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

1、<p>　　模 擬 電 子 技 術(shù)</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：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)： 電氣***

2、*班</p><p>　　指 導(dǎo) 老 師： *****</p><p>　　河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院</p><p>　　Henan Polytechnic Institute</p><p>　　模 擬 電 子 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目錄</b>

3、</p><p><b>　　前言2</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)3</p><p>　　一、設(shè)計(jì)目的及其實(shí)際應(yīng)用3</p><p><b>　　二、任務(wù)要求3</b></p><p>　　三、實(shí)驗(yàn)原理及其各個(gè)分電路圖3</p>&l

4、t;p><b>　　A．電源變壓器4</b></p><p><b>　　B．整流電路4</b></p><p><b>　　C．濾波電路7</b></p><p>　　D. 穩(wěn)壓電路10</p><p><b>　　四.總電路圖12</b>

5、;</p><p><b>　　五.參考文獻(xiàn)12</b></p><p><b>　　六.心得體會(huì)13</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　電子技術(shù)是當(dāng)今高新技術(shù)的“龍頭”，各先進(jìn)國(guó)家無(wú)不把它放在優(yōu)先的發(fā)展的地位。電子技術(shù)是電類專業(yè)的一門(mén)重

6、要的技術(shù)基礎(chǔ)課，課程的顯著特點(diǎn)之一是它的實(shí)踐性。要想很好的掌握電子技術(shù)，除了掌握基本器件的原理，電子電路的基本組成及分析方法外，還要掌握電子器件及基本電路的應(yīng)用技術(shù)，課程設(shè)計(jì)就是電子技術(shù)教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)。</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)就是針對(duì)模擬電子電路這門(mén)課程的要求所做的，同時(shí)也將學(xué)到的理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。</p><p>　　本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源一般是由電源變壓器

7、、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。</p><p>　　一、設(shè)計(jì)目的及其實(shí)際應(yīng)用</p><p>　　熟悉模擬電子課程設(shè)計(jì)方法和規(guī)范，達(dá)到應(yīng)用電子技術(shù)的目的，并培養(yǎng)動(dòng)手能力，學(xué)會(huì)閱讀相關(guān)科技文獻(xiàn)，查找器件手冊(cè)與相關(guān)參數(shù)，整理總結(jié)設(shè)計(jì)報(bào)告。</p><p>　　電子電路工作時(shí)都需要直流電源提供能量，電池因使用費(fèi)用高,一般只用于低功耗便攜式的儀器設(shè)備中。<

8、/p><p><b>　　二、任務(wù)要求</b></p><p>　　設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源目的就是要把工頻交流電源或者直流變化的電源通過(guò)此裝置變?yōu)橹绷鞣€(wěn)壓電源，并畫(huà)出整體電路。</p><p>　　三、實(shí)驗(yàn)原理及其各個(gè)分電路圖</p><p>　　穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成如圖1所示：</p&g

9、t;<p><b>　　A．電源變壓器</b></p><p>　　電源變壓器提供最初的電源，需要經(jīng)過(guò)整流、濾波、穩(wěn)壓才能滿足要求，一般為工頻電流或者家用的電流。</p><p><b>　　B．整流電路</b></p><p>　　整流電路的任務(wù)是將經(jīng)過(guò)變壓器降壓以后的交流電壓變換為直流電壓。變壓器的選擇，

10、除了應(yīng)滿足功率要求外，它的次級(jí)輸出電壓的有效值Ｖ2 應(yīng)略高于要求穩(wěn)壓電路輸出的直流電壓值。對(duì)于高質(zhì)量的穩(wěn)壓電源，其整流電路一般都選用橋式整流電路。整流電路常見(jiàn)的有單相橋式整流電路，單相半波整流電路，和單相全波整流電路。</p><p>　　圖2 單相橋式整流電路</p><p><b>　　1.工作原理</b></p><p>　　單相橋式

11、整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，如圖（a）所示。在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路中的二極管是作為開(kāi)關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖1（a）的電路圖可知：當(dāng)正半周時(shí)，二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)負(fù)半周時(shí)，二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過(guò)合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。單相橋式整流電路的波形圖見(jiàn)圖1（b）。</p><p>

