模擬電子技術課程設計--多路輸出直流穩(wěn)壓電源的設計與制作

1、<p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　( 2011 -- 2012 年度第 二 學期)</p><p>　　名 稱：模擬電子技術課程設計</p><p>　　題 目：多路輸出直流穩(wěn)壓電源的設計與制作</p><p><b>　　學 號： </b>&

2、lt;/p><p><b>　　學生姓名：</b></p><p>　　成 績： </p><p>　　日期： 2012年 3月 23日</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　很多電子設備，家用電器都需要直流電源供

3、電，其中除了少量的低功耗、便攜式的一起設備選用干電池供電外，絕大多數(shù)電子設備正常工作需要直流供電，而常用的電源——市電是220V或380V的交流電，因此需要把交流電變換成直流電。1例如在我們學習的大多數(shù)集成運算放大器都需要加規(guī)定的直流偏置才能正常工作。所以直流穩(wěn)壓電源對于我們的模電課程學習來說十分重要，一個穩(wěn)定可靠的直流穩(wěn)壓電源是今后我們學習、設計其他電路的保證。</p><p>　　但是不同的電路對于直流電壓值

4、有著不同的需求，常見的有±12V、3-12v等等不同的需求。為了達到鞏固課程知識目的的同時，能夠做到學以致用，制作一些對于今后有實際意義的電路，我們選擇±12V、3—12V五組參數(shù)作為設計的電壓輸出參數(shù)值。此次所要設計的電源要求的輸出功率較小，為了簡化電路并提高電路的穩(wěn)定性，因此選擇集成穩(wěn)壓器的設計思路。</p><p>　　三端固定輸出集成穩(wěn)壓器是一種串聯(lián)調整式穩(wěn)壓器。它將全部電路集成在單塊

5、硅片上，整個集成穩(wěn)壓電路只有輸入、輸出和公共3個引出端，使用非常方便。因其內部有過熱、過流保護電路，因此它的性能優(yōu)良，可靠性高。又因這種穩(wěn)壓器 具有體積小、使用方便、價格低廉等優(yōu)點，所以得到廣泛應用。</p><p>　　可調輸出的集成穩(wěn)壓器是在固定輸出集成穩(wěn)壓器的基礎上發(fā)展起來的，這種集成穩(wěn)壓器，在集成芯片的內部，輸入電流幾乎全部流到輸出端，流到公共端的電流非常小，因此可以用少量的外部元件方便的組成精密可調的穩(wěn)

6、壓電路，應用更為靈活。典型可調輸出集成穩(wěn)壓器芯片,正電源系列有LM117/217/317，負電源系列有LM137/237/337。本設計中根據(jù)任務需要選擇五種集成穩(wěn)壓器芯片：LM7812、LM7912、LM317。</p><p><b>　　一、課程設計目的</b></p><p>　　電子技術課程設計作為電子技術課程的重要組成部分，目的是使學生進一步理解課程內容，

7、基本掌握電子電路系統(tǒng)設計和調試的方法，增加集成電路應用知識，培養(yǎng)學生實際動手能力以及分析、解決問題的能力。</p><p>　　按照本學科教學培養(yǎng)計劃要求，在學完專業(yè)基礎課數(shù)字電子技術和模擬電子技術課程后，分別進行相應的課程設計，其目的是使學生更好地鞏固和加深對基礎知識的理解，學會設計中小型電子電路系統(tǒng)的方法，獨立完成調試過程，增強學生理論聯(lián)系實際的能力，提高學生電路分析和設計能力。通過實踐教學引導學生在理論指導

8、下有所創(chuàng)新，為專業(yè)課的學習和日后工程實踐奠定基礎。</p><p>　　二、課程設計內容與要求</p><p><b>　　1．教學基本要求</b></p><p>　　要求學生獨立查閱有關資料，完成選題設計，掌握數(shù)字或模擬電子系統(tǒng)設計方法；完成系統(tǒng)的組裝配及調試工作；在課程設計中要注重培養(yǎng)工程質量意識，并寫出課程設計報告。</p>

9、<p><b>　　2．能力培養(yǎng)要求</b></p><p>　?。?）通過查閱手冊和有關文獻資料培養(yǎng)學生獨立分析和解決實際問題的能力。</p><p>　　（2）通過實際電路方案的分析比較、設計計算、元件選取、安裝調試等環(huán)節(jié)，掌握簡單實用電路的分析方法和工程設計方法。</p><p>　　（3）掌握常用儀器設備的使用方法，學會簡

10、單的實驗調試，提高動手能力。</p><p>　?。?）綜合應用課程中學到的理論知識去獨立完成一個設計任務。</p><p>　　（5）培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。</p><p><b>　　三、課程設計名稱</b></p><p><b>　　設計題目：</b></p>

11、<p>　　多路輸出直流穩(wěn)壓電源的設計與制作</p><p><b>　　1．設計任務</b></p><p>　　要求設計制作一個多路輸出直流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　2．技術指標及要求：</p><p>　　可將220V/50HZ交流電轉換為多路直流穩(wěn)壓輸出： </p><p&g

