穩(wěn)壓電源課程設計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上穩(wěn)壓電源課程設計學前要求一 課程學習方法 1. 課程預習:掌握相關的模擬電路知識及了解相關的常識2. 認真聽講,認真記錄3. 課程設計過程中獨立設計電路,規(guī)范操作,正確使用儀器儀表,做好實驗記錄4. 認真完成實驗報告(包含布線思路;穩(wěn)壓電源的實際性能;故障的排除過程) 二: 課程基本要求1. 不遲到,不早退,不曠課,不批假2. 課堂上不做與課程不相關的事情(手機關機或者調(diào)為震動)3. 做好筆記4. 值日(黑板,桌面,抽屜,地面)5. 注意事項 人身安全 養(yǎng)成良好的用電習慣 斷電操作 整個電路檢查無誤方可接入電源 正確使用儀器儀表 實驗過程中發(fā)現(xiàn)有異常現(xiàn)象,應立即觀點電

2、源,排除故障方可恢復實驗一：實訓目的1. 通過本課程設計使學生進一步掌握直流穩(wěn)壓電源的工作及有關采參數(shù)的測試方法。2. 掌握串聯(lián)型晶體管直流穩(wěn)壓電源的一般計算原則，以及初步學會電源故障分析和排除方法。3. 使學生了解電路板設計的一般要求及熟練地判斷有關元器件的性能好壞。二：實訓要求每個學生根據(jù)給定的技術指標對串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的有關參數(shù)進行設計，計算，并在自制的印制電路板上安裝，調(diào)試成功一臺直流穩(wěn)壓，并且具有一定的實用性。三：考核方法1. 裝機 40%2. 答辯 30%3. 實驗報告 20%4. 平時成績 10%四：時間安排周一：理論知識的介紹周二：設計出晶體管串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源，并繪制出印刷

3、線路圖進行腐蝕，打孔。周三：檢測元器件，焊接，裝配周四：調(diào)試及故障排除，驗收周五：答辯，交實驗報告實驗報告書寫格式一：課題名稱二：實驗目的三：技術指標四：電路選擇方案并說明工作原理五：電路的安裝調(diào)試，畫出整機原理圖六：性能測試，根據(jù)測試數(shù)據(jù)算出SV R0并作出分析七：故障分析排出八：心得體會第一章 概述一: 電壓不穩(wěn)定因素 所有用電設備對供電電壓都有一定的要求，不管是交流供電還是直流供電，都要求供電電壓穩(wěn)定在一定的范圍之內(nèi)，才能保證設備正常工作，超過了要求范圍，設備將不能正常工作，設置損壞設備，造成嚴重后果。 對于搞電子線路的工作者來說，在工作中是離不開直流穩(wěn)壓電壓電源的。每種型號的直流穩(wěn)壓電

4、源一般都是將供電電網(wǎng)的交流電壓經(jīng)變壓器降壓（或者升壓），整流濾波后采取一定的穩(wěn)壓措施來獲得一定的技術要求的直流電壓。 穩(wěn)壓器輸出的直流電壓并不是絕對不變的，只是變化較小而已，產(chǎn)生輸出電壓不穩(wěn)定的因素有：1. 電網(wǎng)電壓的變化必然引起直流輸出電壓的變化。這是因為電網(wǎng)電壓隨時都在發(fā)生變化，必然導致整流濾波后的直流電壓（即穩(wěn)壓器的輸入電壓）變化，雖經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，只能進一步減小輸出電壓的波動，達不到恒定不變的目的。2. 隨著電源負載的改變，必然引起輸出直流電壓得變化。這是因為不同的負載接入電源后，輸出電流將發(fā)生變化，從而導致直流輸出電壓的變化。3. 環(huán)境溫度的變化將影響直流輸出電壓的變化。這是因為溫度的

5、變化將引起組成電路的元器件有關參數(shù)的改變，從而引起直流輸出電壓的變化。 從上可知，穩(wěn)壓器輸出直流電壓隨輸入直流電壓，輸出電流和環(huán)境溫度的變化而變化，它們的函數(shù)表達式為 U0=f（UI.I0.T）二: 直流穩(wěn)壓電源的性能指標1. 特性指標 最高輸出電壓U0 一般要求輸出電壓能連續(xù)可調(diào)，或具有一定的調(diào)節(jié)范圍也有少數(shù)的定壓輸出電源，用途范圍不廣。 最大輸出電流I0 通常是指調(diào)整管所允許的通過最大電流 保護特性 在串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中，由于調(diào)整管與負載想串聯(lián)，當輸出過載或短路時，通過調(diào)整管的電流和加在其上的電壓以及相應的集電極功耗將迅速增加，并有可能超過其極限運行參數(shù)而導致調(diào)整管損壞，所以要對調(diào)整管加以保

