模擬電子課程設(shè)計(jì)--直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　模擬電子課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題目名稱：直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　班 級(jí)： 電子101班 </p>

2、;<p><b>　　2012年1月</b></p><p><b>　　1原理與實(shí)現(xiàn)思路</b></p><p>　　在本學(xué)期開(kāi)設(shè)的《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》第十章中，我們學(xué)習(xí)了直流穩(wěn)壓電源，通過(guò)學(xué)習(xí)我們了解到，在電子線路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。小功率穩(wěn)壓電源是由（圖1-1）電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成。&

3、lt;/p><p>　　圖1-1 集成直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　其中，交流電網(wǎng)220V的電壓通過(guò)電源變壓器將變?yōu)槲覀冃枰碾妷褐?，然后通過(guò)整流電路將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過(guò)濾波電路加以濾波，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還是會(huì)隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度等的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還須接穩(wěn)壓電路，保證輸出的直流

4、電壓穩(wěn)定。</p><p>　　此次集成直流電源的課程設(shè)計(jì)，要求輸出12V的電壓，全部過(guò)程都將由我們自行完成，這就需要我們不僅熟悉了解課本上的知識(shí)，還要學(xué)會(huì)將理論知識(shí)應(yīng)用到我們的實(shí)踐中，并學(xué)會(huì)利用書籍資料來(lái)幫助自己。</p><p>　　因此，動(dòng)手參與設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源能鞏固、深化和擴(kuò)展我們的理論知識(shí)與初步的專業(yè)技能，為以后的專業(yè)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。除此之外，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使我們?cè)诶碚撚?jì)算、

5、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、查閱設(shè)計(jì)資料、標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的運(yùn)用和計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的能力得到訓(xùn)練和提高。通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)我們正確的設(shè)計(jì)思想，理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。</p><p>　　2電路方案與理論計(jì)算</p><p>　　2.1設(shè)計(jì)主要性能指標(biāo)：</p><p>　　輸出電壓V

6、o可調(diào)，并且Vo可以調(diào)到12V</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　選擇適當(dāng)方案設(shè)計(jì)電路</p><p>　　選擇整流二極管及計(jì)算濾波電容</p><p>　　安裝調(diào)試與測(cè)量電路性能</p><p><b>　　整體電路圖</b></p&

7、gt;<p><b>　　實(shí)驗(yàn)工具</b></p><p>　　電烙鐵，萬(wàn)用筆，斜口鉗，電路板</p><p><b>　　原件清單</b></p><p><b>　　3 單元電路原理</b></p><p>　　集成穩(wěn)壓電源可簡(jiǎn)化成四部分(圖3—1 )

8、 </p><p>　　圖3-1 直流穩(wěn)壓電源框圖及各級(jí)輸出波形</p><p><b>　　3.1電源變壓器</b></p><p>　　電源變壓器將來(lái)自電網(wǎng)的220V交流電壓U1變換為整流電路所需要的交流電壓U2。如果不考慮變壓器的損耗，可以認(rèn)為一個(gè)理想的變壓器次級(jí)負(fù)載消耗的功率也就是初級(jí)從

9、電源取得的電功率。變壓器能根據(jù)需要通過(guò)改變次級(jí)線圈的圈數(shù)而改變次級(jí)電壓，由于變壓器存在著鐵損與銅損，所以它的輸出功率永遠(yuǎn)小于輸入功率。</p><p><b>　　3.2 整流電路</b></p><p>　　1.單相橋式整流電路如圖（3—2）所示，四只整流二極管D1～D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。單相橋式整流電路的工作原理為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，二極管</p&

10、gt;<p>　　用理想模型來(lái)處理，即正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。</p><p>　　圖3 —2 整流電路圖

11、 &

12、lt;/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流回變壓器，所以D1、D3正向?qū)ǎ珼2、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、

13、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><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>

14、　　圖3—3 單相橋式整流電路簡(jiǎn)化圖</p><p>　　結(jié)合上述分析，可得橋式整流電路的工作波形如圖。</p><p>　　圖3—4 橋式整流電路的工作波形</p><p>　　由圖可見(jiàn)，通過(guò)負(fù)載橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向RL的電流iL以及電壓vL的波形都是單方向的全波脈動(dòng)波形。電壓較低，同時(shí)因電源變壓器在正、負(fù)半周內(nèi)都有

15、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>　　3.3 濾波電路</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)整流后得到的脈沖直流紋波還是很大的，所以要經(jīng)過(guò)濾波電路的濾波，濾波電路通常有電容濾波，電感濾波，II型濾波等。</p><p>　　電容濾波 適應(yīng)小電流負(fù)載 VL＝1.

