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文檔簡介
1、<p> 模擬電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p> 設(shè)計(jì)課題: 集成直流穩(wěn)壓電路 </p><p> 專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化2班 </p><p> 學(xué)生姓名: </p><p> 學(xué) 號(hào): </p><p> 指導(dǎo)教
2、師: </p><p> 設(shè)計(jì)時(shí)間: 2010-05-26~1010-06-9 </p><p><b> 集成直流穩(wěn)壓電路</b></p><p> 一. 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</p><p> 1. V。=+3v~+9v;</p><p> 2. Iomax=
3、800ma;</p><p> 3. △Vop_p≤5mv; </p><p> 4. Sv≤3×10-3;</p><p><b> 5.有保護(hù)裝置。</b></p><p> 二 .方案設(shè)計(jì)與論證</p><p> 本課程設(shè)計(jì)目的在于培養(yǎng)同學(xué)們自主設(shè)計(jì)制作的能力,同時(shí)學(xué)會(huì)應(yīng)
4、用仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行模擬分析。</p><p> 集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)要求是比較基本的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)要求電源輸出連續(xù)可調(diào)直流電壓。設(shè)計(jì)中包括電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四個(gè)部分。通過四部分的組合將220V交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)要求直流電壓。并且用仿真軟件進(jìn)行仿真分析。 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(gè)環(huán)節(jié)才能完成,見圖1。
5、</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> ?。?)整流電路:利用單向?qū)щ娫?,?0Hz的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電</p><p> ?。?
6、)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> ?。?)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(fù)載的變化而變化。</p><p> 根據(jù)題目要求我們可以得出兩個(gè)可行的方案</p><p><b> 方案1</b></p><p>
7、; 采用LM317共地可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源</p><p> LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源能夠連續(xù)輸出可調(diào)的直流電壓,不過它只能允許可調(diào)的正電壓,穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流,過熱保護(hù)電路;由一個(gè)電阻(R)和一個(gè)可變電位器(RP)組成電壓輸出調(diào)節(jié)電路,輸出電壓為:Vo=1.25(1+RP/R)</p><p><b> 方案 二</b></p><p
8、> W7805將調(diào)整器,取樣放大器等環(huán)節(jié)集于一體,內(nèi)部包含限流電路、過熱保護(hù)電路、可以防止過載。該可調(diào)直流電源具有較高的穩(wěn)定度和可靠性。</p><p> W7805屬串聯(lián)型集成穩(wěn)壓器。其輸出電壓是固定不變的,這種固定電壓輸出,極大的限制了它的應(yīng)用范圍。如果將W7805的公共端即3腳與地?cái)嚅_,通過一只電位器接到-5V左右的電源上,就可以在改變電位器阻值的同時(shí),使集成穩(wěn)壓器的取樣電壓及輸出電壓都隨之改變。
9、圖中RP1就是為此而設(shè)計(jì)的。</p><p><b> 方案三</b></p><p> TDA2030是德律風(fēng)根生產(chǎn)的音頻功放電路,采用V型5 腳單列直插式塑料封裝結(jié)構(gòu)。電路特點(diǎn):[1].外接元件非常少。[2].輸出功率大,Po=18W(RL=4Ω)。[3].采用超小型封裝(TO-220),可提高組裝密度。[4].開機(jī)沖擊極小。 5].內(nèi)含各種保護(hù)電路,因此工作
10、安全可靠。主要保護(hù)電路有:短路保護(hù)、熱保護(hù)、地線偶然開路、電源極性反接(Vsmax=12V)以及負(fù)載泄放電壓反沖等。</p><p> 由于從選材,實(shí)用操作性,保護(hù)性,等方面考慮,我們本次選擇方案一</p><p> 三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算</p><p><b> 1.變壓器的選擇</b></p><p>
11、?。?)確定副邊電壓U2:</p><p> 根據(jù)性能指標(biāo)要求:Uomin=3V Uomax=9V</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> ∴ 12V≤
