直流穩(wěn)壓電源的課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　直流穩(wěn)壓電源的課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><p><b>　　（一）總的指導(dǎo)思想</b></p><p>　　對(duì)本次課程設(shè)計(jì)，原則上指導(dǎo)老師只給出大致的設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)思路上不框定和約束同學(xué)們的思維，所以同學(xué)們可以發(fā)揮自己的創(chuàng)造性，有所發(fā)揮，并力求設(shè)計(jì)方案凝練

2、可行、思路獨(dú)特、效果良好。</p><p>　?。ǘ┲绷鞣€(wěn)壓電源設(shè)計(jì)</p><p>　　1、掌握電子電路分析和設(shè)計(jì)的基本方法。包括：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和指標(biāo)初選電路；調(diào)查研究和設(shè)計(jì)計(jì)算確定電路方案；選擇元件、安裝電路、調(diào)試改進(jìn)；分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。</p><p>　　2、掌握直流穩(wěn)壓電源的原理及其應(yīng)用。</p><p>　　3、學(xué)

3、會(huì)選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器來設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓源。</p><p>　　4、掌握直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法。</p><p>　　5、 完成全電路理論設(shè)計(jì)、繪制電路圖；</p><p><b>　　主要技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>　　輸入電壓:220V±10%</p&g

4、t;<p>　　輸出電壓U0: 正負(fù)12V或正負(fù)9V</p><p>　　最大輸出電流:I0m: 0.5A</p><p>　　穩(wěn)壓系數(shù):≤0.05</p><p>　　輸出紋波電壓: ≤10mV</p><p><b>　　方案設(shè)計(jì)與論證</b></p><p>　　方案總的思路如

5、下：直流穩(wěn)壓電源一般由直流電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖如下。</p><p><b>　　1、整流部分 </b></p><p>　　此實(shí)驗(yàn)的整流部分主要采用橋式電路，即由四個(gè)二極管交叉而成。但使用二極管時(shí)應(yīng)注意以下問題：</p><p>　　1) 最大整流電路 If指二極管長(zhǎng)期運(yùn)行允許通過的最大正向平均電流。若使用時(shí)超過

6、此值，有可能燒壞二極管。</p><p>　　2) 最高反向工作電壓Urm指允許施加在二極管兩端的最大方向電壓通常為擊穿電壓的一半。</p><p>　　3) 反向電流Ir指二極管未擊穿時(shí)的反向電流值。其值會(huì)隨溫度的升高而急劇增加，其值越小，二極管的單向?qū)щ娦栽胶?。但是反向電流值?huì)隨溫度的上升而顯著增加。</p><p>　　4) 最高工作頻率f指保證二極管單向?qū)щ?/p>

7、時(shí)的最高導(dǎo)電頻率。當(dāng)工作頻率超過其限度時(shí)，二極管的單向?qū)щ娦阅芫蜁?huì)變差。</p><p>　　其實(shí)橋式整流電路相當(dāng)于理想二極管，即正偏時(shí)導(dǎo)通，電壓降為零，相當(dāng)于理想開關(guān)閉合；反偏時(shí)截止，電流為零，相當(dāng)于理想開關(guān)斷開。整流電路包括單向半波整流電路和橋式整流電路。半波整流電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用元件少，但整流效率低，輸出電壓脈動(dòng)大。因此，它只適用于要求不高的場(chǎng)合。為了克服半波整流的缺點(diǎn)，常采用橋式整流電路。 </p&

8、gt;<p><b>　　2、濾波部分 </b></p><p>　　整流電路將交流電變?yōu)槊}動(dòng)直流電，但其中含有大量的交流成分（稱為紋波電壓）。為了獲得平滑的直流電壓，應(yīng)在整流電路的后面加接濾波電路，以濾去交流部分。</p><p>　　此電路采用的是電容濾波電路，即在橋式整流電路輸出端與負(fù)載之間并聯(lián)一個(gè)大電容。原理如下：</p><

9、p>　　在整流電路采用電容濾波后使二極管得到的時(shí)間縮短，由于電容C充電的瞬時(shí)電流較大，形成了浪涌電流，容易損壞二極管，故在選擇二極管時(shí)，必須留有足夠的電流裕量，以免燒壞。</p><p><b>　　3、 穩(wěn)壓部分 </b></p><p>　　穩(wěn)壓器采用78L05系列即輸出電壓值5伏，屬于三段固定輸出集成穩(wěn)壓，兩邊輸入輸出中間接地。為了防止電流或電壓過大用二極

10、管并聯(lián)穩(wěn)壓器，當(dāng)電流、電壓過大時(shí)二極管起到開關(guān)作用對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。</p><p><b>　　<1>．方案一</b></p><p>　　采用變壓器、二極管、集成運(yùn)放，電阻、穩(wěn)壓管、三極管等元器件。220V的市電經(jīng)變壓器變壓后變成電壓值較小的交流，再經(jīng)橋式整流電路和濾波電路形成直流，穩(wěn)壓部分采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。比例運(yùn)算電路的輸入電壓為穩(wěn)定電壓，且比例系數(shù)可