16、2V2 </p><p>　　電感濾波 適應(yīng)大電流負(fù)載 VL＝0.9V2 </p><p>　　LC濾波 適應(yīng)性較強(qiáng) VL＝0.9V2 </p><p>　　RC或LC ∏ 型濾波 適應(yīng)小電流負(fù)載 VL＝1.2V2 </p>

17、<p>　　圖3-5 RC濾波電路</p><p>　　由于電感的體積和制作成本等原因，我們多采用電容濾波，其作用是把脈動(dòng)直流電壓U3中的大部分紋波加以慮除，一得到較平緩的直流電壓U1</p><p>　　圖3-6電容濾波電路中二極管的電流和導(dǎo)通角</p><p><b>　　3.4穩(wěn)壓電路</b></p><p&

18、gt;　　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><b>　　4、參數(shù)計(jì)算</b&g

19、t;</p><p><b>　　【1】電壓變壓器</b></p><p>　　設(shè)計(jì)要求輸出直流12V±0.2V電壓，考慮到調(diào)整管壓降、市壓波動(dòng)因素，應(yīng)預(yù)留2V電壓。又因?yàn)椴捎萌ㄕ麟娐?，副邊輸出電壓?=11.7V。采用12V副邊輸出，功率P=15*0.2W=2.4W.</p><p>　　變壓器參數(shù)要求：

20、 </p><p>　　1. 副邊輸出電壓有效值為=15V</p><p><b>　　2. 功率為3W</b></p><p><b>　　【2】整流電路</b></p><p>　　設(shè)計(jì)要求最大輸出電流為200mA，在全波整流電路中，一對(duì)橋臂是由兩個(gè)二極管構(gòu)成，故流過(guò)每個(gè)二級(jí)管的電流

21、為100mA。又因?yàn)椴捎秒娙轂V波電路故整流二極管最大整流平均電流應(yīng)大于負(fù)載2至3倍取300mA。在市壓10%的波動(dòng)下取1.1*300mA約為350mA;反向耐壓值==21.3V。取1.1*21.3V=24V。</p><p>　　整流二極管參數(shù)要求：>350mA</p><p><b>　　>24v</b></p><p><

22、b>　　器件：1N4001</b></p><p><b>　　【3】濾波電路</b></p><p>　　濾波電路采用電容式濾波電路，他由兩部分組成，一個(gè)加在整流 電路后，另一個(gè)加在輸出前。負(fù)載最小值為12/200mA=60?，為滿足=1.2，需要，故==（500～833）μF，所以、取1000μF水解電容，耐壓值=1.1×12V=

23、19.2V，故取25V耐壓值，而為穩(wěn)定輸出，故耐壓值只需要16V。、作用是濾去紋波故選用0.01μF瓷片電容。</p><p>　　濾波電容參數(shù)要求：水解濾波電容參數(shù)要求：</p><p><b>　　電容兩只</b></p><p><b>　　電容值1000μF</b></p><p>　　耐壓

24、值分別為25V、16V</p><p>　　濾去紋波電容參數(shù)要求：</p><p><b>　　瓷片電容兩只</b></p><p><b>　　電容值0.01μF</b></p><p><b>　　耐壓值為25V</b></p><p><b&

25、gt;　　【4】基準(zhǔn)電壓電路</b></p><p>　　基準(zhǔn)電壓電路作用是為后面比較電路提供一個(gè)基準(zhǔn)電壓，此處采用一個(gè)紅色發(fā)光二極管，其發(fā)光后電壓穩(wěn)定在2V，且較穩(wěn)壓二級(jí)管適合工作在小電流電路中。紅色發(fā)光二極管工作在5～10mA所以限流電阻上下限：=1.65k? =2.7k?</p><p><b>　　所以取2k?</b></p>&

