課程設(shè)計(jì)--直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　模擬電路課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p><b>　　一．設(shè)計(jì)題目</b></p><p><b>　　直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　二．技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求</p><

2、p><b>　　1. 技術(shù)參數(shù)</b></p><p>　?。?）設(shè)計(jì)一個可以輸出±12伏、±5伏和可以連續(xù)調(diào)節(jié)的直流電壓源;</p><p>　?。?）輸出電流額定值為150mA最大為500mA;</p><p>　　（3）額定電流輸出時，△V0/ V0≤10%。</p><p><b&

3、gt;　　2. 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　根據(jù)技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)電原理圖;</p><p>　　計(jì)算并選擇電路元件及參數(shù)(含電源變壓器)；</p><p><b>　　仿真調(diào)試電路；</b></p><p>　?。?） 撰寫設(shè)計(jì)說明書。</p><p><b>　　三．

4、設(shè)計(jì)工作量</b></p><p>　　設(shè)計(jì)時間一周，2011年下學(xué)期進(jìn)行。</p><p><b>　　四．工作計(jì)劃</b></p><p>　　星期一：布置設(shè)計(jì)任務(wù)，查閱資料；</p><p>　　星期二~星期三：設(shè)計(jì)方案論證，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，計(jì)算并選擇電路元件及參數(shù)；</p><p&g

5、t;　　星期四：仿真調(diào)試電路</p><p>　　星期五：撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告書，進(jìn)行個別答辯。</p><p><b>　　五．參考資料</b></p><p>　　彭介華，《電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》，北京：高等教育出版社，1997；</p><p>　　高吉祥，《電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》，北京：電子工業(yè)出版社，2005；&

6、lt;/p><p>　　童詩白，《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》，北京：高等教育出版社，1988；</p><p>　　康華光，《電子技術(shù)基礎(chǔ)——模擬部分》，北京：高等教育出版社，2006</p><p><b>　　本課程教材</b></p><p><b>　　六．指導(dǎo)教師</b></p><

7、;p>　　馬凌云 劉亮 龍英</p><p><b>　　七．系部審批</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章、直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)5</p><p>　　（1）、什么是直流穩(wěn)壓電源5</p><p>　　(2)、直流穩(wěn)壓源的

8、組成5</p><p>　?。?）、直流穩(wěn)壓電源各單元電路的原理方案6</p><p><b>　　a、電源變壓器6</b></p><p><b>　　b、整流電路6</b></p><p><b>　　C、濾波電路7</b></p><p>

9、;<b>　　d、穩(wěn)壓電路7</b></p><p>　　（4）、設(shè)計(jì)原理圖及具體功能8</p><p>　　第二章 運(yùn)用Multisim對電路進(jìn)行仿真9</p><p>　?。?）、什么是Multisim9</p><p>　　(2)、運(yùn)用multisim對電路進(jìn)行仿9</p><p>

10、;　?。?）、仿真結(jié)果說明9</p><p>　　第三章用protel軟件畫出原理圖10</p><p>　?。?）什么是protel10</p><p>　?。?）、運(yùn)用protel畫出原理圖10</p><p>　　第四章 用PCB生成電路11</p><p>　?。?）、什么是PCB11</p&

11、gt;<p>　　(2)、建立PCB文件11</p><p>　　(3)運(yùn)用PCB生成原理圖12</p><p>　　第五章 誤差分析、數(shù)據(jù)記錄及其心得12</p><p><b>　　1、誤差分析12</b></p><p><b>　　2、數(shù)據(jù)記錄12</b></p

12、><p><b>　　3、心得12</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)13</b></p><p>　　第一章、直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）、什么是直流穩(wěn)壓電源</p><p>　　電子設(shè)備中需要的直流電源可以用干電池（例如大多數(shù)半導(dǎo)體收音機(jī)）或

