直流穩(wěn)壓電源課程設計報告---直流穩(wěn)壓電源

1、<p>　　物理與電子信息科學系</p><p><b>　　《模擬電子技術》</b></p><p><b>　　課程設計報告</b></p><p><b>　　直流穩(wěn)壓電源</b></p><p>　　班 級 </

2、p><p>　　學生姓名 </p><p>　　指導老師 </p><p>　　提交日期 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一部分 設計任務</p&

3、gt;<p>　　1.1 設計目的及要求.......................................................3</p><p>　　1.2備選方案設計與比較....................................................4</p><p>　　1.2.1方案一..................

4、.............................................4</p><p>　　1.2.2方案二..............................................................4</p><p>　　1.2.3各方案分析比較.............................................

5、.......4</p><p>　　第二部分 設計方案</p><p>　　2 .1總體設計方案說明.....................................................4</p><p>　　2 .1模塊結構與方框圖.......................................................

6、...4第三部分 電路設計與器件選擇</p><p>　　3 .1.1............................................. 12</p><p>　　3 .1.1電路及參數(shù)計算..................................................... 12</p><p>　　3 .1.2工作原

7、理及功能說明............................................... 12</p><p>　　3 .1.3器件說明..................................................... 12</p><p>　　3 .2.......................................... 12<

8、;/p><p>　　3 .2.1電路及參數(shù)計算...................................................... 12</p><p>　　3 .2.2工作原理及功能說明............................................... 12</p><p>　　3 .2.3器件說明.........

9、................................................... 12</p><p>　　3 .3............................................................ 12</p><p>　　3 .3.1電路及參數(shù)計算........................................

10、.............. 12</p><p>　　3 .3.2工作原理及功能說明............................................... 12</p><p>　　3 .3.3器件說明.............................................................. 12</p><p

11、>　　第四部分 整機電路</p><p>　　4.1整機電路圖.............................................................. 12</p><p>　　4.2元件清單.............................................................. 12</p>&

12、lt;p>　　第五部分 電路仿真</p><p>　　5.1電路仿真軟件簡介..................................................... 12</p><p>　　5.2仿真電路圖.............................................................. 12</p>&l

13、t;p>　　5.3仿真結果.......................................................... 12</p><p>　　第六部分 安裝調(diào)試與性能測量</p><p>　　6.1電路安裝............................................................ 12</p>

14、<p>　　6.2電路調(diào)試.............................................................. 12</p><p>　　6.2.1調(diào)試步驟和測量數(shù)據(jù).............................................11</p><p>　　6.2. .2故障分析及處理................

15、.....................................5</p><p>　　6.3整機性能指標測量..............................................10</p><p>　　十一、心得體會.............................................................13</p&

16、gt;<p>　　十二、參考文獻.............................................................14</p><p>　　十三、結束語.................................................................14</p><p>　　第一部分 設計任務</

17、p><p>　　1.1設計目的及要求</p><p>　　1．學習基本理論在實踐中綜合運用的初步經(jīng)驗，掌握模擬電路設計的基本方法、設計步驟，培養(yǎng)綜合設計與調(diào)試能力。</p><p>　　2．學會直流穩(wěn)壓電源的設計方法和性能指標測試方法。</p><p>　　3．培養(yǎng)實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。</p><p>

18、　　4．設計并制作一個連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，主要技術指標要求：</p><p>　?、?輸出電壓可調(diào)：輸入電壓在220V±10%時Uo=+3V～+12V</p><p>　?、谳敵鲭娏鳎篒o＞0.5A</p><p>　　③ 輸出電壓變化量：ΔUo≤5mV</p><p>　?、?穩(wěn)壓系數(shù)：SV≤5×10E－3</p

19、><p>　　⑤輸出內(nèi)阻：R0﹤0.1Ω</p><p>　?、蘧哂羞^流保護，過壓保護功能：當輸出電流超過0.7A時電路自動過流保護；當輸入電壓超過250v時電路自動過壓保護</p><p>　　⑦主要調(diào)整元件由晶體管組成</p><p>　　5．設計電路結構，選擇電路元件，計算確定元件參數(shù)，畫出實用原理電路圖。</p><p

