12V對(duì)稱穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

1、精選文檔荊楚理工學(xué)院電子課程設(shè)計(jì)成果 學(xué)院： 電子信息工程學(xué)院 班 級(jí)學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 設(shè)計(jì)地點(diǎn)（單位）： D1102 設(shè)計(jì)題目： ±12V對(duì)稱穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 完成日期： 2016年6月23日 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ): _ _ _成績(jī)(五級(jí)記分制): 教師簽名: ±12V對(duì)稱穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)一、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)一個(gè)±12V對(duì)稱穩(wěn)壓電源，實(shí)現(xiàn)其基本功能。要求輸入220V,50Hz的交流電，輸出為±12V的對(duì)稱穩(wěn)壓直流電，完成實(shí)際電路制作，測(cè)試相關(guān)電路參數(shù)，進(jìn)一步掌握其基本原理。二、 方案設(shè)計(jì)與論證此設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)雙路輸出12V穩(wěn)壓電源，該電源包含以下幾個(gè)部分：變

2、壓器、整流橋、濾波電路、穩(wěn)壓電路、高頻噪聲靜躁電路。以上各部分的作用如下：變壓器：變壓器是將220V 50Hz的交流電壓變換成整流電路所需要的交流電壓。整流橋：整流橋的作用是將交流電變成直流電，完成這一任務(wù)主要是靠整流二極管的單向?qū)ㄗ饔谩V波電路：濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗原件組成。穩(wěn)壓電路：將輸出電壓保持在一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值。高頻噪聲靜躁電路：濾除電路中出現(xiàn)的高頻噪聲。方案一：±12V對(duì)稱穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)由輸入、變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓、去噪聲、輸出幾部分組成 。輸入為220V 50Hz的正弦交流電，我們采用W7812和W7912三端集成穩(wěn)壓器組成的正、負(fù)雙向直流電可

3、以滿足輸出電壓為±12V的要求。整流電路采用的是單相橋式整流電路。濾波電路可以采用四個(gè)1N4007二極管來(lái)進(jìn)行濾波。電源變壓器要為后面的穩(wěn)壓電源部分W7812和W7912提供電源，所以選用220V 50Hz雙12V的變壓器。由于濾波電容C的容量比較大，本身就存在較大的等效電感，對(duì)于引入的各種高頻干擾的抑制能力很差。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在電容C兩端并聯(lián)一只小容量的電容就可以有效的抑制高頻干擾。方案二：晶體管串聯(lián)型±12V對(duì)稱穩(wěn)壓電源電路主要元件包括：晶體三極管、限流電阻、穩(wěn)壓二極管、以及濾波電容。令限流電阻與穩(wěn)壓二極管串聯(lián)，并聯(lián)在電源與地之間，便可以在穩(wěn)壓二極管上得到穩(wěn)定的電壓

4、。之后由NPN型三極管射極輸出、集極接電源輸入，穩(wěn)壓二極管接基極。由于發(fā)射極與基極PN結(jié)間電壓固定，因此電路的輸出電壓等于穩(wěn)壓二極管的電壓與PN結(jié)電壓之和。經(jīng)過(guò)比較，我們選用方案一，因?yàn)榉桨敢怀杀镜?，制作?jiǎn)單，同時(shí)也能穩(wěn)定輸出我們所需的±12V電壓。三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算1.變壓器：電源變壓器的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電，變壓器副邊與原邊的功率之比為P2/P1=n，式中n 是變壓器效率。根據(jù)電路要求，我們選擇了±12V 30W的變壓器。2.整流電路：在穩(wěn)壓電源中一般用四個(gè)二極管組成橋式整流電路，整流電路的作用是將交流電壓U2變換成脈動(dòng)

5、的直流電壓U3。濾波電路一般由電容組成，其作用是把脈動(dòng)直流電壓U3中大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓U1.U1與交流電U2的有效值U2的關(guān)系為：U1=（1.11.2）U2在整流電路中，每只二極管所承受的最大反向電壓為：URM=U2流過(guò)每只二極管的平均電流為：ID=IR/2=0.45U2/R其中，R為整流濾波電路的負(fù)載電阻，它為電容C提供放電通路，放電時(shí)間常數(shù)RC應(yīng)該滿足：RC>（35）T/2其中，T=200ms是50Hz交流電的周期。3.濾波電路：經(jīng)過(guò)整流后的電路仍然含有較多的交流部分，所以我們要經(jīng)過(guò)濾波電路的處理。濾波電路采用的是電容濾波電路，所選用的電容是耐壓值為25V、容