13、其它直流能源（例如太陽能電池等）。但是相對來說，這些電源每“瓦時”所需的費(fèi)用較高。在有交流電網(wǎng)的地方，一般采用將交流電變?yōu)橹绷麟姷闹绷鞣€(wěn)壓電源。</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源是先把交流電變?yōu)槊}動的直流電，再通過濾波電路和穩(wěn)壓電路，是輸出直流電壓穩(wěn)定。</p><p>　　(2)、直流穩(wěn)壓源的組成</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源要將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸

14、出的直流電壓，它需要經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成，基本框圖如圖2-1所示：</p><p>　　四個環(huán)節(jié)的工作原理如下：</p><p>　　(1)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>　　(2)整流電路：整流電路將交流電壓變換成脈動的直流電壓。

15、</p><p>　　常用的整流電路有全波整流、橋式整流等。橋式整流電路是由四個二級管構(gòu)成的一個整流電路，電壓提供可以是一組交流電源輸出為全波的脈動直流電。其優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時因電源變壓器在正負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導(dǎo)體整流電路中得到了頗為廣泛的應(yīng)用。全波整流電路中一種是橋式整流，另一種是雙半波整流。要求提供

16、的電壓的變壓器為兩個相同線圈串連在一起，三個線頭兩端各接一個整流管，構(gòu)成兩個半波整流電路兩個二級管的末端接在一起，同中間的串連接頭，分別為電路的正負(fù)極。</p><p>　　(3)濾波電路：整流電路是將交流電變成直流電的一種電路，但其輸出的直流電的脈動成分較大，而一般電子設(shè)備所需直流電源的脈動系數(shù)要求小于0.01。故整流輸出的電壓必須采取一定的措施．盡量降低輸出電壓中的脈動成分，同時要盡量保存輸出電壓中的直流成分

17、，使輸出電壓接近于較理想的直流電，這樣的電路就是直流電源中的濾波電路。 </p><p>　　盡管經(jīng)過整流濾波后電壓接近于直流電壓，但是其電壓值的穩(wěn)定性很差，它受溫度、負(fù)載、電網(wǎng)電壓波動等因素的影響很大，因此，還必須有穩(wěn)壓電路，以維持輸出直流電壓的基本穩(wěn)定。</p><p>　　(4)穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓維持穩(wěn)定，基本不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。</p&

18、gt;<p>　　（3）、直流穩(wěn)壓電源各單元電路的原理方案</p><p><b>　　a、電源變壓器</b></p><p>　　電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V50HZ的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。選擇電源變壓器</p><p>　?。?）確定副邊電壓U2:</p>

19、<p>　　根據(jù)性能指標(biāo)要求：Uomin=3V Uomax=18V</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>　　∴21V≤Ui≤43V</p><p&g

20、t;　　此范圍中可任選 ：Ui=25V=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>　?。?）確定變壓器副邊電流I2</p><p><b>　　∵ Io1=Io</b></p><p>　　又副邊電流I2=(1.

21、5～2)IO1 取IO=IOmax=1A</p><p>　　則I2=1.5＊1A=1.5A</p><p>　?。?）選擇變壓器的功率</p><p>　　變壓器的輸出功率：Po>I2U2=37.5W</p><p><b>　　b、整流電路</b></p><p>　　整流電路常采用二

22、極管單相全波整流電路，電路如圖2所示。在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2的負(fù)半周內(nèi)，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2截止。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過的負(fù)載電阻RL，且方向是一致的。</p><p>　　輸出直流電壓V1與交流電壓有效值V2關(guān)系為V1=1.1V2</p><p>　　通過 每只二級管的平均電流0.45V2/R</p><p>　　在橋

23、式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半 。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為 U2是變壓器副邊電壓有效值。</p><p><b>　　C、濾波電路</b></p><p>　　濾波電路選用一個700μF 的大容量電解電容C1 和一個0.33μF 的小容量滌綸CL11 型電容C2 并聯(lián)濾波，如圖3 所