11、調(diào)，所以其輸出電壓也可以調(diào)節(jié);同時(shí)，為了擴(kuò)大輸出大電流，集成運(yùn)放輸出端加晶體管，并保持射極輸出形式，就構(gòu)成了具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。</p><p><b>　　<2>.方案二</b></p><p>　　變壓、整流和濾波電路與方案一相同，穩(wěn)壓部分采用集成穩(wěn)壓器。LM7812和LM7812為三端可調(diào)式穩(wěn)壓器，內(nèi)部具有過熱和過流保護(hù)電路，而且性能穩(wěn)定，

12、輸出電壓-12V和+12V，因此可以達(dá)到本設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　<3>．方案論證</b></p><p>　　由于器件所限，不是所有的都能找到，故兒傾向于簡(jiǎn)單的集成電路。而且LM7812和LM7912的價(jià)格低廉。從經(jīng)濟(jì)性和電路制作的難易性，方案地二都比方案一可行。</p><p>　　從電路的可靠及性能上分析，一個(gè)

13、是分立元件，一個(gè)是集成芯片，顯然是采用集成芯片的可靠性要高、性能穩(wěn)定，所以我還是選擇方案二。</p><p>　　單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算</p><p>　　1、根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的性能指標(biāo)，選擇集成三端穩(wěn)壓器。 </p><p>　　因?yàn)橐筝敵鲭妷嚎烧{(diào)，所以選擇三端集成穩(wěn)壓器?？刹捎眉呻娐罚?812、7912或7809、7909）。我使用了7812（+12V）和7

14、912（-12V），在使用時(shí)應(yīng)注意其管腳如下圖：</p><p>　?。?812，左端為輸入，中間為接地（公共端），右邊為輸出）</p><p>　?。?912，左端為接地（公共端），中間為輸入，右邊為輸出）</p><p>　　2、整流、濾波電路設(shè)計(jì)</p><p>　　首先確定整流電路結(jié)構(gòu)為橋式電路；濾波選用電容濾波。</p>

15、<p>　　電路的輸出電壓UI應(yīng)滿足下式:</p><p>　　U≥Uomax+（UI-UO）min+△UI</p><p>　　式中，Uomax（（12V）為穩(wěn)壓電源輸出最大值；（UI-UO）min為集成穩(wěn)壓器輸入輸出最小電壓差；URIP為濾波器輸出電壓的紋波電壓值（一般取UO、（UI-UO）min之和10%）；△UI為電網(wǎng)波動(dòng)引起的輸入電壓的變化（一般取UO、（UI-UO

16、）min、URIP之和的10%）。</p><p>　　對(duì)于集成三端穩(wěn)壓器，當(dāng)（UI-UO）min=2~10V時(shí)，具有較好的穩(wěn)壓特性。故濾波器輸出電壓值：UI≥9+3+1.8+1.98≥16(V),取 UI =16V.根據(jù)UI可確定變壓器次級(jí)電壓 U2。</p><p>　　U2=UI/　1.1～1.2≈(15V)。</p><p>　　在橋式整流電路中，變壓器

17、，變壓器次級(jí)電流與濾波器輸出　電流的關(guān)系為：Ｉ2=(1.5～2)II≈(1.5～2)IO=1.5×0.2=0.3(A).取變壓器的效率η＝0.8,則變壓器的容量為:</p><p>　　P=U2I2/η=15×0.3/0.8=5.625(W)</p><p>　　所以選擇容量為7W的變壓器。</p><p>　　因?yàn)榱鬟^橋式電路中每只整流二極管的

18、電流為：</p><p>　　ID=1∕2Imax=1/2IOmax=1/2×0.5=0.25(A)</p><p>　　每只整流二極管承受的最大反向電壓為：</p><p>　　所以選用二極管IN4007，可以滿足要求。</p><p>　　一般濾波電容的設(shè)計(jì)原則是，取其放電時(shí)間常數(shù)RLC是其充電周期的確3～5倍。對(duì)于橋式整流電路

19、，濾波電容C的充電周期等于交流周期的一半，即 RLC≥（3～5）T/2=3～5/2f,</p><p>　　由于ω＝2πf,故ωRLC≥(3～5)π,取ωRLC＝3π則C=3π/ωRL</p><p>　　其中RL=UI/II，所以濾波電容容量為</p><p>　　C＝3πII/2πfUI＝(3π×0.2)/ 2π×50×16＝37

20、5×10-6(μF)</p><p>　　取C=470µF。電容耐壓值應(yīng)考慮電網(wǎng)電壓最高、負(fù)載電流最小時(shí)的情況。</p><p>　　UCmax=1.1×U2max=1.1××15≈23.3(V)</p><p>　　綜合考慮濾波電容可選擇C=470µF，25V的電解電容。</p><p

