課程設計--直流穩(wěn)壓電源的設計

1、<p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　模擬電路課程設計任務書</p><p><b>　　一．設計題目</b></p><p><b>　　直流穩(wěn)壓電源的設計</b></p><p>　　二．技術參數(shù)和設計要求</p><

2、p><b>　　1. 技術參數(shù)</b></p><p>　?。?）設計一個可以輸出±12伏、±5伏和可以連續(xù)調(diào)節(jié)的直流電壓源;</p><p>　?。?）輸出電流額定值為150mA最大為500mA;</p><p>　?。?）額定電流輸出時，△V0/ V0≤10%。</p><p><b&

3、gt;　　2. 設計要求</b></p><p>　　根據(jù)技術參數(shù)設計電原理圖;</p><p>　　計算并選擇電路元件及參數(shù)(含電源變壓器)；</p><p><b>　　仿真調(diào)試電路；</b></p><p>　?。?） 撰寫設計說明書。</p><p><b>　　三．

4、設計工作量</b></p><p>　　設計時間一周，2011年下學期進行。</p><p><b>　　四．工作計劃</b></p><p>　　星期一：布置設計任務，查閱資料；</p><p>　　星期二~星期三：設計方案論證，進行電路設計，計算并選擇電路元件及參數(shù)；</p><p&g

5、t;　　星期四：仿真調(diào)試電路</p><p>　　星期五：撰寫設計報告書，進行個別答辯。</p><p><b>　　五．參考資料</b></p><p>　　彭介華，《電子技術課程設計指導》，北京：高等教育出版社，1997；</p><p>　　高吉祥，《電子技術基礎實驗與課程設計》，北京：電子工業(yè)出版社，2005；&

6、lt;/p><p>　　童詩白，《模擬電子技術基礎》，北京：高等教育出版社，1988；</p><p>　　康華光，《電子技術基礎——模擬部分》，北京：高等教育出版社，2006</p><p><b>　　本課程教材</b></p><p><b>　　六．指導教師</b></p><

7、;p>　　馬凌云 劉亮 龍英</p><p><b>　　七．系部審批</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章、直流穩(wěn)壓電源的設計5</p><p>　?。?）、什么是直流穩(wěn)壓電源5</p><p>　　(2)、直流穩(wěn)壓源的

8、組成5</p><p>　　（3）、直流穩(wěn)壓電源各單元電路的原理方案6</p><p><b>　　a、電源變壓器6</b></p><p><b>　　b、整流電路6</b></p><p><b>　　C、濾波電路7</b></p><p>

9、;<b>　　d、穩(wěn)壓電路7</b></p><p>　?。?）、設計原理圖及具體功能8</p><p>　　第二章 運用Multisim對電路進行仿真9</p><p>　?。?）、什么是Multisim9</p><p>　　(2)、運用multisim對電路進行仿9</p><p>

10、;　?。?）、仿真結果說明9</p><p>　　第三章用protel軟件畫出原理圖10</p><p>　?。?）什么是protel10</p><p>　?。?）、運用protel畫出原理圖10</p><p>　　第四章 用PCB生成電路11</p><p>　?。?）、什么是PCB11</p&

11、gt;<p>　　(2)、建立PCB文件11</p><p>　　(3)運用PCB生成原理圖12</p><p>　　第五章 誤差分析、數(shù)據(jù)記錄及其心得12</p><p><b>　　1、誤差分析12</b></p><p><b>　　2、數(shù)據(jù)記錄12</b></p

12、><p><b>　　3、心得12</b></p><p><b>　　參考文獻13</b></p><p>　　第一章、直流穩(wěn)壓電源的設計</p><p>　　（1）、什么是直流穩(wěn)壓電源</p><p>　　電子設備中需要的直流電源可以用干電池（例如大多數(shù)半導體收音機）或

13、其它直流能源（例如太陽能電池等）。但是相對來說，這些電源每“瓦時”所需的費用較高。在有交流電網(wǎng)的地方，一般采用將交流電變?yōu)橹绷麟姷闹绷鞣€(wěn)壓電源。</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源是先把交流電變?yōu)槊}動的直流電，再通過濾波電路和穩(wěn)壓電路，是輸出直流電壓穩(wěn)定。</p><p>　　(2)、直流穩(wěn)壓源的組成</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源要將220V工頻交流電轉換成穩(wěn)壓輸

14、出的直流電壓，它需要經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成，基本框圖如圖2-1所示：</p><p>　　四個環(huán)節(jié)的工作原理如下：</p><p>　　(1)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>　　(2)整流電路：整流電路將交流電壓變換成脈動的直流電壓。