20、>　　6．自擬實驗方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，交指導教師審核。</p><p>　　7.批準后，進實驗室進行組裝、調(diào)試，并測試其主要性能參數(shù)。</p><p>　　1.2備選方案設計與比較</p><p><b>　　1.2.1方案一</b></p><p><b>　　1

21、.2.2方案二</b></p><p>　　1.2.3各方案分析比較</p><p>　　第二部分 設計方案</p><p>　　2 .1總體設計方案說明</p><p>　　圖6 設計方案電路圖</p><p>　　（1）變壓：電網(wǎng)供電電壓交流220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用

22、電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。</p><p>　?。?）整流：降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。</p><p>　?。?）濾波：脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。</p><p>　?。?）穩(wěn)壓：濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界

23、影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負載RL。</p><p>　　（5）保護：過壓和過流保護，限流保護電路和截流保護電路或利用穩(wěn)壓管的反向擊穿穩(wěn)壓進行過壓保護。</p><p>　　2 .2模塊結構與方框圖</p><p>　　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)壓四個環(huán)節(jié)才能完成，見圖1。</p>

24、<p>　　圖1 直流穩(wěn)壓電源原理</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>　?。?）整流濾波電路：利用單向?qū)щ娫O管，把50Hz的正弦交流電變換成脈動

25、的直流電；而由于電抗元件在電路中具有儲能作用，并聯(lián)的電容器C在電源供給的電壓升高時能把部分能量儲存起來，而當電源電壓降低時，就能把電場能量釋放出來，使負載電壓比較平滑，電容C具有平波的作用。</p><p>　　整流濾波電路的結構如下圖2所示。220V交流電壓經(jīng)變壓器降壓后，其次級電壓變?yōu)閁2。經(jīng)二極管D1~D4， 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

26、截止。正負半周內(nèi)部都有電流IL流過的負載電阻RL，且方向是一致的，因此電源變壓器得到了充分的利用，但輸出的是脈動直流。</p><p>　　圖3 橋式整流電壓輸出</p><p>　　濾波電路的作用是將來自整流電路的脈動直流進行平波。濾波電路的形式通常有電容濾波、電感濾波和復式濾波三種。電容濾波適合負載電流較小的場合，電感濾波適合負載電流較大的場合，而復式濾波一般用在要求較高的場合。本電

27、路負載較小，故選用電容濾波即可。</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)電壓和負載的變化而變化。</p><p>　　穩(wěn)壓原理如下所述：通過電壓負反饋保證輸出電壓保持穩(wěn)定。這個穩(wěn)壓電路起調(diào)整作用的是三極管T，輸出電壓的變化量由反饋網(wǎng)絡取樣經(jīng)比較放大電路A放大后去控制調(diào)整管T的C—E極間的電壓降，從而達到穩(wěn)定輸出電壓Vo的目的:當輸入電壓VI增

28、加或負載電流IL減少時，導致輸出減壓Vo增加，隨之反饋電壓VF=R″Vo／（R′+ R″）=FVVo也增加，VF與基準電壓VREF相比較，其差值電壓經(jīng)比較放大后使得VB和IC減少，T的VCE增大，使Vo下降，從而維持Vo基本穩(wěn)定。</p><p>　　圖4 電路工作原理</p><p><b>　　UI↑或IL↓</b></p><p>&l

29、t;b>　　(4)保護電路：</b></p><p>　　為避免在使用中因非正常原因造成輸出短路或過載，致使調(diào)整管流過很大的電流，使之損壞。故需有快速保護措施。常見保護電路有：過流保護；調(diào)整管安全保護；過熱保護等。根據(jù)設計要求，本電源采用過流保護。過流保護又分限流型和截流型，電路形式如圖1.4-4 (a)、(b)所示，其中圖5 (a)是限流型，圖5 (b)是截流型。</p><

30、;p>　　(a)是限流型 (b)是截流型</p><p>　　圖5 保護電路的電路形式</p><p>　　第三部分 電路設計與器件選擇</p><p>　　圖6 設計方案電路圖</p><p>　　3 .1.1 變壓整流</p><p>　　3 .