12、<b>　　2.參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　根據(jù)圖1（b）可知，輸出電壓是單相脈動(dòng)電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓為</p><p>　　流過(guò)負(fù)載的平均電流為</p><p>　　流過(guò)二極管的平均電流為</p><p>　　二極管所承受的最大反向電壓</p><p>　

13、　流過(guò)負(fù)載的脈動(dòng)電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動(dòng) 電壓做傅里葉分析，此時(shí)諧波分量中的二次諧波幅度最大。脈動(dòng)系數(shù)S定義為二次諧波的幅值與平均值的比值。</p><p>　　3.單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線</p><p>　　單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線是指輸出電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系</p><p>　　該曲線如圖3所示，曲線的斜率代表了整流電路的內(nèi)阻。

14、</p><p>　　單相橋式整流電路的變壓器中只有交流電流流過(guò)，而半波和全波整流電路中均有直流分量流過(guò)。所以單相橋式整流電路的變壓器效率較高，在同樣功率容量條件下，體積可以小一些。單相橋式整流電路的總體性能優(yōu)于單相半波和全波整流電路，故廣泛應(yīng)用于直流電源之中。</p><p>　　注意，整流電路中的二極管是作為開(kāi)關(guān)運(yùn)用的。</p><p>　　整流電路既有交流量，

15、又有直流量，通常對(duì)</p><p>　　輸入（交流）——用有效值或最大值；</p><p>　　輸出（交直流）——用平均值；</p><p>　　整流管正向電流——用平均值；</p><p>　　整流管反向電壓——用最大值。</p><p><b>　　C． 濾波電路</b></p>

16、<p><b>　　1.濾波的基本概念</b></p><p>　　濾波電路利用電抗性元件對(duì)交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。電容器C對(duì)直流開(kāi)路，對(duì)交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器L對(duì)直流阻抗小，對(duì)交流阻抗大，因此L應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。經(jīng)過(guò)濾波電路后，既可保留直流分量，又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動(dòng)系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。</p>

17、;<p><b>　　2.電容濾波電路</b></p><p>　　現(xiàn)以單相橋式整流電容濾波電路為例來(lái)說(shuō)明。電容濾波電路如圖15.06所示，在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容C。</p><p><b>　　3.濾波原理</b></p><p>　　若V2處于正半周，二極管D1、D3導(dǎo)通，變壓器次端電壓V2給電容

18、器C充電。此時(shí)C相當(dāng)于并聯(lián)在V2上，所以輸出波形同V2 ，是正弦波。</p><p>　　當(dāng)V2到達(dá)t=/2時(shí)，開(kāi)始下降。先假設(shè)二極管關(guān)斷，電容C就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載ＲL放電。指數(shù)放電起始點(diǎn)的放電速率很大。在剛過(guò)t=/2時(shí)，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過(guò)t=/2時(shí)二極管仍然導(dǎo)通。在超過(guò)t=/2后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線下降的速率越來(lái)越快，當(dāng)剛超過(guò)指數(shù)曲線起始放電速率時(shí)，二極管關(guān)斷。所以在t2到t3時(shí)刻，二極管導(dǎo)電，Ｃ

19、充電，Vi=Vo按正弦規(guī)律變化；t1到t2時(shí)刻二極管關(guān)斷，Vi=Vo按指數(shù)曲線下降，放電時(shí)間常數(shù)為RLC。</p><p>　　需要指出的是，當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)RLC增加時(shí)，t1點(diǎn)要右移，t2點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時(shí)間加長(zhǎng)，導(dǎo)通角減?。环粗?，RLC減少時(shí)，導(dǎo)通角增加。顯然。當(dāng)RL很小，即IL很大時(shí)，電容濾波的效果不好，見(jiàn)圖18.05濾波曲線中的2。反之，當(dāng)RL很大，即IL很小時(shí)，盡管C較小, RLC仍很大,電容濾波的效

20、果也很好，見(jiàn)濾波曲線中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場(chǎng)合。</p><p>　　此外，為了進(jìn)一步減小負(fù)載電壓中的紋波，電感后面可再接一個(gè)電容而構(gòu)成倒L型濾波電路或采用π型濾波電路，分別如圖5（a）和圖5(b)所示。</p><p>　　4.電容濾波電路參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　電容濾波電路的計(jì)算比較麻煩，因?yàn)闆Q定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細(xì)的曲線可供