15、</p><p>　　常用的整流電路有全波整流、橋式整流等。橋式整流電路是由四個二級管構成的一個整流電路，電壓提供可以是一組交流電源輸出為全波的脈動直流電。其優(yōu)點是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時因電源變壓器在正負半周內(nèi)都有電流供給負載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導體整流電路中得到了頗為廣泛的應用。全波整流電路中一種是橋式整流，另一種是雙半波整流。要求提供

16、的電壓的變壓器為兩個相同線圈串連在一起，三個線頭兩端各接一個整流管，構成兩個半波整流電路兩個二級管的末端接在一起，同中間的串連接頭，分別為電路的正負極。</p><p>　　(3)濾波電路：整流電路是將交流電變成直流電的一種電路，但其輸出的直流電的脈動成分較大，而一般電子設備所需直流電源的脈動系數(shù)要求小于0.01。故整流輸出的電壓必須采取一定的措施．盡量降低輸出電壓中的脈動成分，同時要盡量保存輸出電壓中的直流成分

17、，使輸出電壓接近于較理想的直流電，這樣的電路就是直流電源中的濾波電路。 </p><p>　　盡管經(jīng)過整流濾波后電壓接近于直流電壓，但是其電壓值的穩(wěn)定性很差，它受溫度、負載、電網(wǎng)電壓波動等因素的影響很大，因此，還必須有穩(wěn)壓電路，以維持輸出直流電壓的基本穩(wěn)定。</p><p>　　(4)穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓維持穩(wěn)定，基本不隨交流電網(wǎng)電壓和負載的變化而變化。</p&

18、gt;<p>　?。?）、直流穩(wěn)壓電源各單元電路的原理方案</p><p><b>　　a、電源變壓器</b></p><p>　　電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V50HZ的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。選擇電源變壓器</p><p>　　（1）確定副邊電壓U2:</p>

19、<p>　　根據(jù)性能指標要求：Uomin=3V Uomax=18V</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>　　∴21V≤Ui≤43V</p><p&g

20、t;　　此范圍中可任選 ：Ui=25V=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><p>　　又副邊電流I2=(1.

21、5～2)IO1 取IO=IOmax=1A</p><p>　　則I2=1.5＊1A=1.5A</p><p>　　（3）選擇變壓器的功率</p><p>　　變壓器的輸出功率：Po>I2U2=37.5W</p><p><b>　　b、整流電路</b></p><p>　　整流電路常采用二

22、極管單相全波整流電路，電路如圖2所示。在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導通，D3、D4截止；u2的負半周內(nèi)，D3、D4導通，D1、D2截止。正負半周內(nèi)部都有電流流過的負載電阻RL，且方向是一致的。</p><p>　　輸出直流電壓V1與交流電壓有效值V2關系為V1=1.1V2</p><p>　　通過 每只二級管的平均電流0.45V2/R</p><p>　　在橋

23、式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內(nèi)導電，所以流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半 。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為 U2是變壓器副邊電壓有效值。</p><p><b>　　C、濾波電路</b></p><p>　　濾波電路選用一個700μF 的大容量電解電容C1 和一個0.33μF 的小容量滌綸CL11 型電容C2 并聯(lián)濾波，如圖3 所

24、示。理論上，在同一頻率下容量大的電容其容抗小，這樣一大一小電容相并聯(lián)后其容量小的電容C2 不起作用。但是，由于大容量的電容器存在感抗特性，等效為一個電容與一個電感串聯(lián)。在高頻情況下的阻抗反而大于低頻時的阻抗，小電容的容量小，在制造時可以克服電感特性，幾乎不存在電感。在大電容C1 上并聯(lián)一個小電容C2 可以補償其在高頻下的不足。當電路的工作頻率比較低時，小電容不工作（容抗大相當于開路）。大電容的容量越大濾波效果越好。當電路的工作頻率比較高

25、時（輸入信號的高頻干擾成分），大電容由于感抗大而處于開路狀態(tài)。這時高頻干擾成分通過小電容流到地線，濾除各種高頻干擾成分。電路的輸出波形如圖所示</p><p><b>　　d、穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　穩(wěn)壓電路選用三端集成直流穩(wěn)壓器，其電路連接方式一般如下圖 所示。</p><p>　　性能上，常用的集成穩(wěn)壓器有三端固定式、三端可調(diào)

26、式和開關式。以三端固定式為例，其正輸出為7800（后兩位代表輸出的額定穩(wěn)壓值，00 是統(tǒng)稱）系列，負輸出為7900 系列，常見的有05、06、08、09、12、15、18、24 八種。一般要求最小的輸入、輸出電壓差（UI-U0）為2 V ~3 V；輸出穩(wěn)壓的容差約為5%；最大輸出電流IOmax有0.1 A （如78L12），0.3 A （如78M12）和1.5 A （如7812）等多種，部分器件的最大輸出電流可達2.2 A；其最大輸入電