31、1.1電路及參數(shù)計算.</p><p><b>　?、龠x擇電源變壓器</b></p><p>　　變壓器的作用是將220V交流電降壓到負載所需要的電壓。根據(jù)本課題設計要求，一般調(diào)整管的壓降在2 ~3V,</p><p>　　由VCE≤UImin——Uomax，令VCE=3V，Uomax=12V，所以UImin≥15V；</p>&

32、lt;p>　　又由I2=（1.5 ~2）Ii，取Ii=700mA，所以I2=1.5×0.7A=1.05A，取變壓器的效率為80%，則其功率為P=15V×1.05／80%=19.7W。</p><p>　　所以變壓器選用220V輸入，15V輸出，功率35W .</p><p>　?、谶x擇整流管及濾波電容</p><p>　　由濾波電路的公式V

33、I=（1.1 ~1.2）V2，取VI=1.2×15 v =18 v，而對整流管D的最大反向電壓VRM=√2 VI（1+10%）=28V，考慮成本及可靠性所以D取1N4007型，反向電壓VRM是1000V，最大導通電流I=1A。</p><p>　　濾波電容C由公式RLC=T／2得C=(3~5)TIomax／2Vomax=1760~2941µF，考慮濾波效果可取2200µF,最大管壓降

34、為25V，再加一個瓷片電容用于濾去高頻電波干擾，取560PF，25V。</p><p>　　注意： 因為大容量電解電容有一定的繞制電感分布電感，易引起自激振蕩，形成高頻干擾，所以穩(wěn)壓器的輸入、輸出端常 并入瓷介質(zhì)小容量電容用來抵消電感效應，抑制高頻干擾。</p><p>　　3 .1.2工作原理及功能說明</p><p>　?。?）變壓：電網(wǎng)供電電壓交流220V(有

35、效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。</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：降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。</p><p>

36、　　整流濾波電路：利用單向?qū)щ娫O管，把50Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電；而由于電抗元件在電路中具有儲能作用，并聯(lián)的電容器C在電源供給的電壓升高時能把部分能量儲存起來，而當電源電壓降低時，就能把電場能量釋放出來，使負載電壓比較平滑，電容C具有平波的作用。</p><p>　　整流濾波電路的結構如下圖2所示。220V交流電壓經(jīng)變壓器降壓后，其次級電壓變?yōu)閁2。經(jīng)二極管D1~D4， 在u2的正半周內(nèi)，二極管

37、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IL流過的負載電阻RL，且方向是一致的，因此電源變壓器得到了充分的利用，但輸出的是脈動直流。</p><p>　　圖3 橋式整流電壓輸出</p><p>　?。?）濾波：脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。</p><

38、;p>　　濾波電路的作用是將來自整流電路的脈動直流進行平波。濾波電路的形式通常有電容濾波、電感濾波和復式濾波三種。電容濾波適合負載電流較小的場合，電感濾波適合負載電流較大的場合，而復式濾波一般用在要求較高的場合。本電路負載較小，故選用電容濾波即可。</p><p>　　3 .1.3器件說明</p><p>　　③選擇穩(wěn)壓電路的元件</p><p>　　調(diào)整管：

39、一般采用復合管，俗稱達靈頓管。在電路圖中，T2選用了360MW的小功率管，T1選用了25W的大功率三極管。</p><p>　　啟動電阻：為了在T2的基極建立電位使得調(diào)整電路啟動，啟動電阻R3一般在10KΩ左右，電路中取7K8Ω。</p><p><b>　　④基準電壓電路</b></p><p>　　二極管：本應利用穩(wěn)壓二極管的反向?qū)〞r的穩(wěn)

40、定電壓來做基準電壓，可根據(jù)課題要求需選用3V以下的穩(wěn)壓管，考慮到成本，選用了發(fā)光二極管，也可利用其正常發(fā)光時的穩(wěn)壓值做基準電壓，而且其電壓值一般在1.6~1.8V，可以滿足要求，并大大減少了成本。一般選用紅色發(fā)光二極管。電路圖中VREF=2.2V。</p><p>　　限流電阻：二極管導通時有最小導通電流，但又不可太大，所以由發(fā)光二極管的最小導通電流10MV，最小輸出電壓3V，算出R4=(3—2.2)/0.01=

