直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)報(bào)告multisim

./XX文理學(xué)院機(jī)械與材料工程學(xué)院專業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告專業(yè)班級(jí)測(cè)控技術(shù)與儀器一班課程電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)學(xué)號(hào)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師2017年3月.XX文理學(xué)院機(jī)械與材料工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名11專業(yè)班級(jí)15級(jí)測(cè)控技術(shù)與儀器1班學(xué)號(hào)2807150120指導(dǎo)教師22職稱講師教研室測(cè)控課程電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)任務(wù)與要求使用Multisim仿真軟件,設(shè)計(jì)一個(gè)采用220V,50Hz交流電網(wǎng)供電,固定輸出的集成穩(wěn)壓電源,其指標(biāo)為UO=+12V；IOmax=800mA。設(shè)計(jì)要求：<1>設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體框架<2>設(shè)計(jì)電路<3>繪制電路圖并仿真<4>撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告開(kāi)始日期2017.3.10完成日期2017.3.242017年2月24日直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一個(gè)由220V,50Hz交流電源供電,輸出為12V電壓,限制電流800mA的交流穩(wěn)壓電源。首先使用電源變壓器將220V的電網(wǎng)電壓變成所需要的交流電壓,經(jīng)過(guò)由二極管組成的橋式整流電路,將正負(fù)交替的正弦交流電壓變成單方向的脈動(dòng)電壓,再經(jīng)過(guò)濾波電容使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓,在以三端固定式集成穩(wěn)壓器7812為核心構(gòu)成的直流穩(wěn)壓電路,使輸出的直流電壓在電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)保持穩(wěn)定。這類穩(wěn)壓器有輸入,輸出和公共端三個(gè)端口,輸出電壓固定不變,所以輸出穩(wěn)定性極好。本設(shè)計(jì)就是應(yīng)用上述原理實(shí)現(xiàn)了直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：直流穩(wěn)壓電源；三端穩(wěn)壓器；變壓器；濾波電容；整流二極管。.目錄第一章任務(wù)與要求1第二章總體布局與各部分電路分析12.1系統(tǒng)模塊12.2總體設(shè)計(jì)12.3直流電源的組成及各部分的篩選與作用2變壓電路22.3.2整流電路22.3.3濾波電路62.3.4穩(wěn)壓電路7第三章制作和調(diào)試8第四章實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)及致謝9第五章參考文獻(xiàn)10.第一章任務(wù)與要求使用Multisim仿真軟件,設(shè)計(jì)一個(gè)采用220V,50Hz交流電網(wǎng)供電,固定輸出的集成穩(wěn)壓電源,其指標(biāo)為UO=+12V；IOmax=800mA。設(shè)計(jì)要求：<1>設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體框架<2>設(shè)計(jì)電路<3>繪制電路圖并仿真<4>撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告第二章總體布局與各部分電路分析2.1系統(tǒng)模塊此系統(tǒng)包括電源變壓器、整流電路、濾波電路、和穩(wěn)壓電路四大部分：2.2總體設(shè)計(jì)電子設(shè)備一般都需要直流電源供電。