27、壓UImax 一般是7818 檔以下為35 V，7824 檔為40 V；電壓調(diào)整率SU 一般為0.01%/V；輸出電阻R0小于0.1Ω；紋波抑制比SVP 一般為50dB；溫度系數(shù)ST 一般為每度1mV ~2.4 mV。圖4 中，引腳1 為電壓變換的輸入端，引腳2 為電壓變換后的輸出端，引腳3為接地端。電容Ci 作用是改善紋波和抑制輸入的過電壓，一般取值為0.33 μF。C0 作用是改善負載的順態(tài)響應，一般可選取0.1μ F 的電容，當采

28、用大容量的電解電容時效果更好。穩(wěn)壓電源的輸入輸出端要跨接一個二極管，以防止</p><p>　　（4）、設計原理圖及具體功能</p><p>　　本設計是把幾個供電模塊集成到一個供電電源上，能夠同時提供固定輸出+12 V、-12V（最大輸出電流1 A） 和固定輸出、+5V、+5V（最大輸出電流1 A）的直流電輸出。</p><p>　?。?）輸出+/-12 V：核心

29、器件選用穩(wěn)壓器7812 和7912，組合應用這兩個穩(wěn)壓器件與一個硅整流橋相接，按下圖連好電路就能輸出+/-12 V 的電壓。組合用7812 和7912時，公共輸出接地端用的是變壓器輸出端口的+12 V 并分別接入7812 的接地引腳（GND）和7912的電壓輸入引腳（Vin）；硅整流橋的正、負輸出端口則分別接入7812的電壓輸入端（Vin）和7912 的接地端；濾波電容用了兩個1000 uF 首尾相接，連接處接公共輸出接</p&g

30、t;<p>　?。?）輸出+/-5V：核心器件選用7805 三端集成穩(wěn)壓器，其輸出電壓為+5 V，額定電流1A。當變壓器變壓后輸出8.4V 交流電，經(jīng)KBPC810 硅整流橋，整流后輸出約6 V電壓，濾波后由7805 三端集成穩(wěn)壓電源處理，輸出+5V電壓，電流最大輸出為1 A.7905穩(wěn)壓器則輸出為-5V。</p><p>　　（3）輸出正負可調(diào)1.2V-37V,(-1.25V)-(-37V): 核

31、心器件選用LM117 三端集成穩(wěn)壓器和LM137三端集成穩(wěn)壓器。</p><p>　　第二章 運用Multisim對電路進行仿真</p><p>　?。?）、什么是Multisim</p><p>　　Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描

32、述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。</p><p>　　(2)、運用multisim對電路進行仿</p><p>　?。?）、仿真結果說明</p><p>　　220V、50Hz交流電經(jīng)過變壓器TR1，輸出20V的波動電壓，經(jīng)過整流橋后，呈現(xiàn)的是圖三全波整流波形，接著，經(jīng)過1uF的濾波電容后，變?yōu)楹休^小諧波的直流電壓，波形如圖四所示</p>&

33、lt;p>　　趨向于直線，接近直流，最后，電壓通過7812穩(wěn)壓器，諧波被去除，成為較為穩(wěn)定的直流電，如圖五所示，達到實驗要求。而-12V電壓由于采用7912穩(wěn)壓器， 輸出類似于+12V，輸出波形一致。</p><p>　　第三章用protel軟件畫出原理圖</p><p>　?。?）什么是protel</p><p>　　Protel 99采用全新的管理方式

34、，即數(shù)據(jù)庫的管理方式。Protel 99 是在桌面環(huán)境下第一個以獨特的設計管理和團隊合作技術為核心的全方位的印制板設計系統(tǒng)。所有Protel 99設計文件都被存儲在唯一的綜合設計數(shù)據(jù)庫中，并顯示在唯一的綜合設計編輯窗口。Protel 99軟件沿襲了Protel以前版本方便易學的特點，內(nèi)部界面與Protel 98大體相同，新增加了一些功能模塊。Protel公司引進了德國INCASES公司的先進技術，在Protel99中集成了信號完整性工具

35、，精確的模型和板分析，幫助你在設計周期里利用信號完整性分析可獲得一次性成功和消除盲目性。Protel99容易使用的特性就是新的“這是什么”幫助。按下任何對話框右上角的小問號，然后選擇你所要的信息。現(xiàn)在可以很快地看到特性的功能，然后用到設計中，按下狀態(tài)欄末端的按鈕，使用自然語言幫助顧問。</p><p>　?。?）、運用protel畫出原理圖</p><p>　　就好像你到一個圖書館里找一些

36、書，你必須知道書的名字，然后按分類到相應的目錄中檢索類似。所以你要找元件，必須熟悉元件元件名稱，搜索工具使用方法等。</p><p>　　元件庫有個可用元件庫，常用的元件和插接件在安裝軟件時就安裝到了可用元件庫中，一些不常用的元件是按照生產(chǎn)廠商歸類的，主要使用搜索工具，輸入元件名去搜索，元件名不要輸入得太精確，因為不同廠商命名元件規(guī)則不同。比如LM7812，你輸入78*12才好搜得到</p><