24、示。理論上，在同一頻率下容量大的電容其容抗小，這樣一大一小電容相并聯(lián)后其容量小的電容C2 不起作用。但是，由于大容量的電容器存在感抗特性，等效為一個電容與一個電感串聯(lián)。在高頻情況下的阻抗反而大于低頻時的阻抗，小電容的容量小，在制造時可以克服電感特性，幾乎不存在電感。在大電容C1 上并聯(lián)一個小電容C2 可以補(bǔ)償其在高頻下的不足。當(dāng)電路的工作頻率比較低時，小電容不工作（容抗大相當(dāng)于開路）。大電容的容量越大濾波效果越好。當(dāng)電路的工作頻率比較高

25、時（輸入信號的高頻干擾成分），大電容由于感抗大而處于開路狀態(tài)。這時高頻干擾成分通過小電容流到地線，濾除各種高頻干擾成分。電路的輸出波形如圖所示</p><p><b>　　d、穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　穩(wěn)壓電路選用三端集成直流穩(wěn)壓器，其電路連接方式一般如下圖 所示。</p><p>　　性能上，常用的集成穩(wěn)壓器有三端固定式、三端可調(diào)

26、式和開關(guān)式。以三端固定式為例，其正輸出為7800（后兩位代表輸出的額定穩(wěn)壓值，00 是統(tǒng)稱）系列，負(fù)輸出為7900 系列，常見的有05、06、08、09、12、15、18、24 八種。一般要求最小的輸入、輸出電壓差（UI-U0）為2 V ~3 V；輸出穩(wěn)壓的容差約為5%；最大輸出電流IOmax有0.1 A （如78L12），0.3 A （如78M12）和1.5 A （如7812）等多種，部分器件的最大輸出電流可達(dá)2.2 A；其最大輸入電

27、壓UImax 一般是7818 檔以下為35 V，7824 檔為40 V；電壓調(diào)整率SU 一般為0.01%/V；輸出電阻R0小于0.1Ω；紋波抑制比SVP 一般為50dB；溫度系數(shù)ST 一般為每度1mV ~2.4 mV。圖4 中，引腳1 為電壓變換的輸入端，引腳2 為電壓變換后的輸出端，引腳3為接地端。電容Ci 作用是改善紋波和抑制輸入的過電壓，一般取值為0.33 μF。C0 作用是改善負(fù)載的順態(tài)響應(yīng)，一般可選取0.1μ F 的電容，當(dāng)采

28、用大容量的電解電容時效果更好。穩(wěn)壓電源的輸入輸出端要跨接一個二極管，以防止</p><p>　　（4）、設(shè)計(jì)原理圖及具體功能</p><p>　　本設(shè)計(jì)是把幾個供電模塊集成到一個供電電源上，能夠同時提供固定輸出+12 V、-12V（最大輸出電流1 A） 和固定輸出、+5V、+5V（最大輸出電流1 A）的直流電輸出。</p><p>　?。?）輸出+/-12 V：核心

29、器件選用穩(wěn)壓器7812 和7912，組合應(yīng)用這兩個穩(wěn)壓器件與一個硅整流橋相接，按下圖連好電路就能輸出+/-12 V 的電壓。組合用7812 和7912時，公共輸出接地端用的是變壓器輸出端口的+12 V 并分別接入7812 的接地引腳（GND）和7912的電壓輸入引腳（Vin）；硅整流橋的正、負(fù)輸出端口則分別接入7812的電壓輸入端（Vin）和7912 的接地端；濾波電容用了兩個1000 uF 首尾相接，連接處接公共輸出接</p&g

30、t;<p>　?。?）輸出+/-5V：核心器件選用7805 三端集成穩(wěn)壓器，其輸出電壓為+5 V，額定電流1A。當(dāng)變壓器變壓后輸出8.4V 交流電，經(jīng)KBPC810 硅整流橋，整流后輸出約6 V電壓，濾波后由7805 三端集成穩(wěn)壓電源處理，輸出+5V電壓，電流最大輸出為1 A.7905穩(wěn)壓器則輸出為-5V。</p><p>　?。?）輸出正負(fù)可調(diào)1.2V-37V,(-1.25V)-(-37V): 核