這些直流電除了少數(shù)直接利用干電池和直流發(fā)電機(jī)外,大多數(shù)是采用把交流電〔市電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷闹绷鞣€(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源框圖直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成,其原理框圖如圖所示。電網(wǎng)供給的交流電壓廠U1〔220V,50Hz經(jīng)電源變壓器降壓后,得到符合電路需要的交流電壓U2,然后由整流電路變換成方向不變、大小隨時(shí)間變化的脈動(dòng)電壓U3,再用濾波器濾去其交流分量,就可得到比較平直的直流電壓U4,但這樣的直流輸出電壓,還會(huì)隨交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或負(fù)載的變動(dòng)而變化。在對(duì)直流供電要求較高的場(chǎng)合,還需要使用穩(wěn)壓電路,以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定。2.3直流電源的組成及各部分的篩選與作用變壓電路變壓電路相對(duì)簡(jiǎn)單,僅有一個(gè)單相變壓器,變壓器將220V市電轉(zhuǎn)化為電路能承擔(dān)的電壓。2.3.2整流電路整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娦?將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的電路。有半波整流、全波整流以及橋式整流,最常用的是單相橋式整流電路。1半波整流電路半波整流電路如圖3.2.1a所示,變壓器的次級(jí)繞組與負(fù)載相接,中間串聯(lián)一個(gè)整流二極管就是半波整流電路。利用二極管的單向?qū)щ娦?只有半個(gè)周期內(nèi)有電流流過(guò)負(fù)載,另半個(gè)周期被阻,沒(méi)有電流。這種電路,變壓器中有直流分量流過(guò),降低了變壓器的效率,整流電流的脈動(dòng)成分太大,對(duì)濾波電路的要求只適用于小電流整流電路。圖中T為電源變壓,RL為電阻性負(fù)載。2．工作原理電路的工作過(guò)程是在U2的正半周〔ωt=0～π,二極管因加正向偏壓而導(dǎo)通,有電流iL流過(guò)負(fù)載電阻RL。由于將二極管看作理想器件,故RL上的電壓UL與U2的正半周電壓基本相同?？僧嫵稣鞑ㄐ稳鐖D3.2.1<b>所示3.優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用元件少。缺點(diǎn)：只利用了電源的半個(gè)周期,輸出直流分量較低,且輸出電壓波動(dòng)較大,電源變壓器的利用率也比較低。2全波整流1.電路組成全波整流電路如圖3.2.2<a>所示,它是在半波整流電路的基礎(chǔ)加以改進(jìn)而得到的。它的指導(dǎo)思想是利用具有中心抽頭的變壓器與兩個(gè)二極管配合,使兩個(gè)二極管在正半周和負(fù)半周內(nèi)輪流導(dǎo)電,而且二者流過(guò)RL的電流保持同一方向,從而使正、負(fù)半周在負(fù)載上均有輸出電壓。2.工作原理電路的工作過(guò)程是在u2的正半周〔ωt=0～π,D1正偏導(dǎo)通,D2反偏截止,RL上有自上而下的電流流過(guò),RL上的電壓u21相同,在u2的負(fù)半周〔ωt=π～2π,D1反偏截止,D2正偏導(dǎo)通RL上也有自上而下的電流流過(guò),RL上的電壓與U2相同?？僧嫵稣鞑ㄐ稳鐖D3.2.2<b>所示?？梢?jiàn),負(fù)載RL上得到的也是一單向脈動(dòng)電流和脈動(dòng)電壓。5.優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：電源利用率高,輸出電壓波動(dòng)小,輸出電壓比半波整流提高了1倍,且每個(gè)管子通過(guò)的電流僅為負(fù)載電流的1/2。缺點(diǎn)：該電路輸出電壓的直流成分<較半波>增大；整流二極管需承受的反向電壓高,要求管子的耐壓值比半波整流的耐壓值提高了1倍；且需要個(gè)有中心抽頭的變壓器,工藝復(fù)雜,成本高。3橋式整流1.電路組成橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦?將四個(gè)二極管分為兩組,根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導(dǎo)通,將變壓器副邊電壓的正極性端與負(fù)載電阻的上端相連,負(fù)極性端與負(fù)載電阻的下端相連,使負(fù)載上始終可以得到一個(gè)單方向的脈動(dòng)電壓。