12、Ui≤43V</p><p> 此范圍中可任選 :Ui=14V=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>
13、<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=14.4W</p><p><b> 2.整流電路</b><
14、/p><p> 管D1~D4接成電橋的形式,故有橋式整流電路之稱。如圖1</p><p><b> 圖1 橋式整流電路</b></p><p><b> 圖2 橋式整流原理</b></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)過二極管D1流向RL,再由二極管D3流回變
15、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)過二極管D2流向RL,再由二極管D4流回變壓器,所以D1、D3反偏截止,D2、D4正向?qū)?。電流流過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>
16、;<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> 結(jié)合上述分析,可得橋式整流電路的工作波形如圖2</p><p> 2-1.整流電路中的二極管選擇</p&
17、gt;<p> ∵ 變壓器的副邊電壓U2=12V</p><p> ∴ 橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為:</p><p> 橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為:</p><p> 查手冊(cè)選整流二極管IN4001,其參數(shù)為:反向擊穿電壓UBR=50V>17V</p><p> 最大整流電流IF=1
18、A>0.4A符合計(jì)算要求,所以選擇1N4001</p><p> 3.濾波電路及濾波電容的選擇</p><p> 濾波電路及其原理如下圖3-1所示:</p><p> 3-1 RC濾波電路</p><p> 3-2 RC濾波電路電容濾波電路中二極管的電流和導(dǎo)通角</p><p> 為了得到平滑的負(fù)載電壓
19、,一般取</p><p> RLC>=(3~5)T/2</p><p> 式中T為電源交流電壓的周期。</p><p> 濾波電容的容量可由下式估算:</p><p> C=ICt/ΔVip-p</p><p> 式中ΔVip-p——穩(wěn)壓器輸入端紋波電壓的峰-峰值;</p><p&g
20、t; T——電容C放電時(shí)間,t=T/2=0.01S</p><p> IC——電容C放電電流 ,可取IC=Iomax,濾波電容C的耐壓值應(yīng)大于1.4 V2。</p><p><b> 在本實(shí)驗(yàn)中</b></p><p> Sv=ΔVo/Vo/ΔVi/Vi</p><p> 式中,Vo=9v 、Vi=12v、ΔV
21、op-p=5mv、Sv=0.003</p><p> 則 ΔVi =ΔVop-p Vi / Vo Sv=2.3v</p><p><b> 所以濾波電容</b></p><p> C= ICt/ΔVip-p = Iomax t/ΔVip-p =0.0056uF</p><p> C的耐壓值應(yīng)
22、大于1.4 V2=21v。</p><p> 由于之前模電實(shí)驗(yàn)可知,我們?cè)趯?shí)際制作過程中采用比理論值小的電容同樣能達(dá)到很好的濾波效果,因此采用2200μF的電容。</p><p><b> 4.穩(wěn)壓電路</b></p><p> 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
23、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)簡單等優(yōu)點(diǎn)。</p><p> LM317穩(wěn)壓內(nèi)部含有過流、過熱保護(hù)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(diǎn),LM317可調(diào)電壓范圍為1.25~37V,符合題目要求,所以選擇LM317
24、穩(wěn)壓器.</p><p> 四、總原理圖及元器件清單</p><p><b> 1.總原理圖</b></p><p><b> 2 .PCB圖</b></p><p><b> 3.元件清單</b></p><p><b> 五.安裝
25、與調(diào)試</b></p><p> 工具:電烙鐵、萬用表</p><p> 先裝集成穩(wěn)壓電路,再裝整流濾波電路,最后安裝變壓器。安裝一級(jí)測(cè)試一級(jí)。穩(wěn)壓電路主要測(cè)試集成穩(wěn)壓器是否正常工作。輸入端加直流電壓Vi≤12V時(shí),調(diào)節(jié)RP1,輸出電壓V0隨之變化,說明穩(wěn)壓電路正常工作。整流濾波電路主要檢查整流二極管是否接反,安裝前用萬用表測(cè)量其正、反向電阻。安裝后接入電源變壓器,整流輸出
26、電壓Vi應(yīng)為正,否則會(huì)損壞穩(wěn)壓器。斷開交流電源,將整流濾波電路與穩(wěn)壓電路相連接,在接通電源,輸出電壓V0。為規(guī)定值,說明各級(jí)電路均正常工作,可以進(jìn)行各項(xiàng)性能指標(biāo)的測(cè)試。按照前面介紹的測(cè)試方法,對(duì)總圖所示穩(wěn)壓電路進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試條件在室溫下進(jìn)行。</p><p><b> 六.性能測(cè)試與分析</b></p><p> (1)最大輸出電流、輸出電壓</p>
27、<p> 給輸出端接可調(diào)的負(fù)載電阻RL,用萬用表測(cè)量其輸出電壓Vo,再使RL逐漸減小,直到Vo的值下降5%,此時(shí)流經(jīng)負(fù)載RL的電流即為最大輸出電流Iomax。提供仿真圖如下:</p><p> 有仿真圖結(jié)果可知RL兩端電壓最大時(shí)為Vo=9.199V(實(shí)際測(cè)為9.11V左右),下降5%后為</p><p> Vo=9.199×(1-5%)=8.74V,此時(shí)測(cè)得流經(jīng)