31、心器件選用LM117 三端集成穩(wěn)壓器和LM137三端集成穩(wěn)壓器。</p><p>　　第二章 運(yùn)用Multisim對電路進(jìn)行仿真</p><p>　?。?）、什么是Multisim</p><p>　　Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描

32、述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。</p><p>　　(2)、運(yùn)用multisim對電路進(jìn)行仿</p><p>　?。?）、仿真結(jié)果說明</p><p>　　220V、50Hz交流電經(jīng)過變壓器TR1，輸出20V的波動電壓，經(jīng)過整流橋后，呈現(xiàn)的是圖三全波整流波形，接著，經(jīng)過1uF的濾波電容后，變?yōu)楹休^小諧波的直流電壓，波形如圖四所示</p>&

33、lt;p>　　趨向于直線，接近直流，最后，電壓通過7812穩(wěn)壓器，諧波被去除，成為較為穩(wěn)定的直流電，如圖五所示，達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。而-12V電壓由于采用7912穩(wěn)壓器， 輸出類似于+12V，輸出波形一致。</p><p>　　第三章用protel軟件畫出原理圖</p><p>　?。?）什么是protel</p><p>　　Protel 99采用全新的管理方式

34、，即數(shù)據(jù)庫的管理方式。Protel 99 是在桌面環(huán)境下第一個以獨(dú)特的設(shè)計(jì)管理和團(tuán)隊(duì)合作技術(shù)為核心的全方位的印制板設(shè)計(jì)系統(tǒng)。所有Protel 99設(shè)計(jì)文件都被存儲在唯一的綜合設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫中，并顯示在唯一的綜合設(shè)計(jì)編輯窗口。Protel 99軟件沿襲了Protel以前版本方便易學(xué)的特點(diǎn)，內(nèi)部界面與Protel 98大體相同，新增加了一些功能模塊。Protel公司引進(jìn)了德國INCASES公司的先進(jìn)技術(shù)，在Protel99中集成了信號完整性工具

35、，精確的模型和板分析，幫助你在設(shè)計(jì)周期里利用信號完整性分析可獲得一次性成功和消除盲目性。Protel99容易使用的特性就是新的“這是什么”幫助。按下任何對話框右上角的小問號，然后選擇你所要的信息?，F(xiàn)在可以很快地看到特性的功能，然后用到設(shè)計(jì)中，按下狀態(tài)欄末端的按鈕，使用自然語言幫助顧問。</p><p>　?。?）、運(yùn)用protel畫出原理圖</p><p>　　就好像你到一個圖書館里找一些

36、書，你必須知道書的名字，然后按分類到相應(yīng)的目錄中檢索類似。所以你要找元件，必須熟悉元件元件名稱，搜索工具使用方法等。</p><p>　　元件庫有個可用元件庫，常用的元件和插接件在安裝軟件時就安裝到了可用元件庫中，一些不常用的元件是按照生產(chǎn)廠商歸類的，主要使用搜索工具，輸入元件名去搜索，元件名不要輸入得太精確，因?yàn)椴煌瑥S商命名元件規(guī)則不同。比如LM7812，你輸入78*12才好搜得到</p><

37、;p>　　第四章 用PCB生成電路</p><p>　?。?）、什么是PCB</p><p>　　當(dāng)我們設(shè)計(jì)了原理圖，生成了網(wǎng)表，下一步就要進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)。</p><p>　　(2)、建立PCB文件</p><p>　　要進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)，必須有原理圖，根據(jù)原理圖才能畫出PCB圖。按照上述板框?qū)Ш缴梢粡垺癐BM XT bus form

38、at”形式的印制板邊框。選擇PCB設(shè)計(jì)窗口下的“Design”中的“Add/Remove Library”，在對話框上選擇“4 Port Serial Interface.ddb”,在“\Design Explorer 99\Examples”文件夾中選取，點(diǎn)取“Add”,然后“OK”關(guān)閉對話框。在左側(cè)的導(dǎo)航樹上，打開“4 Port Serial Interface.prj”原理圖文件，選擇“Design”下的“Update PCB”,

