設(shè)計制作一串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源電路可行性報告

1、10 設(shè)計制作一串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源電路可行性報告摘要當(dāng)今社會人們極大的享受著電子設(shè)備帶來的便利， 但是任何電子設(shè)備都有一 個共同的電路 - 電源電路。 大到超級計算機、 小到袖珍計算器， 所有的電子設(shè)備 都必須在電源電路的支持下才能正常工作。 當(dāng)然這些電源電路的樣式、 復(fù)雜程度 千差萬別。 超級計算機的電源電路本身就是一套復(fù)雜的電源系統(tǒng)。 通過這套電源 系統(tǒng)，超級計算機各部分都能夠得到持續(xù)穩(wěn)定、符合各種復(fù)雜規(guī)范的電源供應(yīng)。 袖珍計算器則是簡單多的電池電源電路。不過你可不要小看了這個電池電源電 路，比較新型的電路完全具備電池能量提醒、 掉電保護等高級功能。 可以說電源 電路是一切電子設(shè)

2、備的基礎(chǔ)，沒有電源電路就不會有如此種類繁多的電子設(shè)備， 我們的生活也就不會這么豐富多彩了。電源技術(shù)是一門實踐性很強的工程技術(shù)， 服務(wù)于各行各業(yè)。 當(dāng)今電源技術(shù)融 合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。隨著計算機和通 訊技術(shù)發(fā)展而來的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電子技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景， 同時也給電源提出了更高的要求。 隨著數(shù)控電源在電子裝置中的普遍使用， 普通 電源在工作時產(chǎn)生的誤差， 會影響整個系統(tǒng)的精確度。 電源在使用時會造成很多 不良后果，世界各國紛紛對電源產(chǎn)品提出了不同要求并制定了一系列的產(chǎn)品精度 標(biāo)準。只有滿足產(chǎn)品標(biāo)準，才能夠進入市場。隨著經(jīng)濟全球化的發(fā)展，滿足國際

3、 標(biāo)準的產(chǎn)品才能獲得進出的通行證。由于電子技術(shù)的特性， 電子設(shè)備對電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、 滿足 負載要求的電能， 而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。 提供這種穩(wěn)定的 直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。 直流穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有十分重要的 地位。目錄 TOC o 1-5 h z 模擬電路課程設(shè)計任務(wù)書 1.摘要2 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 一、設(shè)計任務(wù)與要求 4. HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)及對穩(wěn)壓電源的要求 4. HYPERLINK l boo

4、kmark6 o Current Document 二、電路與原理分析與方案設(shè)計 5. HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 2.1電路設(shè)計 5. HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 方案論證與比較 6. HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 三、單元電路分析與設(shè)計 7. HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 3.1基本方案介紹 7. HYPERLINK l bookmark16 o Current Docume

5、nt 3.2單元電路分析 7. HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 3.2.1變壓電路 7. HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 3.2.2整流電路 8. HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 3.2.3濾波電路 1.0. HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 3.2.4穩(wěn)壓電路 1.2. HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 元件電路參數(shù)計算 1.3 HYPER

6、LINK l bookmark28 o Current Document 四、總原理圖和仿真 1.5. HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 五、安裝與調(diào)試及性能測試與分析 1.6 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 六、結(jié)論與心得 1.6.七、附錄 2.1. HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 原件清單 2.1.參考書目 21一、設(shè)計任務(wù)與要求1.1 穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)及對穩(wěn)壓電源的要求（1）穩(wěn)定性好當(dāng)輸入電壓U （整流、濾波的輸出電壓）在規(guī)定范圍內(nèi)變

7、動時，輸出電壓 Uo 的變化應(yīng)該一般要求很小。由于輸入電壓變化而引起輸出電壓變化的程度， 稱為穩(wěn)定度指標(biāo)， 常用穩(wěn)壓 系數(shù) Sr 來表示， Sr 的大小，反映一個穩(wěn)壓電源克服輸入電壓變化的能力。在同 樣的輸入電壓變化條件下， Sr 越小，輸出電壓的變化越小，電源的穩(wěn)定度越高。 通常情況下 Sr 約為 10-210-4。（2）. 輸出電阻小負載變化時（從空載到滿載），輸出電壓Uo,應(yīng)基本保持不變。穩(wěn)壓電源這 方面的性能可用輸出電阻表征。輸出電阻（又叫等效內(nèi)阻）用r表示，它等于輸出電壓變化量和負載電流變 化量之比。r 反映負載變動時，輸出電壓維持恒定的能力， r 越小，則電壓變化時輸出 電壓的變化