21、查閱，一般常采用以下近似估算法：</p><p>　　一種是用鋸齒波近似表示，即</p><p>　　另一種是在RLC=（35）的條件下，近似認(rèn)為VO=1.2V2。</p><p><b>　　5.外特性</b></p><p>　　整流濾波電路中，輸出直流電壓VO隨負(fù)載電流IO的變化關(guān)系曲線如圖4.3所示。</p

22、><p><b>　　D.穩(wěn)壓電路</b></p><p><b>　　1.穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　選用可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器 CW317。該集成塊有輸入端Ｖi、輸出端Ｖo、和可調(diào)端 ADJ 三個(gè)端頭。它的組成和分立元件穩(wěn)壓電路一樣，主要由恒流源電路、基準(zhǔn)電壓電路、比較放大電路、調(diào)整管及保護(hù)電路組成。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，

23、只要外接 Ｒ1 和Ｒ2 兩個(gè)電阻就能實(shí)現(xiàn)所需要的穩(wěn)壓值。當(dāng)Ｒ2 用電位器Ｒw 代替時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電源，電壓可調(diào)范圍為 1.25V～37V 。在圖 5 所示的實(shí)驗(yàn)電路中，三端穩(wěn)壓器的輸入端并接了一個(gè)電容Ｃ3 ，是為了消除電路可能產(chǎn)生的自激振蕩。</p><p>　　2. 穩(wěn)壓電源的主要性能指標(biāo)</p><p>　　衡量一個(gè)穩(wěn)壓源的主要性能指標(biāo)有：電壓調(diào)節(jié)范圍、電壓調(diào)整

24、 率ＳV 、電流調(diào)整率 Ｓi、輸出電阻 r0 、紋波抑制比</p><p>　?。觬ip 。它們的定義如下：</p><p>　　(1) 電壓調(diào)節(jié)范圍：是指可調(diào)式穩(wěn)壓電源的最大輸出電壓Ｖomax 與最小輸出電壓Ｖomin 之間的范圍。</p><p>　　(2) 電壓調(diào)整率Ｓv：是指負(fù)載不變時(shí)，電網(wǎng)電壓的相對(duì)變化量與由此引起的輸出電壓的相對(duì)變化量之

25、比，即</p><p>　　(3) 電流調(diào)整率Ｓi：是指輸入電壓不變而負(fù)載變化時(shí)，負(fù)載電流 Ｉo 在規(guī)定的范圍內(nèi)變化而引起的輸出電壓的相對(duì)變化量，即</p><p>　　(4) 輸出電阻 </p><p>　　ro ：就是穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻。它可以通過(guò)測(cè)量電源空載時(shí)的輸出電壓Ｖo' 和接入負(fù)載ＲL 時(shí)的輸出電壓Ｖo 而求得，即</p><p

26、>　　(5) 紋波抑制比Ｓrip：是指穩(wěn)壓電源對(duì)交流紋波的抑制能力。</p><p>　　定義為電源的輸入紋波電壓Ｖi~ 與輸出紋波Ｖo~ 之比值。常用 dB 值表示。即</p><p><b>　　四.總電路圖</b></p><p><b>　　五.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[

27、1]　康華光．電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）［M］．北 京：高等教育出版社，2002．</p><p>　　[2] 高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)。電子工業(yè)出版社。2002.</p><p>　　[3] 張慶雙.電子原器件的選用和檢測(cè)。機(jī)械工業(yè)出版社。2003.</p><p>　　[4] 楊拴科.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)。高等教育出版社.2003</p>

28、<p>　　[5] 孫肖子 張企民。模擬電子技術(shù)簡(jiǎn)明教程。西安電子科技大學(xué)出版社。2001.</p><p><b>　　六.心得體會(huì)</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)一個(gè)星期的模擬電子線路課程設(shè)計(jì)過(guò)程，我學(xué)到了很多東西，對(duì)一學(xué)期以來(lái)所學(xué)的電子方面的知識(shí)也重新學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)了一遍，也對(duì)自己在模擬電子方面能力有了更客觀的認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)。在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，從最基本的