2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、<p>  直流穩(wěn)壓電源電路項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案</p><p>  一、需求分析及方案論證</p><p><b>  1.1需求分析</b></p><p> ?。?)串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)要求 </p><p>  ①輸入電源:單相(AC),220V±10%,50HZ±5%; </p>

2、;<p> ?、谳敵鲭妷海篋C:+3~+12V,連續(xù)可調(diào);</p><p> ?、圯敵鲭娏鳎篋C:0~800mA;</p><p> ?、茇?fù)載效應(yīng):≤5%;</p><p> ?、葺敵黾y波噪聲電壓:≤10mV(有效值);</p><p>  ⑥保護(hù)性能:超出最大輸出電流20%時(shí)立即截流保護(hù);</p><p&g

3、t; ?、哌m應(yīng)環(huán)境:溫度:0~40℃,濕度:20%~90%RH;</p><p> ?、郟CB尺寸:不大于120mm*90mm。</p><p> ?。?)串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)需求分析 </p><p>  電子設(shè)備都需要良好穩(wěn)定的電源,而外部提供的能源大多數(shù)為交流電源,電源設(shè)備擔(dān)負(fù)著把交流電源轉(zhuǎn)換為電子設(shè)備所需的各種類別直流電源的任務(wù),轉(zhuǎn)換后的直流電源應(yīng)具有良好的

4、穩(wěn)定性,當(dāng)電網(wǎng)或負(fù)載變化時(shí),它能保持穩(wěn)定的輸出電壓,并具有較低的紋波。我們通常稱這種直流電源為穩(wěn)壓電源。</p><p>  1.2設(shè)計(jì)方案的選擇與論證</p><p>  小功率穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)部分組成,如圖1所示。</p><p><b>  (a)</b></p><p>  

5、U1 U2 Ui UI1 UI2 </p><p><b> ?。╞)</b></p><p>  圖1(a)、(b)穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過程</p><p>  方案一:簡單的并聯(lián)型穩(wěn)壓電源</p>

6、<p>  并聯(lián)型穩(wěn)壓電源的調(diào)整元件與負(fù)載并聯(lián),因而具有極低的輸出電阻,動(dòng)態(tài)特性好,電路簡單,并具有自動(dòng)保護(hù)功能;負(fù)載短路時(shí)調(diào)整管截止,可靠性高,但效率低,尤其是在小電流時(shí)調(diào)整管需承受很大的電流,損耗過大,因此在本實(shí)驗(yàn)中不適合此方案。</p><p>  方案二:由固定式三端穩(wěn)壓器(LM317,7812,7809,7805)組成</p><p>  由固定式三端穩(wěn)壓器(LM3

7、17,7812,7809,7805)輸出腳V0、輸入腳Vi和接地腳GND組成,LM317是可調(diào)電壓穩(wěn)壓芯片,7805,7809,7812,7905則屬于CW78**,CW79**系列的穩(wěn)壓器,輸入端接電容可以進(jìn)一步濾波,輸出端接電容可以改善負(fù)載的瞬間影響,此電路比較穩(wěn)定。但是,在訓(xùn)練過程中,此電路過于簡單。</p><p>  方案三:簡單的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源</p><p>  串聯(lián)穩(wěn)壓電源

8、,即利用串聯(lián)于電路中的調(diào)整管Q1進(jìn)行動(dòng)態(tài)分壓而使負(fù)載得到穩(wěn)定電壓的電路。串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理,是在輸入電壓存在波動(dòng)時(shí),輸出電壓保持恒定的裝置,利用穩(wěn)壓二極管兩端電壓不變的原理,使輸出電壓保持不變,并用多級三極管組成達(dá)令頓復(fù)合電路,組成放大器提高穩(wěn)壓精度。</p><p>  根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求,本實(shí)驗(yàn)采用方案三。</p><p><b>  三、電路原理分析</b>

9、</p><p>  直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器T、整流、濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成,基本框圖如圖所示。各部分的作用: </p><p><b>  圖2 基本框圖</b></p><p>  電源變壓器T的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的