8、也越小。性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源，輸出電阻可小到 1 歐，甚至 001 歐。（ 3） . 電壓溫度系數(shù)小當(dāng)環(huán)境溫度變化時， 會引起輸出電壓的漂移。 良好的穩(wěn)壓電源， 應(yīng)在環(huán)境溫 度變化時， 有效地抑制輸出電壓的漂移， 保持輸出電壓穩(wěn)定， 輸出電壓的漂移用 溫度系數(shù) KT 來表示。（4） . 輸出電壓紋波小所謂紋波電壓，是指輸出電壓中 50Hz或100Hz的交流分量，通常用有效值 或峰值表示。 經(jīng)過穩(wěn)壓作用， 可以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) Sr。1.2 串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源的設(shè)計要求 設(shè)計要求：（1）輸出直流電壓1.5V10V可調(diào)；（2）輸出電流lom=30

9、0mA（有電流擴展功能）;（3）穩(wěn)壓系數(shù)Sr 0.05 ;（ 4）具有過流保護功能。二、電路與原理分析與方案設(shè)計2.1 電路設(shè)計根據(jù)目前所學(xué)知識，主要有以下兩種設(shè)計方法（1）晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路電路框圖如圖1所示的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓部分由取樣電路、基準電路、 比較放大和調(diào)整電路等部分組成。其中 R4 R6和RP組成取樣電路，R4 R6和Rp為取樣電阻；R1和D2組成基準電壓電路，放大器是比較放大電路，R2和Q3的作用是限流保護電路，Q1、Q2兩個晶體管合起來組成調(diào)整管，起調(diào)整作用。穩(wěn)壓過程如下：當(dāng)輸出電壓Uo發(fā)生變化時，通過取樣電路把Uo的變化量取 樣加到放大管V2的基極。而由R1和Vz

10、組成的基準電路為V2的發(fā)射極提供基準 電壓Uz。由R2、晶體管和放大器組成的放大電路把取樣電壓和基準電壓進行比 較放大后，輸出調(diào)整信號送到調(diào)整管的基極，控制調(diào)整管進行調(diào)整，以維持Uo基本不變。1N4M1Aai7M1711R2100廠-4-5VL Id=0.45V2 /RL二極管的最大反向工作電壓 V必須大于二極管實際所承受的最大反向峰值電壓Vd:V Vd=1.414V2323濾波電路作用：對整流電路輸出的脈動直流進行平滑， 使之成為含交變成份很小的直 流電壓。說明：濾波電路實際上是一個低通濾波器， 截止頻率低于整流輸出電壓的基 波頻率。本次設(shè)計用的是電容濾波電路。電路組成：如圖7所示（橋式整流

11、、電容濾波）圖7電容濾波電路電容濾波原理：電容是一個能儲存電荷的元件。有了電荷，兩極板之間就 有電壓UC=Q/C在電容量不變時，要改變兩端電壓就必須改變兩端電荷，而電 荷改變的速度，取決于充放電時間常數(shù)。時間常數(shù)越大，電荷改變得越慢，則電 壓變化也越慢，即交流分量越小，也就“濾除” 了交流分量。工作原理及其作用后波形圖（圖 8、圖9所示）：圖8濾波前后的波形圖1、負載未接入（開關(guān)S斷開）時：設(shè)電容兩端初始電壓為零，接入交流電 源后，當(dāng)V2為正半周時，V2通過D1、D3向電容C充電；V2為負半周時，經(jīng)D2 D4向電容C充電。充電時間常數(shù)為：C=RintC。其中Rint包括變壓器副繞組的 直流電阻