39、點(diǎn)取“Apply”,“Update Design”對話框被打開，點(diǎn)取“Execute”選項(xiàng)。對話框“Confirm Component Associations”對話框?qū)⒈淮蜷_，網(wǎng)絡(luò)連接表列出，選擇應(yīng)用“Apply”更新PCB文件，由于Protel99采用同步設(shè)計(jì)，因此，不用生成網(wǎng)表也可以直接到PCB設(shè)計(jì)。這時，一個的帶有網(wǎng)絡(luò)表的PCB文件將生成。</p><p>　　(3)運(yùn)用PCB生成原理圖</p>

40、;<p>　　第五章 誤差分析、數(shù)據(jù)記錄及其心得</p><p><b>　　1、誤差分析</b></p><p>　?。?）仿真都是比較理想狀態(tài)下進(jìn)行的，所以在實(shí)物成型時由于電阻、電容等器件本身的誤差會導(dǎo)致一定的誤差。</p><p>　?。?）濾波電容選擇的不同也可能導(dǎo)致誤差。</p><p>　?。?

41、）在測量整流之后的波形時，應(yīng)當(dāng)注意電路的連接，不然得不到要求的波形。</p><p>　　（4）濾波電容選擇時，不可太大也不可太小，不然會造成濾波效果不好。</p><p>　?。?）實(shí)驗(yàn)時連線注意連好，不然可能造成不必要的錯誤。</p><p><b>　　2、數(shù)據(jù)記錄</b></p><p>　　經(jīng)過仿真之后顯示的波

42、形基本滿足實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求，輸出在電流表、電壓表的測量下，在誤差允許的情況下滿足設(shè)計(jì)要求分別輸出：±12V/1A，±5V/1A，一組可調(diào)正電壓+(-1.2V)~+(-37)V/1A。</p><p><b>　　3、心得</b></p><p>　　這次我所選的這個課題本以為做過就很簡單，其實(shí)不然，電路的復(fù)雜程度讓我頭疼，不過只要認(rèn)真仔細(xì)的去弄了，還

43、是能搞出來的。</p><p>　　線性直流穩(wěn)壓電源在日常生活中的應(yīng)用是非常廣泛的，其性能的穩(wěn)定性是保證設(shè)備正常運(yùn)行的重要前提，所以如何設(shè)計(jì)高性能、高指標(biāo)的穩(wěn)壓電源具有重要意義。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源采用的是集成穩(wěn)壓器，這樣設(shè)計(jì)可以使得輸出的電壓更加的穩(wěn)定，也使電路更加的簡單。這樣可以對穩(wěn)壓電源各個部分的設(shè)計(jì)原理會更加清楚，而且對所學(xué)知識的鞏固和提高有很大幫助。本次設(shè)

44、計(jì)通過穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)，使我對硬件電路的制作過程有了充分地了解，感覺最難的是電路的參數(shù)設(shè)計(jì)這一塊，這部分涉及的內(nèi)容較多，要真正弄懂它的原理其實(shí)真的不是一件易事。這次的課程設(shè)計(jì)使我們在課堂上學(xué)到的知識應(yīng)用實(shí)踐上來，更深刻的理解了學(xué)到的知識。但是從中我們更學(xué)到了很多課堂上學(xué)不到的東西，例如鍛煉了我們的實(shí)際操作能力和克服困難的信心，這次的課程設(shè)計(jì)讓我們受益匪淺。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)<

45、/b></p><p>　　[1]吳友宇，伍時和，凌玲. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京：清華出版社，2009.</p><p>　　[2]康華光,陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第四版)[M].北京：高等教育出版社, 2004.</p><p>　　[3]張麗華，劉勤勤.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)仿真實(shí)驗(yàn)[M].西安：電子科技大學(xué)出版社，2008.</p>

46、<p>　　[4] 劉嵐，葉慶云.電路分析基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2009.</p><p>　　[5]華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[6]彭介華，《電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》，北京：高等教育出版社，1997；</p><p>　　[7]高吉祥，《電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》，北京：電子工業(yè)出