10、交流電壓U2。變壓器副邊與原邊的功率比為P2/ P1=η,式中η是變壓器的效率。 </p><p>  整流濾波電路:整流電路將交流電壓U1變換成脈動(dòng)的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的紋波成分,輸出紋波較小的直流電壓U0。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等,如圖3所示。</p><p><b>  圖3 橋式整流</b></p>&l

11、t;p>  整流橋?qū)⒔涣麟妷篣2變成脈動(dòng)的直流電壓,再經(jīng)濾波電容C濾波紋波,輸出直流電壓U0。U0與交流電壓輸出U2的有效值u2的關(guān)系為</p><p>  U0=(1.1-1.2)u2</p><p>  每只整流二極管承受的最大的方向電壓Vrm=u2</p><p>  通過每只二極管的平均電流I=0.5Ir=0.45u2/R</p><

12、;p>  式中,R 為整流電路的負(fù)載電阻.它為電容C提供放電回路,RC放電時(shí)間常數(shù)應(yīng)滿足RLC≥(3-5)T/2</p><p>  式中,T為50HZ交流電壓的周期,即20ms.</p><p> ?。?)電壓輸出穩(wěn)壓器</p><p>  由于輸入電壓U1發(fā)生波動(dòng)、負(fù)載和溫度發(fā)生變化時(shí),濾波電路輸出的直流電壓UI會(huì)隨著變化。因此,為了維持輸出電壓UI穩(wěn)定不

13、變,還需加一級穩(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)發(fā)生變化時(shí),能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所組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。 </p><p>  四、直流穩(wěn)壓電源的參數(shù)設(shè)計(jì)</p><p>  穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì),是根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo、輸出電流Io、輸出紋波電壓ΔUop

14、-p等性能指標(biāo)要求,正確地確定出變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流橋和濾波電路中所用元器件的性能參數(shù),從而合理的選擇這些器件。</p><p>  直流穩(wěn)壓電源的參數(shù)設(shè)計(jì)可以分為以下三個(gè)步驟:</p><p>  根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo、最大輸出電流Iomax,確定穩(wěn)壓器的型號及電路形式。</p><p>  根據(jù)穩(wěn)壓器的輸入電壓,確定電源變壓器副邊電壓U2的有效值u2;

15、根據(jù)穩(wěn)壓電源的最大輸出電流I0max,確定流過電源變壓器副邊的電流I2和電源變壓器副邊的功率P2;根據(jù)P2,從表1查出變壓器的效率η,從而確定電源變壓器原邊的功率P1。然后根據(jù)所確定的參數(shù),選擇電源變壓器。</p><p>  確定整流橋的正向平均電流ID、整流橋的最大反向電壓和濾波電容的電容值和耐壓值。根據(jù)確定的參數(shù)選擇整流橋和濾波電容。</p><p><b>  設(shè)計(jì)參數(shù)如

16、下: </b></p><p>  選擇分立元件復(fù)合管,確定電路形式</p><p>  在此方案中主要選擇兩種類型三極管:</p><p>  對于VT1管:集電極一發(fā)射極反射擊穿電壓UBR(CEO)1應(yīng)為:</p><p>  UBR(CEO)1>UC1max=23.76V</p><p>  VT1集

17、電極最大電流:</p><p>  ICM1>(1+20%)*800mA=960mA</p><p>  VT1集電極耗散功率:</p><p>  PCM1>(23.76-3)V*800mA=16.6W</p><p>  對于VT2管:UBR(CEO)2應(yīng)當(dāng)也有:UBR(CEO)1>UC1max=23.76V</p><

18、;p>  VT2集電極最大電流:</p><p>  VT2集電極耗散功率:</p><p>  PCM1>(23.76-3)V*13.3mA=0.28W</p><p>  所確定的穩(wěn)壓電源電路如圖4所示。</p><p>  圖4 ⑵選擇電源變壓器 </p><p>  電

19、源變壓器有很多種:有降壓的、有升壓的,在這次的設(shè)計(jì)中我們用的是降壓變壓器,它的作用是將來自電網(wǎng)的220V交流電壓u1變</p><p>  為整流電路所需要的交流電壓u2。,其中:是變壓器副邊的功率,是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率如表1所示:</p><p>  表1 小型變壓器的效率</p><p>  因此,當(dāng)算出了副邊功率后,就可以根據(jù)上表算出原邊