12、和二極管的正向電阻。由于 Rint 般很小，電容器很快就充電到交流 電壓V2的最大值V2，由于電容無放電回路，故輸出電壓（電容 C兩端的電壓） 保持在V2不變。U、1、接入負載RL （開關(guān)S合上）時：設(shè)變壓器副邊電壓 V2從0開始上 升時接入RL，由于電容已到V2,故剛接入負載時，V2vVC,二極管在反向電壓 作用下而截止，電容C經(jīng)RL放電，放電時間常數(shù)為：d=RLC因 d 一般較大， 故電容兩端電壓Vc（即Vo）按指數(shù)規(guī)律慢下降（圖中a,b段）。2、當(dāng)V2升至V2VC時，二極管D1、D3在正向電壓作用下而導(dǎo)通，此時 V2經(jīng)D1、D3一方面向RL提供電流，一方面向C充電（接入RL后充電時間常數(shù)

13、 變?yōu)镃=RL/RintCRintC ）。VC將如圖中b、c段所示。3、 3、當(dāng)V2又降至V2vVC時，二極管又截止，電容 C又向RL放電，如圖 中c、d段所示.電容如此周而復(fù)始充放電，就得到了一個如圖所示的鋸齒波電壓 Vo=VC由此可見輸出電壓的波動大大減小。4、 為了得到平滑的負載電壓，一般取 d=RLO（3 5）T/2（T為交流電周期 20ms）此時：Vo= （1.1 1.2 ） V2。V,VLfVC 口 士左弐二R匚耒接入Rl按入后圖9電容濾波時的波形變化324穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓可用穩(wěn)壓管也可用三端集成穩(wěn)壓管， 但由于穩(wěn)壓管沒有過流過熱等保護 功能，且設(shè)計要求要實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)電壓，所以選用可調(diào)

14、式三端穩(wěn)壓器較為好。三端集成穩(wěn)壓器的特點：隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用 的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小，可靠性高，使用靈活，價格低廉等優(yōu)點。最 簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端，故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。 三端集成穩(wěn)壓器只有三個端子，安裝和使用都很方便。三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器圖10）。三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器克服了固定三端穩(wěn)壓器輸出電壓不可調(diào)的缺點， 繼承了 三端固定式集成穩(wěn)壓器的諸多優(yōu)點。三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器LM317是一種懸浮式串 聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓器。外形如圖所示（圖說明：1端是調(diào)整端；2端是輸出端；3端是輸入端LM317的典型應(yīng)用電路（圖11）圖11LM317的典型應(yīng)用電路為了使

15、電路正常工作，一般輸出電流不小于5mA輸入電壓范圍在 240V之間，輸出電壓可在1.2537V之間調(diào)整。負載電流可達1.5A，由于調(diào)整端的 輸出電流非常?。?0卩A）且恒定，故可將其忽略，那么輸出電壓可用如下表示：Vo= （1 + R2/ R1）X 1.25V式中，1.25V是集成穩(wěn)壓器輸出端與調(diào)整端之間的固定參考電壓； R1取值 120240Q （此值保證穩(wěn)壓器在空載時也能正常工作），調(diào)節(jié)RP可改變輸出電壓 的大小（RP取值視RL和輸出電壓的大小而確定）。3.3元件電路參數(shù)計算穩(wěn)壓管的選擇選用LM314可調(diào)集成穩(wěn)壓管，其特性參數(shù)為 Vo=1.2V37V I oma=500mA最 小輸入、輸出

16、壓差（Vi-Vo）min=3V，最大輸入、輸出壓差（Vi-V。） ma=40V。組成的 穩(wěn)壓電源電路如圖12所示。由計算得7嚴1.25（1+RP1/R1），取R1=40歐，R2=200 歐，故取RP為1.36千歐的精密線繞可調(diào)電位器。Lil圖12設(shè)計的電路圖及相應(yīng)的參數(shù)數(shù)據(jù)選電源變壓器：輸入電壓的范圍為（1341.5 ） V。故選匝數(shù)比為17:1的就行。選整流二極管及電容：整流電路選整流橋1B4B42電容的選擇見電路圖 12,三極管、二極管：由于實驗室無圖 12所示型號的三極管故用3DG130代替、二極管都用 1N4007。1N4007額定電流1A,最大反向電壓 100V, 3DG130的lc