6、量為1000uF的電解電容和耐高溫、穩(wěn)定性強(qiáng)的0.1uF的獨(dú)石電容。濾波電容的選擇：RC=（35）一般選擇幾十至幾千微法的電解電容，耐壓>1.1U24.穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，三端集成穩(wěn)壓器和電壓可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器，開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電路（電源效率可調(diào)高）。本設(shè)計(jì)采用三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器：W78××系列輸出正電壓W79××系列輸出負(fù)電壓××表示輸出電壓值，本設(shè)計(jì)中采用7812和7912穩(wěn)壓器。在它的基本應(yīng)用電路中要注意：三端集成穩(wěn)壓器輸入、輸出電壓差為23V.C3、C4、C7、用來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激和抑制電

7、路引入的高頻干擾。取電容=1uF。.C5是電解電容，用來(lái)減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。四、總原理圖和元件清單1.總原理圖2.元件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注TR1變壓器輸入220V，輸出12V×2 30VA1D1、D2、D3、D41N4007最大平均整流電流1A，最大反向耐壓1000V4C1、C2、C5、C6鋁電解電容25V/1000uF4C3、C4、C7、C8獨(dú)石電容、1040.1uF4U1L7812輸入電壓為14.8V到27V，輸出電壓最大12V，電流1A1帶散熱片U2L7912輸出-12V，1.5A1帶散熱片萬(wàn)用電路板9CM*15CM1五、安裝與調(diào)試按照電路圖

8、連接好電路后，用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)試。1.靜態(tài)調(diào)試：輸入為220V 50Hz，輸出應(yīng)該為±12V。2.動(dòng)態(tài)調(diào)試：通電后，用萬(wàn)用表測(cè)試輸出電壓分別為+12.11V和-12.27V。六、性能測(cè)試分析1.在protues中進(jìn)行分步仿真，并在實(shí)驗(yàn)室實(shí)際測(cè)量，觀測(cè)輸出波形。(1).變壓部分：變壓器接交流電，輸出接示波器，觀測(cè)波形。仿真時(shí)，這個(gè)部分沒(méi)有誤差，輸入為220V 50Hz，輸出為±12V，50Hz（如上圖）。而實(shí)際電路中測(cè)量波形也相同（如下圖）。(2).整流部分仿真時(shí)，這部分沒(méi)有誤差（如上圖）。同理，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量波形也相同，僅有少許干擾（如下圖）。(3).濾波部分在protues中

9、仿真時(shí)可以看出波形中已經(jīng)很平滑（如上圖），而在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量實(shí)際電路時(shí)波形也很平穩(wěn)（如下圖）。(4).穩(wěn)壓部分在仿真時(shí)，輸出電壓已經(jīng)是直流了，很平穩(wěn)（如上圖），實(shí)驗(yàn)室測(cè)試波形也如此（如下圖）。2.測(cè)試性能指標(biāo)穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來(lái)衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)，輸出電阻，紋波電壓及溫度系數(shù)。本設(shè)計(jì)中，我們主要測(cè)試其穩(wěn)壓系數(shù)S、輸出電阻R0和紋波電壓。(1).測(cè)量穩(wěn)壓系數(shù)S穩(wěn)壓系數(shù)定義為：當(dāng)負(fù)載保持不變時(shí)，輸出電壓相對(duì)變化量與輸入電壓相對(duì)變化量之比。穩(wěn)壓系數(shù)反映電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響，越小

