直流穩(wěn)壓課程設(shè)計(jì)---集成直流穩(wěn)壓電路

1、<p>　　模擬電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　設(shè)計(jì)課題： 集成直流穩(wěn)壓電路 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化2班 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué)　　號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教

2、師： </p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間： 2010-05-26~1010-06-9 </p><p><b>　　集成直流穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　一. 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</p><p>　　1． V。=+3v~+9v；</p><p>　　2． Iomax=

3、800ma；</p><p>　　3． △Vop_p≤5mv； </p><p>　　4． Sv≤3×10－3；</p><p><b>　　5．有保護(hù)裝置。</b></p><p>　　二 .方案設(shè)計(jì)與論證</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)目的在于培養(yǎng)同學(xué)們自主設(shè)計(jì)制作的能力，同時(shí)學(xué)會(huì)應(yīng)

4、用仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行模擬分析。</p><p>　　集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)要求是比較基本的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)要求電源輸出連續(xù)可調(diào)直流電壓。設(shè)計(jì)中包括電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四個(gè)部分。通過(guò)四部分的組合將220V交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)要求直流電壓。并且用仿真軟件進(jìn)行仿真分析。 直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成，見(jiàn)圖1。

5、</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　?。?）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。</p><p>　?。?）整流電路：利用單向?qū)щ娫?0Hz的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電</p><p>　?。?

6、）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。</p><p>　?。?）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。</p><p>　　根據(jù)題目要求我們可以得出兩個(gè)可行的方案</p><p><b>　　方案1</b></p><p>

7、;　　采用LM317共地可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源</p><p>　　LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源能夠連續(xù)輸出可調(diào)的直流電壓，不過(guò)它只能允許可調(diào)的正電壓，穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過(guò)流，過(guò)熱保護(hù)電路；由一個(gè)電阻（R）和一個(gè)可變電位器(RP)組成電壓輸出調(diào)節(jié)電路，輸出電壓為：Vo=1.25(1+RP/R)</p><p><b>　　方案 二</b></p><p

8、>　　W7805將調(diào)整器，取樣放大器等環(huán)節(jié)集于一體，內(nèi)部包含限流電路、過(guò)熱保護(hù)電路、可以防止過(guò)載。該可調(diào)直流電源具有較高的穩(wěn)定度和可靠性。</p><p>　　W7805屬串聯(lián)型集成穩(wěn)壓器。其輸出電壓是固定不變的，這種固定電壓輸出，極大的限制了它的應(yīng)用范圍。如果將W7805的公共端即3腳與地?cái)嚅_(kāi)，通過(guò)一只電位器接到-5V左右的電源上，就可以在改變電位器阻值的同時(shí)，使集成穩(wěn)壓器的取樣電壓及輸出電壓都隨之改變。

9、圖中RP1就是為此而設(shè)計(jì)的。</p><p><b>　　方案三</b></p><p>　　TDA2030是德律風(fēng)根生產(chǎn)的音頻功放電路，采用V型5 腳單列直插式塑料封裝結(jié)構(gòu)。電路特點(diǎn)：[1].外接元件非常少。[2].輸出功率大，Po=18W(RL=4Ω)。[3].采用超小型封裝（TO-220）,可提高組裝密度。[4].開(kāi)機(jī)沖擊極小。 5].內(nèi)含各種保護(hù)電路，因此工作

10、安全可靠。主要保護(hù)電路有：短路保護(hù)、熱保護(hù)、地線偶然開(kāi)路、電源極性反接（Vsmax=12V）以及負(fù)載泄放電壓反沖等。</p><p>　　由于從選材，實(shí)用操作性，保護(hù)性，等方面考慮，我們本次選擇方案一</p><p>　　三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　1.變壓器的選擇</b></p><p>　

11、?。?）確定副邊電壓U2:</p><p>　　根據(jù)性能指標(biāo)要求：Uomin=3V Uomax=9V</p><p>　　又 ∵ Ui-Uomax≥(Ui-Uo)min Ui-Uoin≤(Ui-Uo)max</p><p>　　其中：（Ui-Uoin）min=3V，(Ui-Uo)max=40V</p><p>　　∴ 12V≤

