直流穩(wěn)壓課程設(shè)計---集成直流穩(wěn)壓電路

1、<p>　　模擬電路課程設(shè)計報告</p><p>　　設(shè)計課題： 集成直流穩(wěn)壓電路 </p><p>　　專業(yè)班級 電氣工程及其自動化2班 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué)　　號： </p><p>　　指導(dǎo)教

2、師： </p><p>　　設(shè)計時間： 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．有保護裝置。</b></p><p>　　二 .方案設(shè)計與論證</p><p>　　本課程設(shè)計目的在于培養(yǎng)同學(xué)們自主設(shè)計制作的能力，同時學(xué)會應(yīng)

4、用仿真軟件對設(shè)計電路進行模擬分析。</p><p>　　集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計要求是比較基本的設(shè)計，設(shè)計要求電源輸出連續(xù)可調(diào)直流電壓。設(shè)計中包括電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四個部分。通過四部分的組合將220V交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計要求直流電壓。并且用仿真軟件進行仿真分析。 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)電壓和負載的變化而變化。</p><p>　　根據(jù)題目要求我們可以得出兩個可行的方案</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，過熱保護電路；由一個電阻（R）和一個可變電位器(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腳與地斷開，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，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)計的。</p><p><b>　　方案三</b></p><p>　　TDA2030是德律風根生產(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：[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].開機沖擊極小。 5].內(nèi)含各種保護電路，因此工作

10、安全可靠。主要保護電路有：短路保護、熱保護、地線偶然開路、電源極性反接（Vsmax=12V）以及負載泄放電壓反沖等。</p><p>　　由于從選材，實用操作性，保護性，等方面考慮，我們本次選擇方案一</p><p>　　三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算</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)?，D2、D4反偏截止。在負載上產(chǎn)生一個極性為上正下負的輸出電壓。其電流通路可用圖中實線箭頭表示。</p><p>　　在v2的負半周，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時產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負，與正半周時相同。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載電阻的上端相連，負極性端與負載電阻的下端相連，使負載上始終可以得到一個單方向的脈動電壓。</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>　　在本實驗中</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>　　由于之前模電實驗可知，我們在實際制作過程中采用比理論值小的電容同樣能達到很好的濾波效果，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、負載和溫度發(fā)生變化，濾波電路輸出的直流電壓會隨著變化。因此，為了維持輸出電壓穩(wěn)定不變，還

23、需加一級穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當外界因素（電網(wǎng)電壓、負載、環(huán)境溫度）等發(fā)生變化時，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)計的電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。</p><p>　　LM317穩(wěn)壓內(nèi)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，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。安裝一級測試一級。穩(wěn)壓電路主要測試集成穩(wěn)壓器是否正常工作。輸入端加直流電壓Vi≤12V時，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，說明各級電路均正常工作，可以進行各項性能指標的測試。按照前面介紹的測試方法，對總圖所示穩(wěn)壓電路進行測試，測試條件在室溫下進行。</p><p><b>　　六.性能測試與分析</b></p><p>　?。?）最大輸出電流、輸出電壓</p>

27、<p>　　給輸出端接可調(diào)的負載電阻RL,用萬用表測量其輸出電壓Vo，再使RL逐漸減小，直到Vo的值下降5%，此時流經(jīng)負載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兩端電壓最大時為Vo=9.199V（實際測為9.11V左右），下降5%后為</p><p>　　Vo=9.199×（1-5%）=8.74V，此時測得流經(jīng)

28、負載RL的電流即為最大輸出電流Iomax=730mA(實際測得為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?？蓪⑵浞糯蠛笥檬静ㄆ饔^測其峰峰值ΔVop-p。由于實際中示波器不能剪切圖上來，而實際用示波器測得輸出電壓Vo上的交流分量的峰峰值ΔVop-p為測得為4.6mV。<

29、;/p><p><b>　?。?）穩(wěn)壓系數(shù)</b></p><p>　　指負載電流Io、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)Sv=ΔVo/Vo∕ΔVi/Vi。</p><p>　　Sv的測量電路如上圖所示，其過程為：先調(diào)節(jié)自耦變壓器，使Vi=242V，測量此時對應(yīng)的輸出電壓Vo1，再調(diào)節(jié)自耦變壓器，使Vi=1

30、98V，測量此時對應(yīng)的輸出電壓Vo2，然后再測出Vi=220V時對應(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)過我們組實際電路的測試，現(xiàn)得出如下結(jié)果</p><p>　　這個課程設(shè)計，其實并不是很難做，由于以前的知識學(xué)得并不夠好,特別是protel99se和仿真軟件Multisin10不太會運用，使我們組做起這個課程設(shè)計來不那么簡單。不過現(xiàn)在終于做了出來，那種感覺是不言而喻的，當然是很很開心的。

33、而且買完元件回來，到焊接電路板，這個過程還是蠻順利的，經(jīng)過我們組成員的共同努力，還是做出來了。而為了做好這個設(shè)計，我們不斷的翻書查資料，又讓我們把以前的知識給重新的補了回來，我們學(xué)到了很多以前沒有太理解的東西。當理論的知識通過自己的努力動手做出來之后,不僅讓我們嘗到了成功的滋味兒，更讓我們明白理論聯(lián)系實際的好處，非常感謝老師給我們的這個課程設(shè)計。</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)壓沒有完全達到標準,但是這個畢竟是我們共同努力的成果，我們?yōu)樗冻隽撕芏鄷r間和汗水。通過這個課程設(shè)計，我們可以運用我們學(xué)習(xí)的專業(yè)學(xué)的知識，增強了自己的動手能力動腦能力，增強了我們組成員的團隊協(xié)調(diào)能力，我們在制作計的過程中學(xué)到了很多東西。在制作課程設(shè)計過程中，我們不斷翻閱資料，得出了兩個方案，通過對比選擇，我們選擇了方案一，這個也是和大部分同學(xué)想法相近的。在整個

35、設(shè)計過程中對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，比如滑動變阻器的三個腳，在PCB封裝里的原件封裝與真實的器件有差別，我們就要實際測量，自己畫封裝。還有運用這個軟件過程中我們遇到問題也很多，比如剛開始做PCB板時候，自己沒有弄封裝管腳，導(dǎo)致我們導(dǎo)入時出錯，這個錯誤我們以后要多注意改正。在用仿真軟件Multisin10時候，我們也遇到了很多問題，比如原件的尋找，就比較難

36、點，通過我們組的共同努力也一一克服了。通過這個課程設(shè)計，我們的收獲很多，進</p><p>　　總的來講，我們這個組做的課程設(shè)計還是蠻順利的，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)計可以比較好的完成，這也將是我們一生中的很大的寶貴財富。</p><p><b>　　八、參考文獻</b>