28、負(fù)載RL的電流即為最大輸出電流Iomax=730mA(實(shí)際測(cè)得為502mA左右)。</p><p><b> ?。?)紋波電壓</b></p><p> 指疊加在輸出電壓Vo上的交流分量,一般為mV級(jí)。可將其放大后用示波器觀測(cè)其峰峰值ΔVop-p。由于實(shí)際中示波器不能剪切圖上來,而實(shí)際用示波器測(cè)得輸出電壓Vo上的交流分量的峰峰值ΔVop-p為測(cè)得為4.6mV。<
29、;/p><p><b> ?。?)穩(wěn)壓系數(shù)</b></p><p> 指負(fù)載電流Io、環(huán)境溫度T不變的情況下,輸入電壓的相對(duì)變化引起輸出電壓的相對(duì)變化,即穩(wěn)壓系數(shù)Sv=ΔVo/Vo∕ΔVi/Vi。</p><p> Sv的測(cè)量電路如上圖所示,其過程為:先調(diào)節(jié)自耦變壓器,使Vi=242V,測(cè)量此時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓Vo1,再調(diào)節(jié)自耦變壓器,使Vi=1
30、98V,測(cè)量此時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓Vo2,然后再測(cè)出Vi=220V時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓Vo,則穩(wěn)壓系數(shù)Sv為 </p><p> Sv=ΔVo/Vo∕ΔVi/Vi=×</p><p> 上面我們測(cè)得紋波電壓ΔVop-p即Vo1-Vo2=4.6mV,Vo=9.11V,</p><p> 因此SV=(4.6/1000/9.11)×220/(242-1
31、98)≈2.52×10-3</p><p> (4)變壓,整流,濾波,穩(wěn)壓的仿真過后的截圖</p><p> 經(jīng)過變壓器變壓后的變壓器副邊的電壓的示波器仿真圖</p><p> 經(jīng)過整流過后的示波器截圖</p><p> 輸出3V的示波器截圖</p><p> 輸出9V的示波器截圖</p>
32、;<p><b> 七.結(jié)論與心得</b></p><p> 經(jīng)過我們組實(shí)際電路的測(cè)試,現(xiàn)得出如下結(jié)果</p><p> 這個(gè)課程設(shè)計(jì),其實(shí)并不是很難做,由于以前的知識(shí)學(xué)得并不夠好,特別是protel99se和仿真軟件Multisin10不太會(huì)運(yùn)用,使我們組做起這個(gè)課程設(shè)計(jì)來不那么簡單。不過現(xiàn)在終于做了出來,那種感覺是不言而喻的,當(dāng)然是很很開心的。
33、而且買完元件回來,到焊接電路板,這個(gè)過程還是蠻順利的,經(jīng)過我們組成員的共同努力,還是做出來了。而為了做好這個(gè)設(shè)計(jì),我們不斷的翻書查資料,又讓我們把以前的知識(shí)給重新的補(bǔ)了回來,我們學(xué)到了很多以前沒有太理解的東西。當(dāng)理論的知識(shí)通過自己的努力動(dòng)手做出來之后,不僅讓我們嘗到了成功的滋味兒,更讓我們明白理論聯(lián)系實(shí)際的好處,非常感謝老師給我們的這個(gè)課程設(shè)計(jì)。</p><p> 總的來說,在老師的指導(dǎo)及我們組成員共同努力下,
34、結(jié)合軟件硬件,我們的這個(gè)直流穩(wěn)壓電源制作完成的比較的成功了。雖然 我們的直流穩(wěn)壓沒有完全達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),但是這個(gè)畢竟是我們共同努力的成果,我們?yōu)樗冻隽撕芏鄷r(shí)間和汗水。通過這個(gè)課程設(shè)計(jì),我們可以運(yùn)用我們學(xué)習(xí)的專業(yè)學(xué)的知識(shí),增強(qiáng)了自己的動(dòng)手能力動(dòng)腦能力,增強(qiáng)了我們組成員的團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)能力,我們?cè)谥谱饔?jì)的過程中學(xué)到了很多東西。在制作課程設(shè)計(jì)過程中,我們不斷翻閱資料,得出了兩個(gè)方案,通過對(duì)比選擇,我們選擇了方案一,這個(gè)也是和大部分同學(xué)想法相近的。在整個(gè)
35、設(shè)計(jì)過程中對(duì)PCB板的制作,讓我們能更熟練的應(yīng)用Protel 99 SE軟件,也讓我們注意到了很多以前沒有注意到的地方,比如滑動(dòng)變阻器的三個(gè)腳,在PCB封裝里的原件封裝與真實(shí)的器件有差別,我們就要實(shí)際測(cè)量,自己畫封裝。還有運(yùn)用這個(gè)軟件過程中我們遇到問題也很多,比如剛開始做PCB板時(shí)候,自己沒有弄封裝管腳,導(dǎo)致我們導(dǎo)入時(shí)出錯(cuò),這個(gè)錯(cuò)誤我們以后要多注意改正。在用仿真軟件Multisin10時(shí)候,我們也遇到了很多問題,比如原件的尋找,就比較難
36、點(diǎn),通過我們組的共同努力也一一克服了。通過這個(gè)課程設(shè)計(jì),我們的收獲很多,進(jìn)</p><p> 總的來講,我們這個(gè)組做的課程設(shè)計(jì)還是蠻順利的,這是與我們組成員的共同努力分不開的。我在這里再次感謝我們組成員的付出的努力,再次感謝指導(dǎo)老師,你的意見和指導(dǎo)使得我的課程設(shè)計(jì)可以比較好的完成,這也將是我們一生中的很大的寶貴財(cái)富。</p><p><b> 八、參考文獻(xiàn)</b>
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