17、m=300mA四、總原理圖和仿真總原理圖（圖12所示）017圖12總原理圖仿真圖：（圖13所示）圖13仿真圖五、安裝與調(diào)試及性能測試與分析安裝與調(diào)試根據(jù)圖12所示總原理圖繪制出裝配電路圖，標(biāo)清楚各元件的位置根據(jù)圖12所示原理圖列出元件清單，備好元件，檢查各元件的好壞。正確識讀LM317的引腳，根據(jù)裝配圖完成可調(diào)輸出的三端集成穩(wěn)壓器組成 的穩(wěn)壓電源安裝，如圖14所示。圖14焊接好的電路板焊接時要對各個功能模塊電路進行單個測試。測試電路時，必須要保證焊接正確，才能打開電源，以防元器件燒壞。按照原理圖焊接時必須要保證可靠接地。調(diào)節(jié)電位器Rp,測量輸出電壓的變化范圍是否在 1.5V10V之間。若不 是

18、，分析原因，找出故障，排除之。測試與分析測量穩(wěn)壓電源輸出電壓的調(diào)整范圍及最大輸出電流。測量輸出電阻Ro,測量穩(wěn)壓系數(shù)。用改變輸入交流電壓的方法，模擬 Ui的變化，測出對應(yīng)的輸出直流電壓的變化，則可算出穩(wěn)壓系數(shù) Sr (注意：用調(diào)壓器使 220V交流改變土 10%。即Ui=44V)用毫伏表可測量輸出直流電壓中的交流紋波電壓大小，并用示波器觀察、 記錄其波形。分析測量結(jié)果，并討論提出改進意見。此電路的誤差分析： 綜合分析可以知道在測試電路的過程中可能帶來的誤差因素有 : 測得輸出電流時接觸點之間的微小電阻造成的誤差 ; 電流表內(nèi)阻串入回路造成的誤差 ;測得紋波電壓時示波器造成的誤差 ;示波器, 萬

19、用表本身的準確度而造成的系統(tǒng)誤差 ; 可以通過以下的方法去改進此電路 :減小接觸點的微小電阻 ;根據(jù)電流表的內(nèi)阻對測量結(jié)果可以進行修正 ;測得紋波時示波器采用手動同步 ;采用更高精確度的儀器去檢測 ;六、結(jié)論與心得經(jīng)過自己獨立自主的設(shè)計電路， 自己翻閱查找各種資料， 我不僅學(xué)到了關(guān)于 集成流穩(wěn)壓電源有關(guān)的知識， 更加了解了三端穩(wěn)壓器， 而且增強了自己運用書本 所學(xué)的理論知識到實踐中的能力， 使自己對模擬電路充滿了興趣， 增加了我對模 擬電路學(xué)習(xí)的熱情。 在課程設(shè)計過程中， 有很多不懂的問題， 通過與指導(dǎo)老師的 溝通及向同學(xué)的請教，終于完成了課程設(shè)計的要求的電路圖部分和仿真部分。通過自己預(yù)先設(shè)計的電路，然后再參考一些書籍上的電路并經(jīng)過修改和創(chuàng) 造，設(shè)計成了最終符合要求的電路原理圖， 并進一步了解和學(xué)習(xí)了整個電路的各 個部分的具體工作原理，達到了理論的要求。最后用 Multisim 軟件對電路圖進 行了部分仿真。 經(jīng)過對前面部分電路的仿真我掌握了仿真的具體方法。 總的來說 我對仿真的結(jié)果還算是比較滿意。 這次的設(shè)計實驗我不僅進一步學(xué)習(xí)了穩(wěn)壓電路 的原理和設(shè)計， 以及對電路的更深一步的了解， 特別是掌握了仿真的方法， 學(xué)會 了仿真軟件的應(yīng)用，獲益匪淺。經(jīng)過這次的課程設(shè)計我收獲了很多，也學(xué)習(xí)到了很多有關(guān)專業(yè)方面的知識！ 在這次的實驗設(shè)計過程中，