn)壓直流電源是由4個(gè)1N4001的二極管，四個(gè)電解電容，分別為2個(gè)2.2mF，2個(gè)1uF；兩個(gè)330nF的電容，兩個(gè)穩(wěn)壓器：分別為1個(gè)LM7815CT,1個(gè)LM7915

7、CT。將輸入端接整流濾波電路的輸出，將輸出端接負(fù)載電阻，構(gòu)成穩(wěn)壓電路。2.2 設(shè)計(jì)方案整流電路整流電路的作用是將交流電變換成單方向的直流電。在設(shè)計(jì)中，為了克服單向半波整流電路輸出電壓低，交流分量大，效率低的缺點(diǎn)，因此選用單向橋式整流電路。（1）工作原理。圖2.1u2的正半周，D導(dǎo)通， ADRLB，uO= u2 。 u2的負(fù)半周，D截止，承受反向電壓，為u2； uO=0。（2）UO（AV）和 IL（AV）的估算。已知變壓器副邊電壓有效值為U2，圖2.2（3）二極管的選擇。考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍為±10，二極管的極限參數(shù)應(yīng)滿足:濾波電路在橋式整流電路的基礎(chǔ)上，輸出端并聯(lián)一個(gè)電容C就構(gòu)成了

8、電容濾波電路，如下圖： 圖2.3電容濾波是通過電容的儲(chǔ)能作用（充放電過程）， 即在u2升高時(shí)，把部分能量?jī)?chǔ)存起來（充電），在u2降低時(shí)， 又把儲(chǔ)存的能量釋放出來（放電），從而在負(fù)載RL上得到一個(gè)比較平滑的、近似鋸齒形的輸出電壓uo，使其脈動(dòng)程度大為降低，并且平均值提高。（1）工作原理。濾波后，輸出電壓平均值增大，脈動(dòng)變小。（2）電容的選擇及UO（AV）的估算。 圖2.4（3）優(yōu)缺點(diǎn)。簡(jiǎn)單易行，UO（AV）高，C 足夠大時(shí)交流分量較??；不適于大電流負(fù)載。穩(wěn)壓電路。1）輸出電壓2）輸出電流3）穩(wěn)壓系數(shù):表明電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)電路的穩(wěn)壓性能。 在負(fù)載電流不變時(shí)，輸出電壓相對(duì)變化量與輸入電壓變化量之比:

9、4）輸出電阻:表明負(fù)載電流變化時(shí)電路的穩(wěn)壓性能。 在電網(wǎng)電壓不變時(shí)，負(fù)載變化引起的輸出電壓的變化量與輸出電流的變化量之比: 2.3三端穩(wěn)壓器。變壓器的選取：通過查詢W7800系列芯片手冊(cè)得知兩芯片的輸入電壓得達(dá)到13V 才能正常工作，故變壓器輸出電壓有效值VU112.1/132，由于要求輸出的電壓為正負(fù)兩組，所以設(shè)計(jì)中選取220V轉(zhuǎn)±15V交流變壓器。圖2.5將輸入端接整流濾波電路的輸出，將輸出端接負(fù)載電阻，構(gòu)成穩(wěn)壓電路。圖2.6 78系列穩(wěn)壓器外形及接線圖 圖2.7 79系列穩(wěn)壓器外形及接線圖3.方案實(shí)施3.1設(shè)計(jì)總體電路圖根據(jù)需要，設(shè)計(jì)出總體電路圖,如圖3.1所示。圖3.1總體電

10、路圖3.2電路仿真在各單元電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，按照總體電路圖在仿真軟件Multisim上一一選擇器件并進(jìn)行連接，然后啟動(dòng)開關(guān)觀察。將電路在Multisim上連接好后，通過仿真，仿真結(jié)果如圖3.3所示，正向輸出壓為+15.548V，反向輸出電壓為-15.585V,考慮到由于Multisim內(nèi)部器件參數(shù)的影響，使仿真產(chǎn)生較大誤差，總體滿足設(shè)計(jì)要求。圖3.2 仿真圖圖3.3仿真結(jié)果3.3 PCB制作在布線前要在DXP中完成對(duì)電路圖個(gè)元件的封裝。在封裝時(shí)，要注意，因?yàn)閷?duì)于同一個(gè)元件可能又多種封裝方式。封裝時(shí)根據(jù)所給元件的類型選擇合適的封裝對(duì)各個(gè)元件進(jìn)行封裝。封裝完成后，把原理圖導(dǎo)入PCB板。導(dǎo)入PCB板