26、lt;p>　　基準(zhǔn)電壓電路參數(shù)要求：</p><p><b>　　紅色發(fā)光二極管</b></p><p>　　基準(zhǔn)電壓2V；工作電流5～10mA</p><p><b>　　限流電阻取2k?</b></p><p><b>　　【5】比較電路</b></p>

27、<p><b>　　取=10k?</b></p><p>　　=(15-2-)/1ok?=13mA</p><p>　　=(2-0.7)/(0.013*2)?=500?</p><p><b>　　暫取510?</b></p><p>　　T1 T2取9013型</p>&

28、lt;p><b>　　比較電路參數(shù)要求：</b></p><p><b>　　=10k?</b></p><p><b>　　暫取510?</b></p><p>　　T1、T2取9013型</p><p><b>　　【6】調(diào)整電路</b><

29、/p><p>　　調(diào)整電路是串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源的核心，由于流過(guò)集電極電流較大，一般需要一個(gè)大功率三級(jí)管。當(dāng)T4選TIP31C時(shí)，電流放大倍數(shù)不到100，電流不能放大到要求的200mA故加上T3組成復(fù)合調(diào)整管。</p><p><b>　　調(diào)整電路參數(shù)要求：</b></p><p>　　由T3、T4構(gòu)成復(fù)合管，T4取TIP31C、T3取9013型&l

30、t;/p><p>　　其中T4耐壓50U允許電流3A</p><p><b>　　【7】保護(hù)電路</b></p><p>　　采用過(guò)流保護(hù)電路，設(shè)保護(hù)值為高于25mA時(shí)，=0.7/0.25?=2.8?。功率P=0.7*0.25W=0.18W，取1W。在實(shí)際情況下導(dǎo)線電阻與較相近，對(duì)電路影響大，必須考慮，經(jīng)調(diào)試取2.7?左右</p>&

31、lt;p>　　保護(hù)電路參數(shù)要求： </p><p>　　取2.7?，功率P取1W</p><p><b>　　【8】取樣電路</b></p><p><b>　　=12.8V</b></p><p><b>　　=4.8V&l

32、t;/b></p><p>　　取樣電路參數(shù)要求：1.5k</p><p>　　=1.5k,滑動(dòng)變阻器=2.5K,=5.6K.</p><p>　　R5,R6和Rw組成輸出電壓調(diào)節(jié)電路，輸出電壓 U0=1.25［1+Rw／（R5+R6　)］</p><p><b>　　5 安裝與調(diào)試</b></p>

33、<p><b>　　1.注意事項(xiàng)</b></p><p>　　焊接時(shí)要對(duì)每一個(gè)功能模塊電路進(jìn)行單個(gè)測(cè)試，需要時(shí)可以設(shè)計(jì)一些臨時(shí)電路用于測(cè)試；</p><p>　　測(cè)試時(shí)必須保證焊接正確才能打開(kāi)電源，以防元器件被燒壞；</p><p>　　按照原理圖連接時(shí)必須保證可靠接地。</p><p><b>　

34、　測(cè)得輸出電壓的范圍</b></p><p>　　3.1V≤U0≤15.4V</p><p>　　6.課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)</p><p>　　之前本以為直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)會(huì)很簡(jiǎn)單，而實(shí)際做起來(lái)發(fā)現(xiàn)并非想象中的那么簡(jiǎn)單。但最終還是有所成功的。</p><p>　　現(xiàn)在覺(jué)得，作設(shè)計(jì)就應(yīng)該有種踏實(shí)的態(tài)度，簡(jiǎn)單也好，難做也罷，只要我們靜下心來(lái)

35、投入到其中，也就成功了一半。</p><p>　　而自己掌握的比較差，但我仔細(xì)看了看課本，所以在設(shè)計(jì)此次電源時(shí)，我腦海中就有了最初的單元電路，翻模電課本在結(jié)合自己的設(shè)計(jì)之后我完成了自己的設(shè)計(jì)。但是，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，懂得了制作過(guò)程中電路處理的方法，并了解了直流穩(wěn)壓電源的系統(tǒng)方案論證與選擇和各模塊方案設(shè)計(jì)與論證，讓我們更進(jìn)一步的了解到直流穩(wěn)壓電源的工作原理以及它的要求和性能指標(biāo)，也讓我們認(rèn)識(shí)到在此次設(shè)計(jì)電路中所在的問(wèn)題