10、越好。在protues中改變輸入電壓，使輸入到變壓器的交流電壓分別為220V±10%，測(cè)量穩(wěn)壓電源的輸出電壓，根據(jù)公式計(jì)算穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)S。在這里，我選用330的電阻作為負(fù)載。仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：輸入(V)正電源輸出(V)負(fù)電源輸出(V)穩(wěn)壓系數(shù)13.111.4-11.9S1(正)=1.18212.010.1-10.7S1(負(fù))=-1.09115.012.0-12.0S2(正)=0.633S2（負(fù)）=-0.433(2).測(cè)量輸出電阻R0輸出電阻R0定義為：當(dāng)穩(wěn)壓電路輸入電壓保持不變時(shí)，由于負(fù)載變化而引起的輸出電壓變化之比與輸出電流變化之比。輸出電阻反映穩(wěn)壓電路受負(fù)載變化的影響，越小

11、越好。在仿真時(shí)我分別選用50和100電阻來(lái)作為負(fù)載。仿真數(shù)據(jù)如下負(fù)載（）正電源輸出負(fù)電源輸出輸出電阻R0電壓（V）電流（A）電壓（V）電流（A）5011.400.21-11.90-0.23R0(正)=4.50R0（負(fù)）=3.3310010.950.11-11.50-0.11實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)如下負(fù)載（）正電源輸出負(fù)電源輸出輸出電阻R0電壓（V）電流（A）電壓（V）電流（A）5012.030.15-12.14-0.08R0（正）=0.2R0（負(fù)）=110012.040.10-12.15-0.04(3).紋波電壓所謂紋波電壓，是指在額定負(fù)載條件下，輸出電壓中所含交流分量的有效值或峰值。經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓作用，可以

12、使整流濾波后的紋波電壓大大降低，降低的倍數(shù)反比于穩(wěn)壓系數(shù)S。測(cè)量紋波電壓可以先用示波器將整個(gè)波形捕獲，然后將關(guān)心的紋波部分放大來(lái)測(cè)量。Protues中仿真數(shù)據(jù)如下，我們采用100電阻作為負(fù)載。負(fù)載（）紋波電壓100正電源輸出（V）負(fù)電源輸出（V）0.4-0.425(4).實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)正電源輸出負(fù)電源輸出輸出電壓(V)12.11-12.27加50負(fù)載時(shí)，最大輸出電流(A)0.15-0.08七、結(jié)論與心得經(jīng)過(guò)了兩個(gè)星期的努力，終于完成了±12V對(duì)稱穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)制作。剛開(kāi)始時(shí)，選題就花了一整天。由于是第一次做課程設(shè)計(jì)，總是擔(dān)心所選的課題太難，擔(dān)心自己水平不足，做不出作品。然而，當(dāng)我真正選好這

13、個(gè)課題，并嘗試去制作時(shí)，發(fā)現(xiàn)它并沒(méi)有想象中的那么難。我們?cè)诖蠖r(shí)就已經(jīng)學(xué)過(guò)了模電，在那本書(shū)上的第十章就有關(guān)于直流穩(wěn)壓電流源制作的介紹，同時(shí)，我們?cè)谏夏ｋ妼?shí)驗(yàn)課時(shí)，也做過(guò)直流穩(wěn)壓電源的實(shí)驗(yàn)。并且，我們這學(xué)期也在學(xué)習(xí)數(shù)電。其實(shí)，我剛開(kāi)始的擔(dān)心是多余的，有了我們之前學(xué)習(xí)模電、數(shù)電的基礎(chǔ)，我完全可以獨(dú)立完成±12V對(duì)稱穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與制作，它無(wú)非就是在我們之前學(xué)的基礎(chǔ)上有了一些加深而已。在制作過(guò)程中，我先從仿真開(kāi)始，這一過(guò)程也讓我對(duì)protues這個(gè)軟件有了更深一步的了解。仿真也花了我?guī)滋鞎r(shí)間，但最后我通過(guò)查閱資料，也終于順利的完成了仿真。我的仿真圖給王老師看過(guò)后，王老師也確認(rèn)沒(méi)有問(wèn)題，可以動(dòng)手制作了。由于有了之前的仿真設(shè)計(jì)，我在實(shí)際焊接制作時(shí)，也沒(méi)有犯錯(cuò)，所有的連線都是按仿真圖里面來(lái)接的。焊接好后，經(jīng)過(guò)測(cè)試，它的輸出電壓也在±12