41、80Ω，考慮到電路效果，R4選用了68Ω。</p><p><b>　?、萑与娐?lt;/b></p><p>　　由原理講解中可知為達到輸出電壓要求，R1=220Ω，R5=330Ω，RV=1KΩ。</p><p><b>　?、薇容^放大</b></p><p>　　運放：選取最常見的運放。在輸出端接了

42、一個47μF的電解電容，有抑制紋波的效果。</p><p>　　集成運放必須要15V的電源，所以在濾波電路后可接一個“電源電路”：17V的穩(wěn)壓管和470Ω的限流電阻，利用穩(wěn)壓管的反向?qū)ǚ€(wěn)壓特性為集成運放提供電源。</p><p><b>　　⑦電流保護</b></p><p>　　采用限流保護：R2=1Ω，當輸出電流大于700MA時，R2上的

43、壓降為0.7V，T3導通，集電極分流，進行過流保護。但效果不是很好。T3選取9013型，625MW。</p><p><b>　?、噙^壓保護</b></p><p>　　六、實驗設備及元器件</p><p><b>　　（1）、實驗設備</b></p><p>　　1.萬用表

44、 2.示波器 3.交流毫伏表 4.電烙鐵，松香，焊錫絲 5.電路板 6. 導線 </p><p><b>　?。?）、實物制作</b></p><p>　　實物制作中調(diào)整管為TIP122，運放為LM324N，</p

45、><p><b>　　元件清單： </b></p><p><b>　　七、測試要求</b></p><p>　　1．測試并記錄電路中各環(huán)節(jié)的輸出波形。</p><p>　　記錄波形的直流值及紋波。</p><p>　　2．測量穩(wěn)壓電源輸出電壓的調(diào)整范圍及最大輸出電流。<

46、/p><p>　　從2 .5V~12.5V，700MA以下。</p><p>　　3．測量輸出電阻r。</p><p>　　可在輸入不變的情況下，先測出空載時的輸出電壓Vo，然后測出有負載的輸出電壓VRL，由公式（Vo—VRL）/r= VRL/RL,求出內(nèi)阻r=（Vo—VRL）RL/ VRL。多測幾次得出平均值。</p><p><b>

47、;　　4．測量穩(wěn)壓系數(shù)。</b></p><p>　　用改變輸入交流電壓的方法，模擬Ui的變化，測出對應的輸出直流電壓的變化，則可算出穩(wěn)壓系數(shù)SV. （注意： 用調(diào)壓器使220V交流改變±10％。即ΔUi=44V）</p><p>　　5．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。</p><p>　　6．分析

48、測量結果，并討論提出改進意見。</p><p><b>　　八、設計報告要求</b></p><p><b>　　1．設計目的。</b></p><p><b>　　2．設計指標。</b></p><p>　　3．總體設計框圖，并說明每個模塊所實現(xiàn)的功能。</p>

49、<p>　　4．功能模塊，可有多個方案，并進行方案論證與比較，要有詳細的原理說明。</p><p>　　5．總電路圖設計，有原理說明。</p><p>　　6．實現(xiàn)儀器，工具。</p><p>　　7．分析測量結果，并討論提出改進意見。</p><p>　　8．總結：遇到的問題和解決辦法、體會、意見、建議等。</p>

50、<p><b>　　九、注意事項</b></p><p>　　1．焊接時要對各個功能模塊電路進行單個測試，需要時可設計一些臨時電路用于調(diào)試。</p><p>　　2．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。</p><p>　　4. 按照原理圖焊接時必須要保證可靠接地。</p><p>

51、　　十、此電路的誤差分析</p><p>　　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:</p><p>　　① 測得輸出電流時接觸點之間的微小電阻造成的誤差; </p><p>　?、?電流表內(nèi)阻串入回路造成的誤差;</p><p>　?、?測得紋波電壓時示波器造成的誤差;</p><p>　　④ 示波

52、器, 萬用表本身的準確度而造成的系統(tǒng)誤差;</p><p>　　可以通過以下的方法去改進此電路:</p><p>　　① 減小接觸點的微小電阻;</p><p>　?、?根據(jù)電流表的內(nèi)阻對測量結果可以進行修正;</p><p>　?、?測得紋波時示波器采用手動同步;</p><p>　?、?采用更高精確度的儀器去檢測;

