直流穩(wěn)壓電源課程設計報告

1、<p>　　模擬電路課程設計報告</p><p>　　設計課題：直流穩(wěn)壓電源的設計</p><p><b>　　班級： </b></p><p><b>　　學號： </b></p><p><b>　　姓名： </b></p><p><

2、;b>　　指導老師： </b></p><p>　　完成日期：2012年1月9</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、設計任務及要求……………………3</p><p>　　二、總體設計思路………………………3</p><p>　　1．直流穩(wěn)壓電源設計思

3、路………………………………3</p><p>　　2．直流穩(wěn)壓電源原理……………………………………3</p><p>　　3、濾波電路——電容濾波電路…………………………5</p><p>　　4、穩(wěn)壓電路………………………………………………7</p><p>　　5、設計的電路原理圖……………………………………8</p>&l

4、t;p>　　三、．設計方法簡介…………………… 8</p><p>　　四、軟件仿真結果及分析………………10</p><p>　　五、課程設計報告總結 ………………12</p><p>　　六、參考文獻 …………………………13</p><p><b>　　一、設計任務及要求</b></p>&

5、lt;p>　　1、設計一個連續(xù)可調的直流穩(wěn)壓電源，主要技術指標要求：</p><p>　?、佥敵鲋绷麟妷海篣0=9→12v； </p><p>　?、诩y波電壓：Up-p<5mV；</p><p>　　③穩(wěn)壓系數：SV≤5% （最大的波動不能超過5%）</p><p>　　2、設計電路結構，選擇電路元件，計算確定元件參數，畫出實用原

6、理電路圖。</p><p>　　3、自擬實驗方法、步驟及數據表格，提出測試所需儀器及元器件的規(guī)格、數量。</p><p>　　4、在實驗室MultiSIM8-8330軟件上畫出電路圖，并仿真和調試，并測試其主要性能參數。二、總體設計思路</p><p>　　1．直流穩(wěn)壓電源設計思路</p><p>　?。?）電網供電電壓交流220V(有效值)

7、50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網電壓降低獲得所需要交流電壓。</p><p>　?。?）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>　　（3）脈動大的直流電壓須經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>　　（4）濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)

8、壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給電壓表。</p><p>　　2．直流穩(wěn)壓電源原理</p><p><b>　　1、直流穩(wěn)壓電源</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉換成穩(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。</p><p><b

9、>　　直流穩(wěn)壓電源方框圖</b></p><p>　　圖2 直流穩(wěn)壓電源的方框圖</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　?。?）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網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>　　（

10、2）整流電路：利用單向導電元件，把50Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電</p><p>　?。?）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>　　（4）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，不隨交流電網電壓和負載的變化而變化。</p><p><b>　　2、整流電路</b&g

11、t;</p><p>　?。?）直流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖3所示。</p><p>　　圖3 單相橋式整流電路</p><p><b>　?。?）工作原理</b></p><p>　　設變壓器副邊電壓u2=√2U2sinωt，U2為有效值。</p><p>　　在u2的正半周內

12、，二極管D1、D2導通，D3、D4截止；u2的負半周內，D3、D4導通，D1、D2截止。正負半周內部都有電流流過的負載電阻RL，且方向是一致的。如圖4</p><p>　　圖4單相橋式整流電路簡易畫法及波形圖</p><p>　　在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內導電，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，即 電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為 (U2是變壓

13、器副邊電壓有效值)。</p><p>　　3、濾波電路——電容濾波電路</p><p>　　采用濾波電路可濾除整流電路輸出電壓中的交流成分，使電壓波形變得平滑。常見的濾波電路有電容濾波、電感濾波和復式濾波等。 </p><p>　　在整流電路的輸出端，即負載電阻RL兩端并聯(lián)一個電容量較大的電解電容C，則構成了電容濾波電路，如圖5所示電路，由于濾波電容與負載并聯(lián)，也稱

14、為并聯(lián)濾波電路。</p><p>　　圖5單相橋式整流電容濾波電路</p><p>　　從圖4可以看出，當u2為正半周時, 電源u2通過導通的二極管VD1、VD3向負載RL供電，并同時向電容C充電（將電能存儲在電容里，如t1～t2），輸出電壓uo＝uc ≈ u2；uo達峰值后u2減小，當uo≥u2時，VD1、VD3提前截止，電容C通過RL放電，輸出電壓緩慢下降（如t2～t3），由于放電時間