12、Ui≤43V</p><p>　　此范圍中可任選 ：Ui=14V=Uo1</p><p>　　根據(jù) Uo1=(1.1～1.2)U2</p><p>　　可得變壓的副邊電壓：</p><p>　　2）確定變壓器副邊電流I2</p><p><b>　　∵ Io1=Io</b></p>

13、<p>　　又副邊電流I2=(1.5～2)IO1 取IO=IOmax=800mA</p><p>　　則I2=1.5＊0.8A=1.2A</p><p>　　3）選擇變壓器的功率</p><p>　　變壓器的輸出功率：Po>I2U2=14.4W</p><p><b>　　2.整流電路</b><

14、/p><p>　　管D1～D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。如圖1</p><p><b>　　圖1 橋式整流電路</b></p><p><b>　　圖2 橋式整流原理</b></p><p>　　在v2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

15、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。其電流通路可用圖中實(shí)線箭頭表示。</p><p>　　在v2的負(fù)半周，其極性與圖示相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，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)相同。其電流通路如圖中虛線箭頭所示。</p>

16、;<p>　　綜上所述，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。</p><p>　　結(jié)合上述分析，可得橋式整流電路的工作波形如圖2</p><p>　　2-1.整流電路中的二極管選擇</p&

17、gt;<p>　　∵ 變壓器的副邊電壓U2=12V</p><p>　　∴ 橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為：</p><p>　　橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為：</p><p>　　查手冊(cè)選整流二極管IN4001，其參數(shù)為：反向擊穿電壓UBR=50V>17V</p><p>　　最大整流電流IF=1

18、A>0.4A符合計(jì)算要求，所以選擇1N4001</p><p>　　3.濾波電路及濾波電容的選擇</p><p>　　濾波電路及其原理如下圖3-1所示:</p><p>　　3-1 RC濾波電路</p><p>　　3-2 RC濾波電路電容濾波電路中二極管的電流和導(dǎo)通角</p><p>　　為了得到平滑的負(fù)載電壓

19、，一般取</p><p>　　RLC>=(3~5)T/2</p><p>　　式中T為電源交流電壓的周期。</p><p>　　濾波電容的容量可由下式估算：</p><p>　　C=ICt/ΔVip-p</p><p>　　式中ΔVip-p——穩(wěn)壓器輸入端紋波電壓的峰-峰值；</p><p&g

20、t;　　T——電容C放電時(shí)間，t=T/2=0.01S</p><p>　　IC——電容C放電電流 ，可取IC=Iomax，濾波電容C的耐壓值應(yīng)大于1.4 V2。</p><p><b>　　在本實(shí)驗(yàn)中</b></p><p>　　Sv=ΔVo/Vo/ΔVi/Vi</p><p>　　式中，Vo=9v 、Vi=12v、ΔV

21、op-p=5mv、Sv=0.003</p><p>　　則 ΔVi =ΔVop-p Vi / Vo Sv=2.3v</p><p><b>　　所以濾波電容</b></p><p>　　C= ICt/ΔVip-p = Iomax t/ΔVip-p =0.0056uF</p><p>　　C的耐壓值應(yīng)

22、大于1.4 V2=21v。</p><p>　　由于之前模電實(shí)驗(yàn)可知，我們?cè)趯?shí)際制作過(guò)程中采用比理論值小的電容同樣能達(dá)到很好的濾波效果，因此采用2200μF的電容。</p><p><b>　　4.穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　由于穩(wěn)壓電路發(fā)生波動(dòng)、負(fù)載和溫度發(fā)生變化，濾波電路輸出的直流電壓會(huì)隨著變化。因此，為了維持輸出電壓穩(wěn)定不變，還

23、需加一級(jí)穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素（電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度）等發(fā)生變化時(shí)，使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　LM317穩(wěn)壓內(nèi)部含有過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，LM317可調(diào)電壓范圍為1.25~37V，符合題目要求，所以選擇LM317