53、</p><p><b>　　十一、心得體會</b></p><p>　　通過這次設計實踐。我學會了直流穩(wěn)壓電源的基本設計方法，對直流穩(wěn)壓電源的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實踐設計以前，我們對直流穩(wěn)壓電源的撐握都是思想上的，對一些細節(jié)不加重視，當我們把自己想出來的方案應用到實踐中的時候，問題出現(xiàn)了，不是不能測試

54、，就是測試的結果和要求的結果不相符合。經(jīng)過解決一個個測試中出現(xiàn)的問題，我們對直流穩(wěn)壓電源的理解得到加強，看到了實踐與理論的差距。加深了我們對理論與實踐聯(lián)系的理解，促進了我們運用知識解決具體問題的綜合應用能力，特別是對直流穩(wěn)壓電源的應用、理解上升到了更深的一個層次。</p><p>　　這門課程總的來說讓我深刻地認識到自己的模電知識非常欠缺，實踐能力很弱，也讓我深思如何才能為我以后成功或在就業(yè)上鋪就一條更平坦的道路

55、。模電設計真的很難，一是理論知識不足，二是對實際元件不理解。</p><p>　　人總是希望自己每做一件事都能有好的開始，好的結局，我從一開始盡力去做，轉(zhuǎn)軟件，學軟件，上網(wǎng)查資料，困難不斷，但又不愿放棄。這就像一個揮之不去的東西煩惱不斷，但老師的一些指導又會讓我重回信心，繼續(xù)去學習。最后我在實物制作中放棄了，我明白我并沒有做出自己的想法，自己只是照別人的去焊接，選元件，不過我在實物制作中還是學會了許多。在李老師的

56、指導下我掌握了一點焊接技巧，還上網(wǎng)觀看了焊接視頻，抽空在實驗室和同學一起學，尤其是鄒敏同學幫了我很多。我學會了焊接元件，有“三點三線”的訣竅，焊接導線，巧妙利用松香，還有焊線，這是挺難的一個。焊接一千個點原來是非常耗時的，而且關鍵要有好的工具——電烙鐵，應該溫控的最好用，焊接不同的東西時溫度要求也不同，也更容易焊接，且不會因溫度太高而燒壞元件。不好用的電烙鐵讓我深刻明白好的工具的重要性。我也第一次去了電子市場，了解了許多元件，其實我很希

57、望自己能成為一名電器修理工，那樣會讓我覺得自己很有價值，而且學有所用。</p><p>　　合作精神是在工作中必須學會的，我非常贊成陳老師的教學理念，也很努力朝這方面發(fā)展，可很多困難打倒了我，我只在隊員晉斌同學上學到了思維敏捷的重要性。我也明白了自己失敗的另一個原因，自己沒能和老師同學一起討論和學習，我沒能好好利用這個平臺發(fā)展自己。</p><p>　　陳老師說，成功應該是一次次的失敗和積

58、累的進步。我應該去追求每次的小小進步，而不是一味夢想著最后的偉大勝利。打好基礎是最重要的。</p><p><b>　　十二、參考文獻</b></p><p>　　◆<<電子線路基礎>>,華東師范大學物理系萬嘉若,林康運等編著,高等教育出版社。</p><p>　　◆<<電子技術基礎>>,華中工學

59、院電子學教研室編,康華光主編,高等教育出版社。</p><p>　　◆<<電子線路設計>>,(第二版)華中科技大學謝自美主編,華中科技大學出版社. </p><p><b>　　十三、結束語</b></p><p>　　在這次課程設計的撰寫過程中，我得到了許多人的幫助。</p><p>　　首先我

60、要感謝我的老師在課程設計上給予我的指導、提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次報告的主要原因，更重要的是老師幫我解決了許多技術上的難題，讓我能把系統(tǒng)做得更加完善。在此期間，我不僅學到了許多新的知識，而且也開闊了視野，提高了自己的設計能力。</p><p>　　其次，我要感謝幫助過我的同學，他們也為我解決了不少我不太明白的設計商的難題。同時也感謝學院為我提供良好的做畢業(yè)設計的環(huán)境。</p><