15、常數較大，電容放電速度很慢，當uC下降不多時u2已開始下一個上升周期，當u2＞uo時，電源u2又通過導通的VD2、VD4向負載RL供電，同時再給電容C充電（如t3～t4），如此周而復始。電路進入穩(wěn)態(tài)工作后，負載上得到如圖中實線所示的近似鋸齒的電壓波形，與整流輸出的脈動直流（虛線）相比，濾波后輸出的電壓平滑多了。</p><p>　　顯然，放電時間常數RLC越大、輸出電壓越平滑。若負載開路（RL=∞），電容無放電回

16、路，輸出電壓將保持為u2的峰值不變。</p><p>　　（1）輸出電壓的估算</p><p>　　顯然，電容濾波電路的輸出電壓與電容的放電時間常數τ=RLC有關，τ應遠大于u2的周期T，分析及實驗表明，當 </p><p>　　τ=RLC≥（3～5）T /2</p><p>　　時，濾波電路的輸出電壓可按下式估算，即</p>

17、<p>　　UO≈1.2U2 </p><p>　?。?）整流二極管導通時間縮短了，存在瞬間的浪涌電流，要求二極管允許通過更大的電流，管子參數應滿足 </p><p>　　IFM＞2IV=IO </p><p>　?。?）在已知負載電阻RL的情況下，根據式子選擇濾波電容C的容量，即</p><p>　　C≥（3～5）

18、T /2RL</p><p>　　若容量偏小，輸出電壓UO將下降，一般均選擇大容量的電解電容；電容的耐壓應大于u2的峰值，同時要考慮電網電壓波動的因素，留有足夠的余量。</p><p>　　電容濾波電路的負載能力較差，僅適用于負載電流較小的場合。</p><p><b>　　4、穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　在

19、設計中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點，將電容器和負載電容并聯(lián)或電容器與負載電阻串聯(lián)，以達到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo1=(1.1～1.2)U2，直流輸出電流：（I2是變壓器副邊電流的有效值），穩(wěn)壓電路可選集成三端穩(wěn)壓器電路。穩(wěn)壓電路原理電路見圖6</p><p>　　圖6 穩(wěn)壓電路原理圖</p><p>　　5、設計

20、的電路原理圖</p><p>　　圖7 可調（2.5V——36V）的直流穩(wěn)壓電源</p><p><b>　　三、．設計方法簡介</b></p><p>　　（1）根據設計所要求的性能指標，選擇集成三端穩(wěn)壓器。</p><p>　　因為要求輸出電壓可調，所以選擇三端可調式集成穩(wěn)壓器，可調式集成穩(wěn)壓器，常見主要有CW3

21、17、CW337、LM317、LM337。317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調的正電壓，337系列穩(wěn)壓器輸出連可調的負電壓，可調范圍為2.5V~36V，最大輸出電流 為1.5A。穩(wěn)壓內部含有過流、過熱保護電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點。其電壓調整率和電流調整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構成的可調電壓穩(wěn)壓電源。</p><p><b>　　輸出電壓表達式為：</b></p>

22、;<p>　　式中，1.25是集成穩(wěn)壓塊輸出端與調整端之間的固有參考電壓 ，此電壓加于給定電阻兩端，將產生一個恒定電流通過輸出電壓調節(jié)電位器 ， 一般使用精密電位器，與其并聯(lián)的電容器C可進一步減小輸出電壓的紋波。</p><p>　　輸出電壓可調范圍：2.5V～36V</p><p>　　輸出負載電流：1.5A</p><p>　　能滿足設計要求,故選

23、用LM317組成穩(wěn)壓電路。</p><p>　?。?）選擇電源變壓器</p><p>　　1）確定副邊電壓U2:</p><p>　　根據性能指標要求：Uomin=3V Uomax=9V</p><p>　　又 ∵ Ui-Uomax≥(Ui-Uo)min Ui-Uoin≤(Ui-Uo)max</p><p>　　其中：

