直流穩(wěn)壓電源課程設計

1、<p><b>　　湖南工學院</b></p><p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　課題名稱：半導體直流穩(wěn)壓電源的設計和測試</p><p><b>　　專業(yè)名稱：自動化</b></p><p>　　學生班級：自本0903班</p&g

2、t;<p><b>　　學生姓名：邱強杰</b></p><p>　　學生學號：09401040344</p><p><b>　　指導老師：陸秀令</b></p><p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源的設計和測試</

3、p><p><b>　?。ㄒ唬┰O計目的</b></p><p>　　1、學習直流穩(wěn)壓電源的設計方法；</p><p>　　2、研究直流穩(wěn)壓電源的設計方案；</p><p>　　3、掌握直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)和內阻測試方法；</p><p>　?。ǘ┰O計要求和技術指標</p><p

4、>　　1、技術指標：要求電源輸出電壓為±12V（或±9V /±5V），輸入電壓為交流220V，最大輸出電流為Iomax</p><p>　　=500mA，紋波電壓△VOP-P≤5mV，穩(wěn)壓系數(shù)Sr≤5%。</p><p><b>　　設計要求</b></p><p>　　設計一個能輸出±12V/&#

5、177;9V/±5V的直流穩(wěn)壓電源；</p><p>　　擬定測試方案和設計步驟； </p><p>　　根據(jù)設計要求和技術指標設計好電路，選好元件及參數(shù)；</p><p>　　要求繪出原理圖，并用Protel、Visio畫出印制板圖； </p><p>　　測量直流穩(wěn)壓電源的內阻；</p><p>　　測量

6、直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)、紋波電壓；</p><p><b>　　撰寫設計報告。</b></p><p><b>　?。ㄈ┰O計提示</b></p><p>　　1、設計電路框圖如圖所示</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源電路結構框圖</p><p>　　穩(wěn)壓電路若使用分離元件要

7、有取樣、放大、比較和調整四個環(huán)節(jié)，晶體管選用3DD或3DG等型號；若用集成電路選78XX和79XX穩(wěn)壓器。</p><p>　　測量穩(wěn)壓系數(shù)：在負載電流為最大時，分別測得輸入交流比220V增大和減小10%的輸出Δvo，并將其中最大一個代入公式計算Sr，當負載不變時，Sr=ΔVoVI/ΔVIVO。</p><p>　　測量內阻：在輸入交流為220V，分別測得負載電流為0及最大值時的ΔVo，r

8、o=ΔVO/ΔIL。</p><p>　　紋波電壓測量：疊加在輸出電壓上的交流分量，一般為mV級?？蓪⑵浞糯蠛螅檬静ㄆ饔^測其峰－峰值△VOP-P；用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><b>　　2、實驗儀器設備</b></p><p>　　自耦變壓器一臺、數(shù)字萬用表、交流

9、毫伏表、面包板或萬能板、智能電工實驗臺、示波器</p><p><b>　　3、設計用主要器件</b></p><p>　　變壓器、整流二極管、集成穩(wěn)壓器（7812/7912/7809/7909/7805/7905）、電容、電阻若干</p><p><b>　　3、參考書</b></p><p>　

10、　《電工學》電子工業(yè)出版社；《晶體管直流穩(wěn)壓電源》遼寧科技出版社；</p><p>　　《電子線路設計·實驗·測試》華中科技大學出版社</p><p>　　《模擬電子技術基礎》高等教育出版社</p><p><b>　　……………</b></p><p><b>　?。ㄋ模┰O計報告要求<

11、;/b></p><p><b>　　1、選定設計方案；</b></p><p>　　2、擬出設計步驟，畫出電路，分析并計算主要元件參數(shù)值；</p><p>　　3、列出測試數(shù)據(jù)表格。</p><p><b>　　4、調試總結。</b></p><p><b>

