模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告---直流穩(wěn)壓電源

1、<p>　　模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　設(shè)計(jì)課題： 直流穩(wěn)壓電源 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p

2、><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間 </p><p><b>　　直流穩(wěn)壓電源</b></p><p>　　摘要 交流電網(wǎng)220V的電壓通過電源變壓器將變?yōu)樵O(shè)計(jì)所需要的電壓值，然后通過整流電路將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾波，從而得到平滑的直流電壓，此外還須接穩(wěn)壓電路

3、，保證輸出的直流電壓穩(wěn)定。</p><p>　　關(guān)鍵詞 穩(wěn)壓電路；整流電路；濾波電路</p><p>　　Abstract Exchange network 220 V power transformer voltage will be made by the needs of design voltage value, and then through the rectifier ci

4、rcuit will become the fluctuation of voltage dc voltage. Because of the fluctuation of the dc voltage also contain large ripple, must through the filter circuit to filter, and get a smooth dc voltage, moreover must meet

5、voltage circuit, ensure the dc voltage output stability</p><p>　　Key words Voltage circuit; Rectifier circuit; Filter circuit</p><p>　　1 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求</p><p>　　1.1輸入220V交流，通過電路輸出1.25

6、V~10V左右的直流電。</p><p>　　1.2通過改變滑線變阻器的阻值來改變輸出的直流電源幅值。</p><p>　　1.3穩(wěn)壓系數(shù)Sr<0.05。</p><p>　　1.1輸出電壓Vo及最大輸出電流Iomax：</p><p>　　I擋VO =±12V對(duì)稱輸出，Iomax=100mA；</p><

7、p>　　Ⅱ擋VO =±5V，Iomax=300mA；</p><p>　　Ⅲ擋 VO=9±V，Iomax=200 mA）；</p><p>　　紋波電壓：△Vop-p ≤5mA;</p><p>　　穩(wěn)壓系數(shù)：SV ≤ 5%；</p><p>　　2 硬件原理及單元電路分析</p><p&g

8、t;　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)電源有降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓4個(gè)部分組成。</p><p>　　圖2-1 直流穩(wěn)壓電源</p><p>　　第一部分：降壓，輸入220V，經(jīng)過變壓器輸出22V。</p><p>　　第二部分：整流，通過二極管橋式電路使交流整流成全波。</p><p>　　第三部分：濾波，通過大小電容高通濾波、低通濾波。</p&

9、gt;<p>　　第四部分：穩(wěn)壓，穩(wěn)壓管317穩(wěn)壓，再經(jīng)過電容輸出。</p><p>　　3單元電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　3.1電源變壓器</b></p><p>　　電源變壓器將來自電網(wǎng)的220V交流電壓U1變換為整流電路所需要的交流電壓U2。如果不考慮變壓器的損耗，可以認(rèn)為一個(gè)理想的變壓器次級(jí)負(fù)載消耗的功

10、率也就是初級(jí)從電源取得的電功率。變壓器能根據(jù)需要通過改變次級(jí)線圈的圈數(shù)而改變次級(jí)電壓，由于變壓器存在著鐵損與銅損，所以它的輸出功率永遠(yuǎn)小于輸入功率。電源變壓器的效率為：</p><p>　　其中：是變壓器副邊的功率，是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率如表1所示：</p><p>　　表1 小型變壓器的效率</p><p>　　因此，當(dāng)算出了副邊功率后，就可以

11、根據(jù)上表算出原邊功率。</p><p>　　實(shí)際電路中我們選擇一個(gè)中間帶抽頭的多路輸出穩(wěn)壓器，其輸出電壓分別是（交流）12V、5V、20V。分別對(duì)應(yīng)78系列，79系列和317穩(wěn)壓器。</p><p><b>　　3.2 整流電路</b></p><p>　　1.單相橋式整流電路如圖（3—2）所示，四只整流二極管D1～D4接成電橋的形式，故有橋式