12、t;　　+12V/1A，-12V/1A，及一組可調正電壓。調節(jié)范圍3～12ｖ。</p><p><b>　　四、課程設計思路</b></p><p><b>　　設計思路</b></p><p>　　本設計主要分為變壓電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路、電源指示五個部分。</p><p>　　變壓電

13、路： 電源變壓器T的作用是將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=n，式中n是變壓器的效率。</p><p>　　整流電路：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波紋成分，輸出波紋較小的直流電壓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>　　濾波電路：各濾波電路C滿足RL-C

14、=(3~5)T/2，式中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>　　穩(wěn)壓電路：常用的穩(wěn)壓電路有兩種形式：一是穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，二是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。二者的工作原理有所不同。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路其工作原理是利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會引起其電流有較大變化這一特點，通過調節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。它一般適用于負載電流變化較小的場合。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是利用電壓串

15、聯(lián)負反饋的原理來調節(jié)輸出電壓的。集成穩(wěn)壓電源事實上是串聯(lián)穩(wěn)壓電源的集成化。實驗中為簡化電路，我們選擇集成穩(wěn)壓器（三端穩(wěn)壓器）作為電路的穩(wěn)壓部分。集成穩(wěn)壓器的W7800系列輸出正電壓5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V，輸出電流為1.5A（W7800）、0.5A （W78M00）、0.1A（W78L00）；W7900系列輸出負電壓-5V、-6V、-9V、-12V、-15V、-18V、-24V，輸出電流為1.5A（W7900）、

16、0.5A （W79M00）、0.1A（W79L00）。</p><p>　　五、單元模塊設計原理</p><p><b>　　電源變壓器</b></p><p>　　電源變壓器是將輸入的220V交流電壓U1轉變?yōu)檎麟娐匪枰慕涣麟妷篣2。因為要最終通過78、79系列和LM317系列輸出正向最大18V負向最大12V的電壓，所以選擇帶有中間抽頭

17、的雙12V變壓器。考慮到今后的功率需要，這次我選擇了20W的變壓器。這樣兩個12V的輸出分別給78、79系列使用，中間抽頭作為固定電壓輸出部分的地線；而將一個12V的輸出端加給LM317，即最大輸出12V。</p><p><b>　　整流電路</b></p><p>　　整流電路有半波整流電路與單相橋式整流電路。</p><p>　　半波整流

18、電路的特點是輸出電壓波形為輸入正弦波電源波形的正半周期，所以輸出電壓脈動很大，直流分量較小，整流效率較低。</p><p>　　另一種是單向橋式全波整流電路。如右圖，四肢整流二極管D1~D4形成電橋。</p><p>　　在V2正半周。電流從變壓器副邊線圈上端流出，只經(jīng)過D1流向RL,在由D3流回變壓器，所以D1、D3正向導通，D2、D4反偏截止。在負載上產生一個極性為上正下負的輸出電壓。

19、電流通路用實線箭頭表示。</p><p>　　同理在V2負半周時，D2、D4正向導通，D1、D3反偏截止。在負載上產生上正下負的輸出電壓。電流通路如圖的虛線箭頭表示。</p><p>　　綜上可知輸入端經(jīng)變壓器后在副邊得到了一個單向的脈動電壓。</p><p><b>　　濾波電路</b></p><p>　　經(jīng)過整流的

20、脈沖電壓紋波很大要經(jīng)過濾波電路的濾波作用，一般有電抗元件組成，如在電阻兩端并聯(lián)電容器C，或在整流電路輸入端與負載間串聯(lián)電感器L，以及有電容、電感組</p><p>　　合而成的各種復式濾波電路。在這里選擇用電容濾波，適合小電流負載。</p><p><b>　　穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　由于輸出地直流電壓會隨著穩(wěn)壓電路的波動、負載

21、和溫度發(fā)生變化而變化，所以，為了維持輸出直流電壓穩(wěn)定不變，還要加上穩(wěn)壓電路。由于電源要求的輸出功率較小，為了簡化電路并提高電路的穩(wěn)定性，因此選擇集成穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器在使用中普遍使用的是三端穩(wěn)壓器?？梢苑譃楣潭ㄊ胶涂烧{式，按正負的輸出電壓還可分為CW317、CW337、LM317、LM337。其中317系列穩(wěn)壓器可以連續(xù)輸出可調正電壓，337系列則是可調負電壓。它們的可調范圍為1.2~37V，最大輸出電流為1.5A。</p>

22、<p>　　三端集成穩(wěn)壓器還有78、79系列分別對應正電壓輸出和負電壓輸出.79系列和78系列的外形相似但是連接不同，79的1端接地，2端接負的輸入。3端接輸出。</p><p><b>　　六、元器件的參數(shù)</b></p><p>　　輸出電壓固定的集成穩(wěn)壓器的選擇</p><p>　　輸出電壓固定的集成穩(wěn)壓器有正電源LM780