12、;　?。ㄎ澹┰O計總結</b></p><p>　　1、總結直流穩(wěn)壓電源的設計方法和運用到的主要知識點，對設計方案進行比較。</p><p>　　2、總結直流穩(wěn)壓電源主要參數(shù)的測試方法。</p><p><b>　　目錄 </b></p><p>　　第1章 原理分析1</p><p>

13、;　　1.1直流穩(wěn)壓電源的基本原理1</p><p>　　1.2各部分的作用1</p><p>　　1.2.1電源變壓器1</p><p>　　1.2.2整流濾波電路1</p><p>　　1.2.3三端集成穩(wěn)壓3</p><p>　　1.3穩(wěn)壓電流的性能指標及測試方法4</p><p&

14、gt;<b>　　1.4原理圖5</b></p><p>　　第2章參數(shù)選擇及數(shù)據(jù)處理6</p><p>　　2.1數(shù)據(jù)的選擇6</p><p><b>　　2.2靜態(tài)調試6</b></p><p><b>　　2.3動態(tài)調試7</b></p><

15、p>　　2.3.1穩(wěn)壓電源的性能指標的測試7</p><p>　　2.3.2誤差分析8</p><p>　　第3章電路仿真過程與結果9</p><p>　　3.1電路的基本功能測試9</p><p>　　3.2紋波的波形9</p><p><b>　　結束語11</b></

16、p><p><b>　　參考文獻11</b></p><p><b>　　第1章 原理分析</b></p><p>　　1.1直流穩(wěn)壓電源的基本原理</p><p>　　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1.1</p><p>　　圖1.1

17、 直流穩(wěn)壓電源基本框架</p><p><b>　　1.2各部分的作用</b></p><p>　　1.2.1電源變壓器</p><p>　　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交流電壓Ui。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>　　1.2.2整流濾波

18、電路</p><p>　　整流電路將交流電壓Ui變換成脈動的直流電壓。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U1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。</p><p>　　圖1。2全波整流濾波 </p><p>　　圖1.3 橋式整流濾波</p><p>　　各濾波電容C滿足RL-C＝（3~5）T/2

19、，或中T為輸入交流信號周期，RL為整流濾波電路的等效負載電阻。</p><p><b>　　圖5 等效電路圖</b></p><p>　　1.2.3三端集成穩(wěn)壓</p><p>　　常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器與可調式三端壓器。</p><p>　　常用可調式正壓集成穩(wěn)壓器有LM317系列，它們的輸出電壓從1.25

20、V－37伏可調，最簡的電路外接元件只需一個固定電阻和一只電位器。其芯片內有過渡、過熱和安全工作區(qū)保護，最大輸出電流為1.5A。其典型電路如圖6所示，其中電阻R1與電位器R2組成輸出電壓調節(jié)器，輸出電壓Uo的表達式為：Uo＝1.25（1＋R2/R1）式中R1一般取120－240歐姆，輸出端與調整端的壓差為穩(wěn)壓器的基準電壓（典型值為1.25V）。</p><p>　　圖6 LM317系列電路圖</p>

21、<p>　　1.3穩(wěn)壓電流的性能指標及測試方法 </p><p>　　穩(wěn)壓電源的技術指標分為兩種：一種是特性指標，包括允許輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調節(jié)范圍等；另一種是質量指標，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)（或電壓調整率）、輸出電阻（或電流調整率）、紋波電壓（紋波系數(shù)）及溫度系數(shù)。測試電路如圖7。</p><p>　　圖7　穩(wěn)壓電源性能指標測試電路&

22、lt;/p><p>　?。?） 紋波電壓：疊加在輸出電壓上的交流電壓分量。用示波器觀測其峰峰值一般為毫伏量級。也可用交流毫伏表測量其有效值，但因紋波不是正弦波，所以有一定的誤差。</p><p>　?。?）穩(wěn)壓系數(shù)：在負載電流、環(huán)境溫度不變的情況下，輸入電壓的相對變化引起輸出電壓的相對變化。</p><p>　?。?） 電壓調整率：輸入電壓相對變化為±10%時