12、整流電路之稱。單相橋式整流電路的工作原理為簡(jiǎn)單起見，二極管</p><p>　　用理想模型來處理，即正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。</p><p>　　圖3 —2 整流電路圖</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流回變壓器，所以D1、D3正向?qū)ǎ珼2、D4反偏截止。在負(fù)載上產(chǎn)生一個(gè)極性

13、為上正下負(fù)的輸出電壓。其電流通路可用圖中實(shí)線箭頭表示。</p><p>　　在v2的負(fù)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(shí)產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負(fù)，與正半周時(shí)相同。其電流通路如圖中虛線箭頭所示。</p><p>　　綜上所述，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的

14、單向?qū)щ娦?，將四個(gè)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(fù)載電阻的上端相連，負(fù)極性端與負(fù)載電阻的下端相連，使負(fù)載上始終可以得到一個(gè)單方向的脈動(dòng)電壓。</p><p>　　單相橋式整流電路常畫成圖3—3所示的簡(jiǎn)化形式。</p><p>　　圖3—3 單相橋式整流電路簡(jiǎn)化圖</p><p>　　結(jié)合上述分析，可得橋式整流電路的工

15、作波形如圖5。</p><p>　　圖3—4 橋式整流電路的工作波形</p><p>　　由圖可見，通過負(fù)載橋式整流電路的優(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RL的電流iL以及電壓vL的波形都是單方向的全波脈動(dòng)波形。電壓較低，同時(shí)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。電路的缺點(diǎn)

16、是二極管用得較多，但目前市場(chǎng)上已有整流橋堆出售，如QL51A～G、QL62A～L等，其中QL62A～L的額定電流為2A，最大反向電壓為25～1000V。</p><p><b>　　3.3 濾波電路</b></p><p>　　經(jīng)過整流后得到的脈沖直流紋波還是很大的，所以要經(jīng)過濾波電路的濾波，濾波電路通常有電容濾波，電感濾波，II型濾波等。</p>&

17、lt;p>　　電容濾波 適應(yīng)小電流負(fù)載 VL＝1.2V2 </p><p>　　電感濾波 適應(yīng)大電流負(fù)載 VL＝0.9V2 </p><p>　　LC濾波 適應(yīng)性較強(qiáng) VL＝0.9V2 </p><p>　　RC

18、或LC ∏ 型濾波 適應(yīng)小電流負(fù)載 VL＝1.2V2 </p><p>　　圖3-5 RC濾波電路</p><p>　　由于電感的體積和制作成本等原因，我們多采用電容濾波，其作用是把脈動(dòng)直流電壓U3中的大部分紋波加以慮除，一得到較平緩的直流電壓U1</p><p>　　圖3-6電容濾波電路中二極管的電流和導(dǎo)通角</p><p

19、><b>　　3.4穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　由于穩(wěn)壓電路發(fā)生波動(dòng)、負(fù)載和溫度發(fā)生變化，濾波電路輸出的直流電壓會(huì)隨著變化。因此，為了維持輸出電壓穩(wěn)定不變，還需加一級(jí)穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素（電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度）等發(fā)生變化時(shí)，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(jì)的電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

20、等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　集成穩(wěn)壓器的種類很多，在小功率穩(wěn)壓電源中，普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。按照輸出電壓類型可分為固定式和可調(diào)式，此外又可以分為正電壓輸出和負(fù)電壓輸出兩種類型。按照設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)要用到可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。其常見產(chǎn)品有CW317、CW337、LM317、LM337。其中317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，337系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的負(fù)電壓，可調(diào)范圍為1.2～37V，最大輸出電流為1.5A。此外

21、三端集成穩(wěn)器還有78系列和79系列。如下圖是78系列的外形和接線圖。78系列又分三個(gè)子系列，即78xx,78Mxx,78Lxx.其主要差別在于輸出電流和外形，78 xx輸出電流為1.5A ,78 Mxx輸出電流為0.5A,而78Lxx的輸出電流為0.1A.</p><p>　　79系列和78系列的外形相似但是接續(xù)不一樣，79的1端接地，2端接負(fù)的輸入，3端為輸出。</p><p>　　固定