20、功率。</p><p>  輸入電壓Vi的范圍為Vomax+(Vi-Vo)min≤Vi≤Vomin+(Vi-Vo)max, Vomax為最大輸出電壓,Vomin為最小輸出電壓,(Vi-Vo)min為穩(wěn)壓器最小輸入、輸出差,(Vi-Vo)max為穩(wěn)壓管最大輸入、輸出差,故Vi≥12+3=15V, 考慮電網(wǎng)電壓10%的波動(dòng),最終取Vi =16.7V,由 V2=Vi/1.1=15.18V,但在實(shí)際過程中,由于沒有這種生

21、產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn),所以選購了輸出為24V的。</p><p> ?。?)用整流橋和濾波電容</p><p>  整流橋:實(shí)測V2=33V</p><p><b>  整流輸出電壓平值 </b></p><p>  Vi=(1.1-1.2)V2 =36.3V <

22、/p><p>  二極管平均電流 </p><p><b>  =0.327A</b></p><p><b>  二極管最大反向壓</b></p><p><b>  =23.3V</b></p><p>  故整流橋選用1N4001(1A,50V

23、)</p><p>  保護(hù)二極管選IN4148(1A,50V)</p><p><b>  濾波電容:</b></p><p>  RLC≥(3-5)T/2,則C1=5T/2RL, 式中T為交流電源周期,T=20ms, RL 為C1右邊的等效電阻,應(yīng)取最小值,由于Imax=500mA,因此 RL =U1/Imax=33,所以C1=C2=151

24、5μf,可見C1的容量較大,應(yīng)選電解電容,受規(guī)格限制,電容的耐壓要≥25V,故濾波電容C取容量為2200uF,耐壓為25V的電解電容。 </p><p><b>  五、單元電路的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>  5.1電源變壓器</b></p><p>  電源變壓器的作用是將交流電網(wǎng)220V的交流電壓變換為所需

25、的交流電壓。變壓器的副邊與原邊的功率比定義為變壓器的效率。</p><p><b>  5.2整流電路</b></p><p>  整流電路的任務(wù)是將交流電變?yōu)橹绷麟姡瓿蛇@一任務(wù)主要靠二極管的單向?qū)щ娮饔?,因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。在小功率整流電路中,常見的幾種整流電路有單相半波,全波,橋式和被壓整流電路。本設(shè)計(jì)中采用的是單相橋式整流電路。</p&g

26、t;<p>  在橋式整流電路中,二極管D1,D3和D2,D4是兩兩輪流導(dǎo)通的,所以流經(jīng)每個(gè)二極管的平均電流為:</p><p><b> ?。?-2-1)</b></p><p>  每只整流二極管承受的最大反向電壓為:</p><p><b> ?。?-2-2)</b></p><p&

27、gt;  一般電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍為±10%。實(shí)際上選用的二極管的最大整流電流和最高反向電壓應(yīng)留有大于10%的余量。</p><p>  橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高,紋波電壓小,管子所承受的最大反向電壓較低,同時(shí)因電源變壓器在正,負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載,電源變壓器得到了充分的利用,效率較高。</p><p><b>  5.3濾波電路</b></p&

28、gt;<p>  濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波,一般由電抗元件組成。濾波電路的形式很多,為了掌握它的分析規(guī)律,把它分為電容輸入式和電感輸入式。前一種濾波電路多用于小功率電源中,而后一種濾波電路多用于較大功率電源中。所以本設(shè)計(jì)中采用電容輸入式濾波電路。</p><p>  在表達(dá)式(3-2-2)中電阻R為整流濾波電路的負(fù)載電阻,它為電容C提供放電回路,RC放電時(shí)間常數(shù)應(yīng)滿足</p>

29、<p>  RC >(3~5)Tˊ/2 (3-3-1)</p><p>  式中Tˊ為50HZ交流電壓的周期,及20ms。</p><p><b>  5.4穩(wěn)壓電路</b></p><p>  穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng),負(fù)載和溫度變化時(shí),維持輸出直流電壓穩(wěn)定。</p><p>  