6、護，以防止其過流，過壓和過熱。2. 質(zhì)量指標 穩(wěn)壓系數(shù)a. 絕對穩(wěn)壓系數(shù) 設穩(wěn)壓器的輸入電壓Ui變化量為Ui,而引起輸出U0變化量為U0,則Ui和U0之間關系可以用K表示: K=U0/Ui 或 U0=K*UiK稱為絕對穩(wěn)壓系數(shù)或輸入調(diào)整因素,它表示輸入電壓變化Ui引起多大輸出電壓的變化,所以K數(shù)值越小越好,K越小,說明Ui引起的U0輸出電壓越穩(wěn)定. 但在評論和比較穩(wěn)壓電源質(zhì)量好壞西給性能優(yōu)劣時,K的大小不一定能完全說明問題.例如,在甲,乙兩臺穩(wěn)壓電源,輸入電壓都是12V,甲電源輸出電壓為6000V,乙電源輸出電壓為6V,它們輸入電壓Ui的變化量Ui都為1.2V,甲電源輸出電壓引起了6V變化,而

7、乙電源輸出電壓引起了0.6V變化,可以計算,甲電源的絕對穩(wěn)壓系數(shù):K甲=6V/1.2V=5, 而乙電源的絕對穩(wěn)壓系數(shù)K乙=0.6V/1.2V,那么,K甲>K乙,是否可以說:甲電源的穩(wěn)定優(yōu)劣于乙電源的穩(wěn)定性呢?顯然不能!甲電源輸出電壓6000V僅變化6V,相當于變化6/6000=0.1%,這說明甲電源的電壓穩(wěn)定性是很強的.而乙電源輸出電壓6V,變化0.6V,相當于變化0.6/6=10%,幾乎談不上穩(wěn)定,這說明單從絕對穩(wěn)壓系數(shù)K的大小不能說明電源的電壓穩(wěn)定性好壞.b. 相對穩(wěn)壓系數(shù)若從電壓的相對變化量去考慮,假定輸入電壓Ui變化Ui ,則輸入電壓的相對變化量為Ui/ Ui . 而引起輸出電壓

8、U0 的變化量U0 ,則輸出電壓相對變化量為U0/ U0.既考慮輸入電壓的相對變化量. Ui/ Ui又考慮到輸出電壓的相對變化量U0/ U0,則它們之間的關系為:S=(U0/ U0)/( Ui/ Ui) S則稱為電源的相對穩(wěn)壓系數(shù),或簡稱為穩(wěn)壓系數(shù). S的大小可直接反映出電源質(zhì)量的好壞,以上例來分析:甲電源的穩(wěn)壓系數(shù):S甲=0.01 乙電源穩(wěn)壓系數(shù)S乙=1 S甲<<S乙,這說明電源甲的輸出電壓穩(wěn)定性遠優(yōu)于電源乙.S的大小于電源的那些因素有關呢?(1) 與電源的取樣比N有關.取樣比n越大,S就越小.這就是因為n越大,加到比較放大器輸入端的電壓變化量越大,那么此電壓變化量經(jīng)比較放大器放

9、大后送到調(diào)整管基極的電壓也就越強,因此,調(diào)整管就越靈敏,輸出電壓就越穩(wěn)定.(2) 與比較放大器的放大倍數(shù)AU有關. AU越大,S就越小.因為 AU越大,盡管取樣電壓相同,但作用到調(diào)整管的基極電壓就大,那么調(diào)整管調(diào)整就越靈敏,輸出電壓必然越穩(wěn)定.(3) 與穩(wěn)壓管的動態(tài)電阻rD有關, rD越小,S就越小.這是因為rD越小,基準電壓就越穩(wěn)定, AU也就越大. 內(nèi)阻R0穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻也就是電源的輸出電阻.其反映了當負載RL發(fā)生變化時,引起輸出電壓V0的變化程度.它定義為:在輸入電壓Vi不變得前提下.輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比,即:R0=|=0顯然R0越小越好,因為R0越小,當負載變化時,輸出電