24、（Ui-Uoin）min=3V，(Ui-Uo)max=40V</p><p>　　∴ 12V≤Ui≤43V</p><p>　　此范圍中可任選 ：Ui=14V=Uo1</p><p>　　根據 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<

25、;/p><p><b>　　∵ Io1=Io</b></p><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=

26、14.4W</p><p>　?。?）選擇整流電路中的二極管</p><p>　　查手冊選整流二極管IN4001，其參數為：反向擊穿電壓UBR=50V>17V</p><p>　　最大整流電流IF=1A>0.4A</p><p>　?。?）濾波電路中濾波電容的選擇</p><p>　　濾波電容的大小可用下式

27、求得。</p><p><b>　　1）求ΔUi:</b></p><p>　　根據穩(wěn)壓電路的的穩(wěn)壓系數的定義：</p><p>　　設計要求ΔUo≤15mV ，SV≤0.003</p><p>　　Uo=+3V～+9V</p><p><b>　　Ui=14V</b><

28、;/p><p>　　代入上式，則可求得ΔUi</p><p><b>　　2）濾波電容C</b></p><p>　　設定Io=Iomax=0.8A，t=0.01S</p><p><b>　　則可求得C。</b></p><p>　　電路中濾波電容承受的最高電壓為 ，所以所選電

29、容器的耐壓應大于17V。</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 并入瓷介質小容量電容用來抵消電感效應，抑制高頻干擾。</p><p>　　四、軟件仿真結果及分析</p><p><b>　　1.軟件仿真電路圖</b></p><p&g

30、t;<b>　　2.測電壓</b></p><p>　　通過調節(jié)滑動變阻器得到測得輸出電壓在9V~12V之間</p><p><b>　　3.測紋波</b></p><p>　　測得紋波電壓如下由下圖可知測得的紋波電壓為762</p><p>　　紋波系數越小越穩(wěn)定，說明該直流穩(wěn)壓電源設置的比較合理

31、。</p><p>　　五、課程設計報告總結</p><p>　　經過很長時間的探索，課程設計終于完成了。從來沒有做過課程設計，剛開始雖然課程設計的題目確定了，可是由于對所選的課程設計所用到的原理不了解，對于集成直流穩(wěn)壓電源電路圖改了又改，花了很多時間去確定電路圖。通過查閱資料，才慢慢懂得集成直流穩(wěn)壓電源電路的原理和電路圖中各個部分的作用。通過這次課程設計，懂得了不同系列的穩(wěn)壓器有不一樣的

32、性能，LM系列的穩(wěn)壓芯片能在比較大的范圍內調節(jié)電壓，它的穩(wěn)壓電路也相對78系列的穩(wěn)壓電路要復雜一些，與LM系列的穩(wěn)壓芯片連接的電阻和電位器的參數選定，有固定的計算公式。為了能使電路設計的誤差更少，在設計出電路圖后進行仿真。仿真也還是有一定的誤差。這次的課程設計從題目的選定到最后硬件的完成、性能測試都讓我受益匪淺，不但懂得了一些電路元件的性能、作用，為以后的課程設計、畢業(yè)設計奠定了基礎。本次的設計讓我受益匪淺，讓我更進一步的了解自己的不足

33、之處，更進一步的鞏固的所學過的知識，更懂得了做任何事情都要自己主動努力去做，學習到的理論知識只有在實踐中，才會真正發(fā)揮作用，也只有通過實踐才能把知識運用的現(xiàn)實中。準備越充分，實驗越順利。古人云：“磨刀不誤砍柴工”。前期的知識儲備、文獻</p><p>　　通過這次對直流穩(wěn)壓電源的制作，使自己對其更深層次的了解了，在實驗過程中學習到了許多課堂上無法學到的知識，收獲頗多。加深了對知識的了解，并有所鞏固，在此基礎上得到

34、了升華。通過自身的動手實踐，提高了自己的實際操作能力，在這次實訓中受益匪淺。</p><p><b>　　六、參考文獻</b></p><p>　　[1]康華光等．《電子技術基礎》（模擬部分）（第五版）．北京：高等教育出版社，2005</p><p>　　[2]陳曉文．電子線路課程設計．北京：電子工業(yè)出版社，2004</p>&l