24、穩(wěn)壓器.</p><p>　　四、總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　1.總原理圖</b></p><p><b>　　2 .PCB圖</b></p><p><b>　　3.元件清單</b></p><p><b>　　五.安裝

25、與調(diào)試</b></p><p>　　工具：電烙鐵、萬(wàn)用表</p><p>　　先裝集成穩(wěn)壓電路，再裝整流濾波電路，最后安裝變壓器。安裝一級(jí)測(cè)試一級(jí)。穩(wěn)壓電路主要測(cè)試集成穩(wěn)壓器是否正常工作。輸入端加直流電壓Vi≤12V時(shí)，調(diào)節(jié)RP1，輸出電壓V0隨之變化，說(shuō)明穩(wěn)壓電路正常工作。整流濾波電路主要檢查整流二極管是否接反，安裝前用萬(wàn)用表測(cè)量其正、反向電阻。安裝后接入電源變壓器，整流輸出

26、電壓Vi應(yīng)為正，否則會(huì)損壞穩(wěn)壓器。斷開(kāi)交流電源，將整流濾波電路與穩(wěn)壓電路相連接，在接通電源，輸出電壓V0。為規(guī)定值，說(shuō)明各級(jí)電路均正常工作，可以進(jìn)行各項(xiàng)性能指標(biāo)的測(cè)試。按照前面介紹的測(cè)試方法，對(duì)總圖所示穩(wěn)壓電路進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試條件在室溫下進(jìn)行。</p><p><b>　　六.性能測(cè)試與分析</b></p><p>　　（1）最大輸出電流、輸出電壓</p>

27、<p>　　給輸出端接可調(diào)的負(fù)載電阻RL,用萬(wàn)用表測(cè)量其輸出電壓Vo，再使RL逐漸減小，直到Vo的值下降5%，此時(shí)流經(jīng)負(fù)載RL的電流即為最大輸出電流Iomax。提供仿真圖如下：</p><p>　　有仿真圖結(jié)果可知RL兩端電壓最大時(shí)為Vo=9.199V（實(shí)際測(cè)為9.11V左右），下降5%后為</p><p>　　Vo=9.199×（1-5%）=8.74V，此時(shí)測(cè)得流經(jīng)

28、負(fù)載RL的電流即為最大輸出電流Iomax=730mA(實(shí)際測(cè)得為502mA左右)。</p><p><b>　?。?）紋波電壓</b></p><p>　　指疊加在輸出電壓Vo上的交流分量，一般為mV級(jí)?？蓪⑵浞糯蠛笥檬静ㄆ饔^測(cè)其峰峰值ΔVop-p。由于實(shí)際中示波器不能剪切圖上來(lái)，而實(shí)際用示波器測(cè)得輸出電壓Vo上的交流分量的峰峰值ΔVop-p為測(cè)得為4.6mV。<

29、;/p><p><b>　?。?）穩(wěn)壓系數(shù)</b></p><p>　　指負(fù)載電流Io、環(huán)境溫度T不變的情況下，輸入電壓的相對(duì)變化引起輸出電壓的相對(duì)變化，即穩(wěn)壓系數(shù)Sv=ΔVo/Vo∕ΔVi/Vi。</p><p>　　Sv的測(cè)量電路如上圖所示，其過(guò)程為：先調(diào)節(jié)自耦變壓器，使Vi=242V，測(cè)量此時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓Vo1，再調(diào)節(jié)自耦變壓器，使Vi=1

30、98V，測(cè)量此時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓Vo2，然后再測(cè)出Vi=220V時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓Vo，則穩(wěn)壓系數(shù)Sv為 </p><p>　　Sv=ΔVo/Vo∕ΔVi/Vi=×</p><p>　　上面我們測(cè)得紋波電壓ΔVop-p即Vo1-Vo2=4.6mV，Vo=9.11V，</p><p>　　因此SV=(4.6/1000/9.11)×220/(242-1

31、98)≈2.52×10-3</p><p>　　(4)變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓的仿真過(guò)后的截圖</p><p>　　經(jīng)過(guò)變壓器變壓后的變壓器副邊的電壓的示波器仿真圖</p><p>　　經(jīng)過(guò)整流過(guò)后的示波器截圖</p><p>　　輸出3V的示波器截圖</p><p>　　輸出9V的示波器截圖</p>