橋式整流電路如圖3.2.3所示,圖中變壓器的作用是將交流電網(wǎng)壓,U1變成整流電路要求的交流電壓,RL是要求直流供電的負(fù)載電阻,四只整流二極管D1～D4接成電橋的形式,故有橋式整流電路之稱。2.工作過(guò)程單相橋式整流電路的工作原理可分析如下。為簡(jiǎn)單起見(jiàn),二極管用理想模型來(lái)處理,即正向?qū)娮铻榱?反向電阻為無(wú)窮大。在U2的正半周,電流從變壓器副邊線圈的上端流出,只能經(jīng)過(guò)二極管D1流向RL,再由二極管D3流回變壓器,所以D1、D3正向?qū)?D2、D4反偏截止。在負(fù)載上產(chǎn)生一個(gè)極性為上正下負(fù)的輸出電壓。其電流通路可用圖3.2.3〔a中實(shí)線箭頭表示。在U2的負(fù)半周,電流從變壓器副邊線圈的上端流出,只能經(jīng)過(guò)二極管D2流向RL再由二極管D4流回變壓器,,所以D1、D3反偏截止,D2、D4,正向?qū)?。電流流過(guò)RL時(shí)產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負(fù),與正半周時(shí)相其電流通路如圖3.2.3〔b中虛線箭頭所示。根據(jù)上述分析,可得橋式整流電路的工作波形如圖。由圖3.2.5可見(jiàn),通過(guò)負(fù)載RL的電流IL以及電壓UL的波形都是單方向的全波脈動(dòng)波形。5.優(yōu)缺點(diǎn)由上述可以看出,橋式整流具有全波整流的全部?jī)?yōu)點(diǎn),而且避免了全波整流的缺點(diǎn)。橋式整流的缺點(diǎn)是需要四只二極管。目前,橋式整流應(yīng)用最廣泛。2.3.3濾波電路濾波電路通常有電容濾波,電感濾波,復(fù)式濾波。1電容濾波電路由于電容濾波后,輸出直流電流提高了,而導(dǎo)電角卻減小了,故整流管在短暫的導(dǎo)電時(shí)間內(nèi)將流過(guò)一個(gè)很大的沖擊流,這樣易損壞整流管,所以應(yīng)選擇If較大的整流二極管,一般選用二極管IF〔2～3為了獲得較好的濾波效果,實(shí)際工作應(yīng)按下式選擇濾波電容的容量,其中T為交流電網(wǎng)電壓的周期,一般電容值較大〔幾十至幾千微法,故選用電解電容器,其耐壓值應(yīng)大于U2RLC<3～5>電容濾波整流電路,其輸出電壓U0在U2～0.9U2之間。當(dāng)滿足上式時(shí),可按下式進(jìn)行估算：U01.2U22.電容濾波電路的特點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便。2電感濾波電路由于電感的直流電阻小,交流阻抗大,因此直流分量經(jīng)過(guò)電感后基本沒(méi)有損失,但是對(duì)于交流分量,經(jīng)jL和RL分壓后,大部分降在電感上,因而降低了輸出電壓的脈動(dòng)成分。L愈大,RL愈小,濾波效果愈佳,所以電感濾波適用于負(fù)載電流比較大和電流變化較大的場(chǎng)合3復(fù)式濾波電路。2.3.4穩(wěn)壓電路交流電經(jīng)過(guò)整流濾波可得平滑的直流電壓,但當(dāng)輸入電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載變化時(shí),輸出電壓也隨之而變。因此,需要一種穩(wěn)壓電路,使輸出電壓在電網(wǎng)波動(dòng),負(fù)載變化時(shí)基本穩(wěn)定在某一數(shù)值。常見(jiàn)的有硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路。隨著工藝的發(fā)展,穩(wěn)壓電路也制成了集成器件。它具有體積小,重量輕,使用方便,運(yùn)行可靠和價(jià)格低等一系列優(yōu)點(diǎn),因而得到廣泛應(yīng)用。目前最簡(jiǎn)便的是三端集成穩(wěn)壓電路,它只有三個(gè)引線端：不穩(wěn)定電壓輸入端,穩(wěn)定電壓輸出端和公共接地端。只要按需要選定型號(hào),再配上適當(dāng)?shù)纳崞?就可以接成穩(wěn)壓電路。這里選擇三端集成穩(wěn)壓器7812。如圖,其輸出為固定電壓,其中,電容C2是在輸入引線較長(zhǎng)時(shí)抵消其電感效應(yīng)以防止產(chǎn)生自激；C1用來(lái)減小輸出脈動(dòng)電壓并改善負(fù)載的瞬態(tài)效應(yīng),即瞬時(shí)增減負(fù)載電流時(shí)不致引起輸出電壓有較大的波動(dòng)。使用時(shí)應(yīng)防止公共端開(kāi)路,因?yàn)楫?dāng)公共端開(kāi)路時(shí),其輸出電位接近于不穩(wěn)定的輸出電位,有可能使負(fù)載過(guò)壓而損壞。第三章制作和調(diào)試1.確定模塊組成：電網(wǎng)電壓,電源變壓器,整流電路,濾波器,穩(wěn)壓電路,負(fù)載。