11、后，再對(duì)元件的位置重新手動(dòng)擺放，使盡量少的線重疊，以減少布線時(shí)的跳線出現(xiàn)。盡量使每一個(gè)元器件不互相干擾，每一個(gè)孔之間留一定的間距，防止打孔時(shí)兩個(gè)或多個(gè)孔之間串聯(lián)。將繪制好的PCB圖打印出來，通過熱轉(zhuǎn)印機(jī)將其轉(zhuǎn)到覆銅板上，放到腐蝕液（過氧化氫：鹽酸=1:1）中進(jìn)行腐蝕，之后用鉆臺(tái)給板子鉆孔，擦去油墨，焊接元器件。在焊接過程中，應(yīng)注意電容和二極管的正負(fù)極。對(duì)焊接好的電路板進(jìn)行供電，用萬用表測(cè)試其輸出電壓。3.4 安裝與調(diào)試在安裝上，我們要注意二極管有沒有插反，所以在安裝前，要仔細(xì)辨認(rèn)正負(fù)極。然后安裝好所有的電路原件后，按照電路圖逐一檢查電路有沒有漏焊的問題，接下來用萬用表逐一檢查有沒有虛焊或線路斷

12、路或線路短路。在線路沒有問題的情況下連接電源調(diào)試，之后用電源逐個(gè)模塊進(jìn)行檢查。4. 結(jié)果與結(jié)論 5. 收獲與致謝經(jīng)過兩個(gè)星期的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，××××××××××××××××××××××××××××××××××××學(xué)間的相互合作精神。通過

13、本次課程設(shè)計(jì)，我收獲了很多。首先通過實(shí)踐加深了對(duì)數(shù)字電子技術(shù)理論知識(shí)的理解，能夠初步掌握自動(dòng)化專業(yè)常用軟件的基本工具的應(yīng)用，并且親身感覺到與數(shù)字生活是如此的近距離，有說不出的喜悅與甜蜜。但是由于軟件基本功不行，設(shè)計(jì)過程中遇到了小難題，尤其在PCB布線的時(shí)候，耽誤了大量時(shí)間，在經(jīng)過不懈努力后才完成了我們的PCB板。所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)的過程中，不可對(duì)其中任意一個(gè)環(huán)節(jié)不耐心，要認(rèn)真檢查到每一根導(dǎo)線。這次課程設(shè)計(jì)我深刻意識(shí)到認(rèn)真的重要性，也許是第一次做數(shù)電課程設(shè)計(jì)，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)認(rèn)識(shí)得不夠深刻，掌握得不夠牢固，理解的不夠透徹?？傮w來說,

14、這次實(shí)習(xí)我受益匪淺.在摸索該如何設(shè)計(jì)程序使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過程中,特別有趣,培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維, 增加了實(shí)際操作能力。如果不能夠認(rèn)真謹(jǐn)慎的工作，我們的設(shè)計(jì)不會(huì)達(dá)到預(yù)期的效果。還有不論遇到什么困難，不要對(duì)自己失去信心。在以后我要更加努力學(xué)習(xí)，培養(yǎng)自己獨(dú)立思考的能力，彌補(bǔ)自身的不足，提高自己的綜合素質(zhì)。這次設(shè)計(jì)過程中我要感謝×××××××××××××××××××××××&

15、#215;××××××××××××耐心指導(dǎo)以及在設(shè)計(jì)中給出的寶貴建議和意見，教會(huì)我對(duì)DXP和Multisim的使用，以及搭檔在設(shè)計(jì)原理圖中所做的幫助，我再次表示深深的感謝！6. 參考文獻(xiàn)1 童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）M.北京：高等教育出版社，2006. 2 臧春華.電子線路設(shè)計(jì)與應(yīng)用M.北京:高等教育出版社,2005.3 王志功，沈永朝.電路與電子線路基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2012.4 秦長(zhǎng)海，張?zhí)禊i，翟亞芳.數(shù)字電子技術(shù)M.北京：北京大學(xué)出版社，2012.5 谷樹忠，倪虹霞，張磊.Altium Designer教程原理圖、PCB設(shè)計(jì)與仿真（第2版）M北京：電子工業(yè)出版社，2014.7. 附件7.1 電路原理圖 電路原理圖如圖7.1所示。圖7.1 電路原理圖7.2 PCB布線圖 PCB布線圖如圖7.2所示。圖7.2 PCB布線圖7.3 元器件清單元器件