21、>　　3、輸出的紋波電壓用交流毫伏表可測(cè)得。</p><p>　　4、最大輸出電流：接入一定的阻值的滑動(dòng)變阻器，使其電壓降到10V時(shí)，測(cè)出此時(shí)滑動(dòng)變阻器的阻值。</p><p>　　5、穩(wěn)壓系數(shù): S=(輸出電壓的變化量ΔUo /輸出電壓Uo)/（輸入電壓的變化量ΔUi /輸入電壓Ui）</p><p><b>　　仿真過程與仿真結(jié)果</b

22、></p><p>　　總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　總原理圖</b></p><p><b>　　元件清單</b></p><p><b>　　安裝與調(diào)試</b></p><p><b>　　1．焊接 </b&

23、gt;</p><p><b>　　工具：電烙鐵</b></p><p>　　在已做好的電路板上涂一層助焊劑，對(duì)照原理圖將元件安裝在電路板上，檢查元件位置是否正確。檢查無誤后，用電烙鐵將每個(gè)元件用焊錫焊牢，保證每個(gè)元件不虛焊。在焊元件時(shí)根據(jù)不同元件耐熱性能盡量減少焊接時(shí)間。焊接完畢后用萬用表檢查是否斷路和短路。</p><p><b>

24、;　　2．調(diào)試</b></p><p>　　工具：萬用表、交流毫伏表、滑動(dòng)變阻器</p><p>　　接入220V交流電壓，檢查電路看是否有異常現(xiàn)象，沒有，然后用萬用表檢查輸出端電壓為正常，接上交流毫伏表觀察其交流紋波電壓，紋波電壓較小也為正常。</p><p><b>　　性能測(cè)試與分析</b></p><p&

25、gt;<b>　　1、 測(cè)試：</b></p><p>　　用萬用表測(cè)得：正端電壓為+11.96V,負(fù)端電壓為-11.95V, 交流毫伏表觀察得到其紋波電壓＝正端0.28mV，負(fù)端0.24mV；最大輸出電流：(10V)/(電阻18.5歐)=0.54A ；穩(wěn)壓系數(shù)：（正端）S =(ΔUo /Uo) /(ΔUi /Ui) =[(11.96-11.94)/11.94]/[(20-13.5)/13.

26、5]=0.0035<0.05 ； </p><p><b>　　2、分析：</b></p><p>　　用交流毫伏表測(cè)量其有效值，但因紋波不是正弦波，所以有一定的誤差；</p><p>　　由于在電路板的導(dǎo)線會(huì)導(dǎo)致一定的誤差；讀數(shù)也存在一定的誤差；</p><p><b>　

27、　結(jié)論與心得</b></p><p>　　這次實(shí)訓(xùn)是鞏固和運(yùn)用在《模擬電子技術(shù)》中所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，基本掌握常用模擬電路的一般設(shè)計(jì)方法，提高設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手能力，為以后從事電子電路設(shè)計(jì)、研制電子產(chǎn)品打下基礎(chǔ)。</p><p>　　在次過程中，有些部分布線不夠好，沒有經(jīng)驗(yàn)，還有就是焊接，焊接時(shí)老感到電路板對(duì)錫絲的吸附力太差，因此出現(xiàn)了焊焦的情況，當(dāng)然也存在我自己的焊接技術(shù)問

28、題，但通過這次的自己焊接進(jìn)一步鞏固了自己在焊接方面的能力?？偟恼f，通過本次直流穩(wěn)壓源的設(shè)計(jì)，真正體驗(yàn)到了一個(gè)設(shè)計(jì)從前期的找資料到自己設(shè)計(jì)電路圖，自己焊接，自己調(diào)試這樣一個(gè)一個(gè)完整的設(shè)計(jì)過程。在這個(gè)過程里將以前所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了綜合的運(yùn)用，發(fā)現(xiàn)了自己很多不足的地方，理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用之間的距離也充分的體現(xiàn)了出來。當(dāng)然，更多的是學(xué)到了很多的東西，為以后的設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。</p><p>　　從中我明白了應(yīng)注意一下幾點(diǎn)：&

29、lt;/p><p>　　1．焊接時(shí)要對(duì)各個(gè)功能模塊電路進(jìn)行單個(gè)測(cè)試，需要時(shí)可設(shè)計(jì)一些臨時(shí)電路用于調(diào)試。 </p><p>　　2．測(cè)試電路時(shí)，必須要保證焊接正確，才能打開電源，以防元器件燒壞。 </p><p>　　3．注意LM7812和LM7912芯片的輸入輸出管腳和橋式整流電路中二極管的極性，不應(yīng)反接。 </p><p>　　4. 按照原理圖

30、焊接時(shí)必須要保證可靠接地。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 華成英 童詩白主編, <<模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)>>，第四版，清華大學(xué)電子學(xué)教研組。</p><p>　　[2] 康華光主編,<<電子技術(shù)基礎(chǔ)>>,高等教育出版社。 </p><p&

31、gt;　　[3] 謝自美主編,<<電子線路設(shè)計(jì)>> ,第二版,華中科技大學(xué)出版社。</p><p>　　[4] 張萬奎主編,<<模擬電子技術(shù)>>,湖南大學(xué)出版社。</p><p>　　[5] 李萬臣主編，《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》</p><p>　　[6] 康華光主編,<<電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）