10、壓越穩(wěn)定. 溫度系數(shù)aT定義式： KT表示溫度變化引起輸出電壓變化的程度。 文波電壓在直流穩(wěn)壓電源中，電網(wǎng)電壓經(jīng)整流濾波后所輸出的直流電壓中，總含有周期性的脈動成份，這就是交流分量，該交流分量電壓加到具有一定濾波作用的穩(wěn)壓器輸入端，仍不能將它濾除干凈，再穩(wěn)壓器輸出端還有較小的交流分量存在，這就是紋波電壓。通常用交流分量的有效值或峰峰值表示。三：直流穩(wěn)壓電源的基本組成 直流穩(wěn)壓電源包括整流，濾波，和穩(wěn)壓電路組成。其框圖如下 電源變壓器：1. 降壓作用2. 隔離作用電子設備與電網(wǎng)的隔離整流電路：交流電壓轉(zhuǎn)變成單向脈動直流電1. 半波整流U0=U2=0.45U22. 全波整流3. 橋式整流橋式整流電

11、路在同樣的變壓器電壓作用下，它的整流輸出電壓比半波整流的要高。脈動系數(shù)比半波整流的要低，而每個整流管所承受的反向峰值電壓比全波整流的要小，所以橋式整流電路應用廣泛。濾波電路：經(jīng)整流后的電壓仍具有較大的交流分量，必須通過濾波電路將交流分量濾掉。盡量保留其輸出中的直流分量，才能獲得比較平滑的直流分量?？梢岳秒娙輧啥穗妷翰荒芡蛔兓蛄鹘?jīng)電感的電流不能突變的特點，將電容與負載并聯(lián)，或?qū)㈦姼信c負載串聯(lián)就能起來濾波作用。穩(wěn)壓電路： 由于濾波后的直流電壓UI受電網(wǎng)電壓的波動和負載電流變化的影響（T的影響）很難保證輸出電流電壓的穩(wěn)定。所以必須在濾波電路和負載一直加上穩(wěn)壓電路，才能保證輸出直流電壓的進一步穩(wěn)定。

12、第二章 串聯(lián)型晶體管直流穩(wěn)壓電源的設計原則 設計直流穩(wěn)亞電源就是依據(jù)給定的技術指標：確定整流，濾波和穩(wěn)壓電路的方案，并計算各元器件的參數(shù)，確保穩(wěn)壓電源在不理利的情況下也能正常工作。下邊我們重點討論穩(wěn)壓電路的設計原則和計算方法。一：選擇穩(wěn)壓電路的一般原則 初選電路：并不是電路選擇越復雜越好，應該根據(jù)實際的需要，選用既可以滿足指標要求，而又比較簡單的電路1. 當電網(wǎng)電壓波動不大，穩(wěn)定度要求不高，可采用簡單的典型的穩(wěn)壓電路，如圖所示：2. 如果電網(wǎng)電壓波動較大，且電壓穩(wěn)定度要求較高時可選用具有上輔助電源或具有恒流源的穩(wěn)壓電路a. 采用上輔助電源的穩(wěn)壓電路（P11 圖7）由于采用單獨電源給比較放大器供

13、電，這樣就可以消除輸入電壓波動的影響。同時，因為U0+UZ>UZ R4的取值可以加大，這有利于比較放大器電壓放大倍數(shù)AU2的進一步提高，從而使輸出電壓的穩(wěn)定度獲得提高。在電路設計時，一般取UZ=(1.5-2) UZ為保證UZ穩(wěn)定，取UZ >2UZ限流電路R為（UIMIN- UZ）/（IC2+IZMIN）b. 用恒流源負載代替T2的r4 我們知道提高比較放大器的電壓放大倍數(shù)AU2。可采用加大R4的放大，但是R4很大時，有可能使VC2降很低，造成T1截止或T2飽和，為解決這個問題，我們可采用直流電阻小而交流電阻大的恒流源電路來取代R4，其電路如圖所示：（P10 圖6）設計時UZ2的取值

14、不宜過大，一般為34V。因為UZ2取值小些，R5可取大一些，從而提高UZ的穩(wěn)定性。同時UZ2<6V時，可具有負的溫度系數(shù)，可以補償恒流管T3發(fā)射結(jié)電壓隨溫度變化的而變化。 3. 如果電源的工作環(huán)境溫度變化較大，為提高溫度穩(wěn)定性，比較放大器可選用差動放大器，電路如圖所示。（P12 圖8）由于采用了差分放大器作為比較放大器，不但可以減小比較放大器的溫度漂移，提高了溫度的穩(wěn)定性，而且還由于穩(wěn)壓管DZ由放大管的發(fā)射極接到基極，因為基極的電流變化量總小于對射極電流的變化量，所以此時流過穩(wěn)壓管的直流的變化量較之放在發(fā)射極要小的多，從而保證了基準工作電壓的穩(wěn)定。4. 如果穩(wěn)壓電源要求輸出電壓調(diào)整范圍較