23、的輸出電壓相對變化量，穩(wěn)壓系數(shù)和電壓調整率均說明輸入電壓變化對輸出電壓的影響，因此只需測試其中之一即可。</p><p>　　（4） 輸出電阻及電流調整率</p><p>　　輸出電阻與放大器的輸出電阻相同，其值為當輸入電壓不變時，輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比的絕對值.電流調整率：輸出電流從0變到最大值時所產(chǎn)生的輸出電壓相對變化值。輸出電阻和電流調整率均說明負載電流變化對輸出電壓的影

24、響，因此也只需測試其中之一即可。</p><p><b>　　1.4原理圖</b></p><p>　　第2章參數(shù)選擇及數(shù)據(jù)處理</p><p><b>　　2.1數(shù)據(jù)的選擇</b></p><p>　　1、根據(jù)三端可調試輸出集成穩(wěn)壓器的特點：當輸入電壓為2~40伏范圍內變化是，電路均能正常工作，并

25、且輸出端與調整端之間的電壓等于基準電壓1.25伏，而整流電路的輸出端電壓平均值U=0.9U2，即0.9U2在2~40伏間取，所以可取的輸出電壓為12伏的降壓器。</p><p>　　2、對于濾波電路電容的選?。?可由紋波電壓VOP-P和穩(wěn)壓系數(shù)SV來確定。</p><p>　　已知，Vo=9V,Vi=12V,△Vop-p=5mA,SV=3×10-3 .則由式</p>

26、<p>　　由式 得濾波電容，電容C的耐壓應大于。故取2 只2200μF/25V的電容相并聯(lián)。</p><p>　　3、穩(wěn)壓器內部設計滿足：選可調式三端穩(wěn)壓器LM317，其特性參數(shù)Vo=1.2V~37V,Iomax=1.5A,最小輸入、輸出壓差（Vi—Vo）max=40V。組成的穩(wěn)壓電源電路，由式得Vo=1.25(1+RP1/R1),取R1=240Ω，則RP1min=336Ω,RP1max=1.49

27、kΩ,故取RP1為4.7KΩ的精密線繞可調電位器。 </p><p>　　4、其它元器件的作用：V用于防止短路時C2通過調整端放電而損壞穩(wěn)壓器；C2用于減少輸出紋波電壓。R2用于調節(jié)輸出電壓大小。</p><p><b>　　2.2靜態(tài)調試</b></p><p>　　當連好電路板的線路時，先不要急著通電，而因該從以下幾個方面進行檢測：<

28、/p><p>　　A、對照原理圖，用萬用表一一檢查線路的各個接口是否接通，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>　　2.3動態(tài)調試</b></p><p>　　2.3.1穩(wěn)壓電源的性能指標的測試</p>

29、<p>　　1）、輸出電壓的測量</p><p>　　接通220V的電源，用數(shù)字萬用表對所設計的電路實物進行測試，得到正源輸出電壓為+10.50V，負電源輸出電壓為-10.48V。</p><p><b>　　2）、內阻的測量</b></p><p>　　在輸入交流為220V，分別測得負載電流為0及最大值時的△VO，即用開短路法可測得

30、電源內阻。測得數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　IA+=0.22A， VO+=10.50V</p><p>　　IA-=0.218A， VO-=10.48V</p><p>　　根據(jù)以上數(shù)據(jù)可得電源內阻為：</p><p>　　r+=VO+∕IA+ =10.50V/0.22A = 47.70Ω</p><p>　　r-=

31、VO-／IA- =10.48V/0.218A =48.01Ω</p><p>　　3）、穩(wěn)壓系數(shù)的測量</p><p>　　穩(wěn)壓系數(shù)是指在負載電流I0、環(huán)境溫度T不變的情況下，輸入電壓的相對變化引起輸出電壓的相對變化，即穩(wěn)壓系數(shù)</p><p>　　Sr=（△VO/VO）/（△VI/VI） IO=常數(shù)，T=常數(shù) </p><p>　　Sr