32、;<p><b>　　七．結(jié)論與心得</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)我們組實(shí)際電路的測(cè)試，現(xiàn)得出如下結(jié)果</p><p>　　這個(gè)課程設(shè)計(jì)，其實(shí)并不是很難做，由于以前的知識(shí)學(xué)得并不夠好,特別是protel99se和仿真軟件Multisin10不太會(huì)運(yùn)用，使我們組做起這個(gè)課程設(shè)計(jì)來(lái)不那么簡(jiǎn)單。不過(guò)現(xiàn)在終于做了出來(lái)，那種感覺(jué)是不言而喻的，當(dāng)然是很很開(kāi)心的。

33、而且買完元件回來(lái)，到焊接電路板，這個(gè)過(guò)程還是蠻順利的，經(jīng)過(guò)我們組成員的共同努力，還是做出來(lái)了。而為了做好這個(gè)設(shè)計(jì)，我們不斷的翻書查資料，又讓我們把以前的知識(shí)給重新的補(bǔ)了回來(lái)，我們學(xué)到了很多以前沒(méi)有太理解的東西。當(dāng)理論的知識(shí)通過(guò)自己的努力動(dòng)手做出來(lái)之后,不僅讓我們嘗到了成功的滋味兒，更讓我們明白理論聯(lián)系實(shí)際的好處，非常感謝老師給我們的這個(gè)課程設(shè)計(jì)。</p><p>　　總的來(lái)說(shuō)，在老師的指導(dǎo)及我們組成員共同努力下,

34、結(jié)合軟件硬件,我們的這個(gè)直流穩(wěn)壓電源制作完成的比較的成功了。雖然 我們的直流穩(wěn)壓沒(méi)有完全達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),但是這個(gè)畢竟是我們共同努力的成果，我們?yōu)樗冻隽撕芏鄷r(shí)間和汗水。通過(guò)這個(gè)課程設(shè)計(jì)，我們可以運(yùn)用我們學(xué)習(xí)的專業(yè)學(xué)的知識(shí)，增強(qiáng)了自己的動(dòng)手能力動(dòng)腦能力，增強(qiáng)了我們組成員的團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)能力，我們?cè)谥谱饔?jì)的過(guò)程中學(xué)到了很多東西。在制作課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們不斷翻閱資料，得出了兩個(gè)方案，通過(guò)對(duì)比選擇，我們選擇了方案一，這個(gè)也是和大部分同學(xué)想法相近的。在整個(gè)

35、設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)PCB板的制作，讓我們能更熟練的應(yīng)用Protel 99 SE軟件，也讓我們注意到了很多以前沒(méi)有注意到的地方，比如滑動(dòng)變阻器的三個(gè)腳，在PCB封裝里的原件封裝與真實(shí)的器件有差別，我們就要實(shí)際測(cè)量，自己畫封裝。還有運(yùn)用這個(gè)軟件過(guò)程中我們遇到問(wèn)題也很多，比如剛開(kāi)始做PCB板時(shí)候，自己沒(méi)有弄封裝管腳，導(dǎo)致我們導(dǎo)入時(shí)出錯(cuò)，這個(gè)錯(cuò)誤我們以后要多注意改正。在用仿真軟件Multisin10時(shí)候，我們也遇到了很多問(wèn)題，比如原件的尋找，就比較難

36、點(diǎn)，通過(guò)我們組的共同努力也一一克服了。通過(guò)這個(gè)課程設(shè)計(jì)，我們的收獲很多，進(jìn)</p><p>　　總的來(lái)講，我們這個(gè)組做的課程設(shè)計(jì)還是蠻順利的，這是與我們組成員的共同努力分不開(kāi)的。我在這里再次感謝我們組成員的付出的努力，再次感謝指導(dǎo)老師，你的意見(jiàn)和指導(dǎo)使得我的課程設(shè)計(jì)可以比較好的完成，這也將是我們一生中的很大的寶貴財(cái)富。</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b>