15、大，必須從零電壓調(diào)起，則可選用具有帶輔助電源的穩(wěn)壓電路。二： 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成及工作原理1. 電路的組成及各個元器件作用典型的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是由調(diào)整環(huán)節(jié)，比較放大環(huán)節(jié)，基準環(huán)節(jié)和取樣環(huán)節(jié)所組成的電壓負反饋閉環(huán)系統(tǒng)。取樣環(huán)節(jié)：由R1,R2組成的分壓電路。它將輸出電壓U0的變化取回一部分US（稱取樣電壓）送刀比較放大器的基極?；鶞虱h(huán)節(jié)：由限流電阻R3和穩(wěn)壓管DZ組成，為比較放大器T2的發(fā)射極提供一個穩(wěn)定的基準電壓UZ。比較放大環(huán)節(jié)：由T2,R4組成，R4為T2的集電極負載電阻。比較放大器對取樣電壓YS和基準電壓UZ的差值進行放大，去控制T1的基極。調(diào)整環(huán)節(jié)：由基極偏置電阻R4及調(diào)整管組成。實際

16、它是一個射極輸出器調(diào)整管T1起電壓調(diào)節(jié)作用，其C，E極間的管壓降UCE1受比較放大器誤差電壓的控制，由于起電壓調(diào)節(jié)作用的調(diào)整管T1與負載是串聯(lián)的，故稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。2. 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理當輸入電壓UI增加（或負載電流I0減?。r，必然導致輸出電壓U0的增加，經(jīng)R1,R2分壓，在R2上的取樣電壓USU0R2/(R1+R2)也增加，于是差值電壓UBE2US-UZ也增加，比較放大器的IC2增加，其集電極電壓UC2則下降，從而導致T1管IC1的減小則T1管UCE1增大，輸出電壓U0=UI-UCE1的增加受到抑制，使U0維持基本恒定。反之同理。電壓調(diào)整過程簡要表示如下：UIU0USUbe2U

17、c2Ub1Ube1Uce1U0RLI0U0USUbe2Uc2Ub1Ube1Uce1U0需改變輸出電壓時，只要調(diào)節(jié)電位器，便可實現(xiàn)（在R1,R2之間）綜上所屬，晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電源主要由變壓器，整流，濾波，調(diào)整管，取樣電路，基準電壓和比較放大器等部分組成。此外，還有過流保護電路。串聯(lián)型穩(wěn)壓電源方框圖如下：實際上是一個電壓負反饋電路。反饋電壓UB2從輸出電壓U0中取出，與基準電壓UZ相比較，然后將差值電壓進行放大去控制調(diào)整管，調(diào)節(jié)其管壓降UCE使輸出電壓重新恢復刀原來的數(shù)值上來。第三章 穩(wěn)壓電源安裝與調(diào)試一:技術指標1. 電網(wǎng)電壓變化220V+-10%2. 輸出直流電壓U0=10V3. 最大輸出電

18、流IL=500MA4. 穩(wěn)壓系數(shù)SV<=0.055. 電源內(nèi)阻R0<=0.16. 負載電流為1.2IL=600MA時,過流保護電路工作.二:整機原理圖三:印制電路板圖附:元器件清單R 43K 910 51 5.1 200*2 300C 25V1000UF *21N4007 *49013 *33DD152CW13470電位器第四章 印制電路板的制作 整機裝配要求所有的元器件(除部分變壓器外)應全部在印制電路板上進行插裝 焊接.敷銅板是將銅箔粘合在環(huán)氧板上制作而成的.而印刷電路板是根據(jù)我們所需要的電路,在敷銅板上進行合理設計,并經(jīng)三氯化鐵水溶液腐蝕掉不需要的 銅箔而保留下我們所需要的導