37、;p>　　第四章 用PCB生成電路</p><p>　?。?）、什么是PCB</p><p>　　當我們設計了原理圖，生成了網(wǎng)表，下一步就要進行PCB設計。</p><p>　　(2)、建立PCB文件</p><p>　　要進行PCB設計，必須有原理圖，根據(jù)原理圖才能畫出PCB圖。按照上述板框導航生成一張“IBM XT bus form

38、at”形式的印制板邊框。選擇PCB設計窗口下的“Design”中的“Add/Remove Library”，在對話框上選擇“4 Port Serial Interface.ddb”,在“\Design Explorer 99\Examples”文件夾中選取，點取“Add”,然后“OK”關閉對話框。在左側的導航樹上，打開“4 Port Serial Interface.prj”原理圖文件，選擇“Design”下的“Update PCB”,

39、點取“Apply”,“Update Design”對話框被打開，點取“Execute”選項。對話框“Confirm Component Associations”對話框將被打開，網(wǎng)絡連接表列出，選擇應用“Apply”更新PCB文件，由于Protel99采用同步設計，因此，不用生成網(wǎng)表也可以直接到PCB設計。這時，一個的帶有網(wǎng)絡表的PCB文件將生成。</p><p>　　(3)運用PCB生成原理圖</p>

40、;<p>　　第五章 誤差分析、數(shù)據(jù)記錄及其心得</p><p><b>　　1、誤差分析</b></p><p>　?。?）仿真都是比較理想狀態(tài)下進行的，所以在實物成型時由于電阻、電容等器件本身的誤差會導致一定的誤差。</p><p>　　（2）濾波電容選擇的不同也可能導致誤差。</p><p>　?。?

41、）在測量整流之后的波形時，應當注意電路的連接，不然得不到要求的波形。</p><p>　?。?）濾波電容選擇時，不可太大也不可太小，不然會造成濾波效果不好。</p><p>　?。?）實驗時連線注意連好，不然可能造成不必要的錯誤。</p><p><b>　　2、數(shù)據(jù)記錄</b></p><p>　　經(jīng)過仿真之后顯示的波

42、形基本滿足實驗設計的要求，輸出在電流表、電壓表的測量下，在誤差允許的情況下滿足設計要求分別輸出：±12V/1A，±5V/1A，一組可調(diào)正電壓+(-1.2V)~+(-37)V/1A。</p><p><b>　　3、心得</b></p><p>　　這次我所選的這個課題本以為做過就很簡單，其實不然，電路的復雜程度讓我頭疼，不過只要認真仔細的去弄了，還

43、是能搞出來的。</p><p>　　線性直流穩(wěn)壓電源在日常生活中的應用是非常廣泛的，其性能的穩(wěn)定性是保證設備正常運行的重要前提，所以如何設計高性能、高指標的穩(wěn)壓電源具有重要意義。</p><p>　　本次設計的直流穩(wěn)壓電源采用的是集成穩(wěn)壓器，這樣設計可以使得輸出的電壓更加的穩(wěn)定，也使電路更加的簡單。這樣可以對穩(wěn)壓電源各個部分的設計原理會更加清楚，而且對所學知識的鞏固和提高有很大幫助。本次設

44、計通過穩(wěn)壓電源電路的設計，使我對硬件電路的制作過程有了充分地了解，感覺最難的是電路的參數(shù)設計這一塊，這部分涉及的內(nèi)容較多，要真正弄懂它的原理其實真的不是一件易事。這次的課程設計使我們在課堂上學到的知識應用實踐上來，更深刻的理解了學到的知識。但是從中我們更學到了很多課堂上學不到的東西，例如鍛煉了我們的實際操作能力和克服困難的信心，這次的課程設計讓我們受益匪淺。</p><p><b>　　參考文獻<

45、/b></p><p>　　[1]吳友宇，伍時和，凌玲. 模擬電子技術基礎[M]. 北京：清華出版社，2009.</p><p>　　[2]康華光,陳大欽.電子技術基礎模擬部分(第四版)[M].北京：高等教育出版社, 2004.</p><p>　　[3]張麗華，劉勤勤.模擬電子技術基礎仿真實驗[M].西安：電子科技大學出版社，2008.</p>

46、<p>　　[4] 劉嵐，葉慶云.電路分析基礎[M].北京：高等教育出版社，2009.</p><p>　　[5]華成英.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[6]彭介華，《電子技術課程設計指導》，北京：高等教育出版社，1997；</p><p>　　[7]高吉祥，《電子技術基礎實驗與課程設計》，北京：電子工業(yè)出