30、電路采用誤差放大電路方案,電路原理圖如圖5所示。其中R3、R4及可調(diào)為取樣電路,Q3為誤差放大管,R2與D5構(gòu)成基準(zhǔn)電路。當(dāng)輸出電壓升高時(shí),B點(diǎn)電壓上升,C點(diǎn)電壓升高,而D點(diǎn)電壓下降,使Q1、Q2電流減少,分壓增加,從而使輸出降低。</p><p><b>  圖5</b></p><p><b>  5.5過流保護(hù)電路</b></p>

31、;<p>  過流保護(hù)電路是當(dāng)輸出電流超過一定數(shù)值時(shí),則保護(hù)電路開始工作,使調(diào)整管處于不完全截止?fàn)顟B(tài),輸出電流和輸出電壓都相應(yīng)下降,達(dá)到保護(hù)電源的目的。這種保護(hù)電路比較簡單,而且當(dāng)輸出過載或短路被排除后,穩(wěn)壓電路便自動(dòng)地恢復(fù)工作。</p><p><b>  5.6過壓保護(hù)電路</b></p><p>  串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源中的過電壓保護(hù)包括輸入過電壓保護(hù)

32、和輸出過電壓保護(hù)。如果電網(wǎng)的電壓突然過高,將導(dǎo)致此穩(wěn)壓電源不能正常工作,甚至損壞內(nèi)部器件,因此該串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源中有必要使用輸入過電壓保護(hù)電路。圖 7晶體管和穩(wěn)壓二極管所組成的保護(hù)電路,在該電路中,當(dāng)輸入直流電源的電壓高于穩(wěn)壓二極管的擊穿電壓值時(shí),穩(wěn)壓管擊穿,有電流流過電阻 R4 ,使晶體管 Q5 導(dǎo)通,三極管Q2、Q1截止,切斷輸入。從而起到保護(hù)電路的作用。</p><p>  圖7 過壓保護(hù)電路圖</p

33、><p><b>  六、電路仿真與檢測</b></p><p>  6.1 Multisim仿真電路繪制</p><p>  6.2 Multisim仿真儀器儀表的應(yīng)用</p><p>  6.3 穩(wěn)壓電源各項(xiàng)性能指標(biāo)的測試與分析</p><p>  在本次設(shè)計(jì)中,測試了穩(wěn)壓電源的主要性能指標(biāo),穩(wěn)壓

34、系數(shù),內(nèi)阻,紋波電壓等。其方法如下:</p><p>  測量穩(wěn)壓系數(shù):在負(fù)載電流為最大時(shí),分別測得輸入交流比220V增大和減小10%的輸出△Vo,并將其中最大一個(gè)代入公式計(jì)算Sr,當(dāng)負(fù)載不變時(shí),Sr=△VoVi/△ViVo。</p><p>  測量內(nèi)阻:在輸入交流為220v,分別測得負(fù)載電流為0及最大值時(shí)的△Vo,則ro=△Vo/△Il</p><p>  測量

35、紋波電壓:疊加在輸出電壓上的交流分量,一般為mv級。可將其放大后,用示波器觀察其峰-峰值△Vop-p,也可用交流毫伏表測量其有效值△Vo,由于紋波電壓不是正弦波,所以用有效值衡量存在一定誤差。</p><p>  6.3.1電路的調(diào)試與檢測</p><p><b>  1) 靜態(tài)調(diào)試</b></p><p>  當(dāng)連好電路板的線路時(shí),先不要急

36、著通電,而因該從以下幾個(gè)方面進(jìn)行檢測:</p><p>  A、對照原理圖,用萬用表一檢查線路的各個(gè)接口是否接通,是否有短路、斷路或漏接的現(xiàn)象,如果有,因該及時(shí)改好電路連線。</p><p>  B、對照原理圖,檢查各元件是否接正確。</p><p><b>  2) 動(dòng)態(tài)調(diào)試</b></p><p>  接通220V的