2.系統(tǒng)分析：根據(jù)系統(tǒng)功能,選擇各模塊電路形式,即單相橋式整流電路,電容濾波電路,三端集成穩(wěn)壓電路。3.參數(shù)選擇：根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)要求,確定各模塊中元件的參數(shù)C3為電解電容,它屬于濾波電容,根據(jù)公式RLC<3～5>故C3可選為120uF電容C2是在輸入引線較長(zhǎng)時(shí)抵消其電感效應(yīng)以防止產(chǎn)生自激；電容C1用來(lái)減小輸出脈動(dòng)電壓并改善負(fù)載的瞬態(tài)效應(yīng)。通過(guò)書籍查閱得出的經(jīng)驗(yàn)值故C2=300nF,C1=1uF4．設(shè)計(jì)電路第四章實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)及致謝 這是我的第一次的課程設(shè)計(jì),因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)的不足,如果獨(dú)立完成這次課程設(shè)計(jì)極其困難,感謝老師的督導(dǎo)和同學(xué)們的幫助,我順利的完成了這個(gè)課程設(shè)計(jì)。 通過(guò)本次設(shè)計(jì),讓我進(jìn)一步了解到直流穩(wěn)壓電源的工作原理以及它的要求和性能指標(biāo),也讓我認(rèn)識(shí)到此次設(shè)計(jì)電路中存在的問(wèn)題,并不斷努力去解決,我學(xué)到了很多東西,如耐心和細(xì)心。連接電路之前,一定要通過(guò)查資料把電路中的每個(gè)元件的作用弄明白,功能弄清楚,明白如何正確選取。在電路設(shè)計(jì)中,應(yīng)該仔細(xì)認(rèn)證并不斷學(xué)習(xí),可以提高自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題的能力,對(duì)自己的動(dòng)手能力有一定的提高。出現(xiàn)故障時(shí)要積極面對(duì),不能因?yàn)槁闊┚头艞壓头笱?。遇?jiàn)錯(cuò)誤要一步步排除。理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的,在了解理論的同時(shí),查閱相關(guān)圖書和了解網(wǎng)上最新技術(shù)也是必要的。在連接電路圖并不斷排查錯(cuò)誤中,我吸取前人的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),努力做到正確和準(zhǔn)確。發(fā)現(xiàn)自己的不足之處并及時(shí)更正。我發(fā)現(xiàn)自己對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻,掌握得不夠牢固,然而在這次設(shè)計(jì)中讓我更加深入的鞏固了過(guò)去所學(xué)到的知識(shí)并增加了新的認(rèn)識(shí)。我深深的明白一個(gè)道理,課本的知識(shí)是一定要積累的,能應(yīng)用到實(shí)際中才是最重要的。此次課程對(duì)我以后的設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ),我相信在以后的設(shè)計(jì)中可以更加有規(guī)則,有目的的操作。感謝老師的耐心指導(dǎo)和小組成員的幫助。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度,豐富淵博的知識(shí),精益求精的工作態(tài)度和誨人不倦的師者風(fēng)范是我終身學(xué)習(xí)的楷模,老師高深精湛的造詣和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)精神將永遠(yuǎn)激勵(lì)著我,在這第一次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中,在老師的支持和幫助之下,我成功順利的完成了這次課程設(shè)計(jì),在此,謹(jǐn)向老師致以衷心的感謝和崇高的敬意！另外感謝校方給予我這樣一次機(jī)會(huì),能夠獨(dú)立的完成一個(gè)課程設(shè)計(jì),使我們能夠?qū)W(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中,增強(qiáng)我們的實(shí)踐操作和動(dòng)手能力,提高獨(dú)立思考的能力。在此期間,我不僅學(xué)到了很多新的知識(shí),而且開(kāi)闊了視野,提