32、的測量電路如圖5所示：</p><p><b>　　圖2.1穩(wěn)壓示意圖</b></p><p>　　測試過程是：先調節(jié)自耦變壓器使輸入電壓增加 10%，即Vi=242V，測量此時對應的輸出電壓VO1；再調節(jié)自耦變壓器使輸入電壓減少 10%，即Vi=198V，測量此時對應的輸出電壓VO2，然后再測出Vi=220V時對應的輸出電壓VO，則穩(wěn)壓系數(shù)</p>&

33、lt;p>　　Sr=（△VO/VO）/（△Vi/Vi） </p><p>　　=[220/（242-198）][（VO1-VO2）/VO]</p><p>　　根據(jù)上述測量方法，可對正負雙電源進行測試，測試數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　當Vi=198V時，測得數(shù)據(jù)為：</p><p>　　VO1+=10.12 V， V01-=10

34、.09V</p><p>　　當Vi=242V時，測得數(shù)據(jù)為：</p><p>　　VO2+=10.14V， VO2-=10.11V</p><p>　　當Vi=220V時，測得數(shù)據(jù)為：</p><p>　　VO+=10.00V， VO-=9.98V</p><p>　　由以上所測數(shù)據(jù)，可得穩(wěn)壓系數(shù)為：</p&g

35、t;<p>　　Sr + =（△VO+/VO+）/（△Vi/Vi） </p><p>　　=[220/（242-198）][（VO1+-VO2+）/VO+]</p><p><b>　　≈0.00167</b></p><p>　　Sr - =（△VO-/VO-）/（△Vi/Vi） </p><

36、p>　　=[220/（242-198）][（VO1--VO2-）/VO-]</p><p>　　≈0.00168 </p><p><b>　　2.3.2誤差分析</b></p><p><b>　　1）、誤差計算</b></p><p>　　+Vcc%=（12.00-10.50）/12.0

37、0=12.5%</p><p>　　-Vcc%=︱10.48-12.00︱/12.00=12.67%</p><p>　　第3章電路仿真過程與結果</p><p>　　3.1電路的基本功能測試</p><p>　　按如圖3.1接線，開始仿真</p><p><b>　　圖3.1仿真電路圖</b>&

38、lt;/p><p>　　表3.1電壓輸出對比</p><p><b>　　3.2紋波的波形</b></p><p>　　當輸出電壓為9V時的紋波圖形</p><p>　　圖3.2輸出9V時的紋波圖形</p><p><b>　　理論數(shù)據(jù)：</b></p><p

39、>　　表3.2 紋波的數(shù)據(jù)</p><p><b>　　結束語</b></p><p>　　通過這幾個星期的學習設計，我學習到更多的模電知識，對串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源電路的了解更加深入了，同時，對仿真軟件的使用也更加熟練了！還有提高了我的自主學習能力和實踐能力。最后就是讓我認識到了我自身的不足，給我指明了方向，讓我有了奮斗、努力的明確目標。</p>&

40、lt;p>　　09401040344</p><p><b>　　邱強杰</b></p><p><b>　　2011年6月</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 康華光.電子技術基礎模擬部分(第四版).武漢：高等數(shù)學出版社,1

41、988.</p><p>　　[2] 楊素行.模擬電子技術基礎簡明教程(第二版).北京：高等教育出版社,1998.</p><p>　　[3] 謝自美.電子線路設計試驗測試(第三版).武漢：華中理工大學出版社,2005.</p><p>　　[4] 網(wǎng)上參考書目：《電工學》電子工業(yè)出板社；《晶體管直流穩(wěn)壓電源》遼寧科技出板社.</p><p>