37、電源,用數(shù)字萬用表對所設(shè)計(jì)的電路實(shí)物進(jìn)行測試,得到正電源可調(diào)檔的調(diào)節(jié)范圍是:1.26-17.51v,12v端口輸出電壓是12.13V,9v輸出端口電壓是8.97v,5v輸出端口電壓是5.06v,負(fù)電源-5v端口輸出電壓是-4.67V 。</p><p>  3) 技術(shù)指標(biāo)測量及誤差分析</p><p>  6.3.2 技術(shù)指標(biāo)測量</p><p> ?、拧y量穩(wěn)壓系

38、數(shù),先調(diào)節(jié)自藕變壓器使輸入的電壓增加10%,即Vi=242V, 測量此時(shí)對應(yīng)的輸出電壓Vo1;再調(diào)節(jié)自藕變壓器使輸入減少10%,即Vi=198, 測量此時(shí)對應(yīng)的輸出電壓Vo2, 然后測量出Vi=220V時(shí)對應(yīng)的輸出電壓Vo, 則穩(wěn)壓系數(shù)</p><p>  Sv= (△Vo/Vi)/(△Vi/Vi) = . </p><p>  下表為在實(shí)驗(yàn)室中測得的數(shù)據(jù)并通過計(jì)算得出的穩(wěn)壓系數(shù)結(jié)果:

39、</p><p> ?。?).紋波電壓的測試</p><p>  用示波器觀察Uo的峰峰值,(此時(shí)Y通道輸入信號采用交流耦合AC),測量ΔUop-p的值(約4mV)。</p><p>  下表為在實(shí)驗(yàn)室測得的紋波電壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):</p><p> ?。?)輸入輸出電壓波形</p><p><b> ?。?)過流

40、保護(hù)測試</b></p><p>  采用了1A的直流保險(xiǎn),如果電流超過了1A就會(huì)熔斷,起到電流的過載保護(hù)作用。</p><p><b> ?。?)過壓保護(hù)測試</b></p><p><b>  七、設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>  本課程設(shè)計(jì)運(yùn)用了模擬電路的基本知識,通過變壓,整

41、流,濾波、穩(wěn)壓等步驟,輸出理論可變范圍為3—12V,而實(shí)際可調(diào)范圍為 的正負(fù)直流穩(wěn)壓電源。</p><p>  這次課程設(shè)計(jì)我們小組做了一個(gè)串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源,不僅在后面的課程實(shí)訓(xùn)中會(huì)用到,而且在平時(shí)也是一個(gè)很好的電源工具。這次我們做的直流穩(wěn)壓電源具帶負(fù)載能力強(qiáng),最大帶負(fù)載能力電流可達(dá)800mA左右,在這次課程設(shè)計(jì)中,我們學(xué)到了很多關(guān)于設(shè)計(jì)的東西,這些在書本中無法學(xué)到。在我們的課程設(shè)置中,需要對每

42、個(gè)電子元器件十分熟悉,這就要求我們自己要多查資料,自學(xué)他們的相關(guān)特性,知道他們的相關(guān)參數(shù)。</p><p>  雖然有一些元器件我們相對來說比較熟悉,但是在實(shí)際應(yīng)用中還是存在一些問題,主要是我們?nèi)狈?shí)踐經(jīng)驗(yàn)所致,只有經(jīng)常參與實(shí)踐,把自己學(xué)到的東西更好的應(yīng)用于實(shí)踐中去,實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合,才能真正實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用。最后,感謝信息學(xué)院給予我們這次學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。</p><p><b> 

43、 參考文獻(xiàn):</b></p><p>  [1] 童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2001.01.</p><p>  [2] Brian W. Kernighan Dennis M. Ritchie Edition. The C Programming Language(Second Edition)[M].Machinery Indust

44、ry Press,2004.10.</p><p>  [3] 童詩白、徐振英.現(xiàn)代電子學(xué)及應(yīng)用[M].高等教育出版社,1994.</p><p>  [4] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京高等教育出版社,2001.</p><p><b>  附錄A:主要器材</b></p><p><b>  附錄B:

45、電路原理圖</b></p><p><b>  電路原理圖</b></p><p><b>  附錄C:PCB圖</b></p><p><b>  PCB圖</b></p><p><b>  附錄C:實(shí)物圖</b></p>&

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