23、0系列穩(wěn)壓器和負電源LM7900系列穩(wěn)壓器。按LM7800系列輸出電壓可分為7805(+5V)、7806(+6V)、7809(+9V)、7812(+12V)、7815(+15V)、7818(+18V)、7824(+24V);按輸出電流可分為78Lxx表示輸出電流100mA、78Mxx表示輸出電流500mA、78xx表示輸出電流1.5A。負向集成穩(wěn)壓器與正向類似。</p><p>　　由于此次要輸出得電壓為

24、7;12V、 3到12V，電流要求均為1A，固選擇的芯片為LM7812、LM7912,和LM317. 輸出電壓平均值：</p><p><b>　　輸出電流平均值：</b></p><p><b>　　平均整流電流：</b></p><p><b>　　最大反向電壓：</b></p>&

25、lt;p>　　整流二極管的選擇（考慮電網(wǎng)%波動）：</p><p><b>　　七、硬件測試</b></p><p>　　相對來說，本次設計的電路并不是太復雜，但是有許多的線路走的比較接近。這對于元件插接技術就有一定的要求，稍有不慎就會造成相鄰兩根線短路而造成電路的插接錯誤，嚴重的還會導致元器件的損壞。還有一個需要注意的就是元件管腳的接入是否準確，例如發(fā)光二極管

26、，在正向時，正極接輸出端、負極接地；但是在負向時，正好相反。電解電容的接法與之類似，而且電解電容一定要接入準確，如果方向錯誤，不僅將損壞器件，電容還可能飛起、爆裂，危害人身安全。集成穩(wěn)壓器芯片的管腳還有整流橋的同樣在插接前要核對仔細，否則可能會損壞集成電路；而且它們的管腳相對較多，如果插接錯誤，不易改正。</p><p>　　如果布局恰當，不僅美觀大方，而且給插接節(jié)省了許多不必要的麻煩；還有一個就是元件的引線粗細

27、不再是恰好適合板上的留孔，對于像較大的二極管，還有散熱器的安裝，就需要自己將空鉆開。開始沒有經(jīng)驗，鉆的比較慢，而且效果不佳，再與同學一起多次嘗試，找到了開孔的合適工具，大大提高了工作的效率。</p><p><b>　　八、實測結果和分析</b></p><p><b>　　總體電路</b></p><p><b&g

28、t;　　實測結果（截圖）：</b></p><p>　　1、LM7812C輸出的正向電壓值，理論值為12V，實測值為12.268V，誤差在可允許范圍內。</p><p>　　2、LM7912C輸出的正向電壓值，理論值為-12V，但在實驗過程中芯片的限制， 實測值為-12.601，誤差較大。</p><p>　　3、可調電壓的最小值，理論值為3V，實測值為

29、3.556V，原因為受可調電壓芯片的影響</p><p>　　4、可調電壓的最大值，理論值為12V，實測值為11.341V，原因為受可調電壓芯片的影響。</p><p><b>　　九、實驗體會</b></p><p>　　大一的時候常聽學哥學姐們說模電焊板子有多么辛苦，當時我總覺得他們有些夸大其詞，然而當我真正開始焊第一塊板子的時候，問題就接

30、踵而至。</p><p>　　我們這次的第一個任務就是直流穩(wěn)壓電源設計。剛開始電路設計出來的時候，覺得應該比較好焊，電路看起來不是特別復雜。但實際去操作下來才發(fā)現(xiàn)問題真的不少。首先是對元件的不熟悉，電解電容的管腳識別，一般電容的容值的讀取都花費了一定的時間，以前學的一些基本知識都記得不是很清楚了。這最終導致我們在測試電容的時候出現(xiàn)了電容爆炸的問題，兩個220uF的電容接反，而且電容突然爆炸造成了短路給變壓器也造成

31、了影響，導致在后來的測試中一直有問題而我們始終在找電路的問題，而沒有去檢查檢查變壓器的輸出浪費了很多的時間。其次是焊接技術的不合格，雖然大一的時候我們有聯(lián)系過但長時間的不接觸自己的技術有很多的問題，有許多虛焊點。而且電路在平常的磕碰中經(jīng)常會出現(xiàn)焊點脫落的問題，雖然每次都小心翼翼但板子的背后已經(jīng)被改的面目全非了。最后沒辦法只能重新去焊一塊，到那個時候才發(fā)現(xiàn)變壓器有問題。再后來板子焊好做測試的時候也出現(xiàn)不少的問題，有時候是自己不注意沒接地線

32、使輸出地圖像出現(xiàn)雜波，有時候是元件出現(xiàn)問題自己又沒發(fā)現(xiàn)，有的時候做的都快沒信心了，但沒有辦法還得和大家一起找出問題。光芯片7812和7912就換了好幾個。而且在最初布線的的時</p><p><b>　　九、元件清單</b></p><p><b>　　三端穩(wěn)壓器：3個</b></p><p><b>　　散熱片

33、：3個</b></p><p><b>　　電解電容：5個</b></p><p><b>　　變阻器：1個</b></p><p><b>　　二極管：5個</b></p><p><b>　　接線柱：3個</b></p>&l