19、電銅箔線條;其整個過程是:線路板設計 制版 腐蝕 打孔 插裝 焊接在印刷電路板上元器件排列和布線的基本原則是:1. 分離出不能安裝在印刷現(xiàn)路上的元器件,如電源開關,電源變壓器 較大的調(diào)節(jié)電位器等.2. 所有元器件應安裝在印制電路板無銅箔的一面.3. 元器件在印制電路板上固定方式友直立式和臥立式兩種.直立式排列占板面積小,密集度高,結(jié)構緊湊,體積小,臥式排列安裝牢固,維修方面.工作頻率不高,兩種方式均可使用.當工作頻率較高,元器件引腳盡可能短,并最好采用臥式排列,排列一般按水平,垂直兩個方向排列,較整齊美觀.4. 元器件在印制板上排列,一般應按信號傳遞順序排列,并考慮與外接元器件連接引線方便.5

20、. 布線時一般將公共地線布置在印制板最邊緣,故地線較長,為減小地線電阻,地線應當盡量粗些.電源,濾波,控制等低頻元件和導線設邊緣布置,高頻元件放大管放中間.6. 輸入端和輸出端引線間距離盡可能遠一些,以免干擾或產(chǎn)生寄生耦合.各元器件間的連線不宜過長,或平行布線,以免寄生感應.7. 印制板上每級電路的地線一般應自成封閉回路,以減小信號電流通過公共地線產(chǎn)生極間耦合.8. 放大倍數(shù)很高的放大器,應采取屏蔽措施,并盡可能遠離磁場源器件,一面受到磁場干擾.9. 再初步安排好每個元器件位置后,用虛線繪出元器件輪廓,標出焊點標記,并檢查這些焊點分布是否均勻合理,否則,排列位置再做適當調(diào)整.然后把電路上應連接

21、的點用線條連接,繪成草圖.連接不應有交叉點,最后加粗線條,繪成線路板.銅箔導線的寬度,應視通過電流大小而定,一般MA級電流寬度12MM.若通過電流大,應加寬銅箔導線,盡可能將銅箔導線的焊點繪成原環(huán)形,其最小半徑不得小于銅箔導線寬度.自阿銅箔導線轉(zhuǎn)彎角外應有個圓弧,不能成直角.草圖坐標紙復寫紙反圖復制到不干膠上第五章 元器件檢測在將元器件插裝到印制電路板上之前,應對所裝配的元器件進行檢測,保留合格品,更換不合格品.1. 電源變壓器的檢測2. 電阻器的檢測a.可變電阻器b.普通色環(huán)電阻先讀后測3. 電容的檢測用萬用表R×1K檔（容量大的用1×100）。將黑表筆接電解電容的正極。

22、紅表筆接負極，此時表針應突然向右偏轉(zhuǎn)，然后逐步逆時針復原（若表針不動，說明電容內(nèi)部開路，若阻值為0說明內(nèi)部短路）。根據(jù)表針擺動幅度大 則容量大，幅度小，則容量小。根據(jù)表針的復原程度，判斷電容器的漏電阻值為幾百千歐到幾千千歐 漏電阻值越大，說明電容器兩個電極之間的絕緣性越好。4. 晶體管的檢測a.二極管用萬用表R×100或R×1K，將黑表筆接二極管的一個極，紅表筆接的是正極，若此時萬用表顯示阻值較小，且方向接阻值為無窮大。則黑表筆先接的管腳為正，另一個為負。若兩次阻值較小，說明二極管內(nèi)部短路。若兩次測得阻值均大，說明二極管內(nèi)部開路b.晶體三極管三極管的管型和管腳的判別 用萬用

23、表的R×100檔，將萬用表的任一表筆接三機關的任一管腳，另一表筆分別接觸另兩個管腳，總有一次會出現(xiàn)阻值都很小的一次，則與公共表筆接觸的那一管腳為基極，如公共表筆為黑表筆，則該腳為公共正極，此管為NPN型三極管。若公共表筆為紅色表筆，則該腳為公共負極，此管為PNP型三極管。確定基極后，假定其余的兩只腳中的一只是集電極，另一只為發(fā)射極，用潮濕的手把假設的集電極和基極捏起來，將黑表筆接假設的集電極，紅表筆接假設的發(fā)射機觀察阻值。假設相反觀察阻值，阻值小的那次為判斷正確。判斷PNP型管，仍用上述方法但必須把表筆極性對調(diào)一下。Icb0和ß值 用萬用表R×1檔NPN型管 黑表筆接C極 紅表筆接E極 測出的阻值在幾百歐以上（鍺管在數(shù)千歐以上）說明Iceo較小，此值越大Iceo越小，若此值近似為0說明管子擊穿。 用兩手捏住B，C極，黑表筆接C極，紅表筆接E極。若指針擺動幅度越大，則說明該管放大能力強，ß值大。（對于PNP型管測試時應表筆對換）。第六章 元器件的