22、式三端穩(wěn)壓器的引腳圖及典型應(yīng)用電路</p><p>　　CW78XX 1 CW78XX 3 CW79XX</p><p>　　1 2 3 UI C1 2 Co Uo 1 2 3 UI C1 1 Co

23、 Uo</p><p>　　2 CW79XX 3</p><p>　　Ui 地 Uo 地 Ui Uo</p><p>　?。╝） CW78系列的引腳圖及應(yīng)用電路 （b） CW79系列的引腳圖及應(yīng)用電路</p><p>　　（其中：C1 =

24、0.33μF,Co = 0.1μF ，C1、 （其中：C1 = 2.2μF，CO = 1μF）</p><p>　　Co采用漏電流小的鉭電容）</p><p>　　圖3-7 固定式三端穩(wěn)壓器的引腳圖與應(yīng)用電路</p><p>　　說明：穩(wěn)壓器輸入端的電容C1用來進(jìn)一步消除紋波,此外，輸出端的電容Co與C1起到了頻率補(bǔ)償?shù)淖饔?，能防止自激振?/p>

25、，從而使電路穩(wěn)定工作。</p><p>　　可調(diào)式三端穩(wěn)壓器的引腳圖及其典型應(yīng)用電路</p><p>　　在圖B (a)中，R1與Rw組成輸出電壓 3 LM317 2 </p><p>　　調(diào)節(jié)電路，輸出電壓Uo≈1.25 (1 + Rw / R1 )， LM317 1 R1

26、 D5 Uo</p><p>　　R1的值為120 ~ 240Ω，流經(jīng)R1的泄放電 1 2 3 arj Uo Ui UI C1 RW C2 </p><p>　　流為5 ~ 10mA。Rw為精密可調(diào)電位器。電 </p><p>　　容可以進(jìn)一步消除紋波，電容C1與Co

27、 </p><p>　　還能起到相位補(bǔ)償作用，以防止電路產(chǎn)生 </p><p>　　自激振蕩。電容C2與Rw并聯(lián)組成濾波電 其中：C1= 0.01μF，C2 =10μF，CO =1μF，</p><p>　　路。 R1 =200Ω，RW =2kΩ，D5

28、用IN4007</p><p>　　4、參數(shù)計(jì)算及器件選擇</p><p>　　4.1集成穩(wěn)壓器的選擇</p><p><b>　　選擇集成穩(wěn)壓器：</b></p><p>　　集成穩(wěn)壓器選用CW317，其輸出電壓范圍為：，最大輸出電流為1.5A。所確定的穩(wěn)壓電源電路如圖4-1所示。 </

29、p><p>　　集成穩(wěn)壓器的輸出電壓Uo應(yīng)與穩(wěn)壓電源要求的輸出電壓的大小及范圍相同。穩(wěn)壓器的最大允許電流Iom<Iomax，穩(wěn)壓器的輸入電壓范圍為：</p><p>　　Uomax+（Ui-Uo）min≤Ui≤Uomin+（Ui-Uo）max</p><p>　　式中，Uomax——最大輸出電壓；</p><p>　　Uomin——最小輸出

30、電壓；</p><p>　　（Ui-Uo）min ——穩(wěn)壓器的最小輸入電壓差；</p><p>　　（Ui-Uo）max——穩(wěn)壓器的最大輸入電壓差；</p><p>　　在圖4-1所示的電路中，取C1 = 0.01μF，C2 =10μF，C0 = 1μF，R1 = 200Ω，RW = 2kΩ，二極管用IN4007，和組成輸出電壓調(diào)節(jié)電路，輸出電壓 ，取，流過的電流

31、為。取R1 = 200Ω，則由，可求得：，Rwmax=1860Ω，故取為的精密線繞電位器。</p><p><b>　　選擇電源變壓器</b></p><p>　　Uomax+（Ui-Uo）min≤Ui≤Uomin+（Ui-Uo）max</p><p>　　即 9V+3V≤Ui≤3V+40V</

32、p><p>　　取 12V≤Ui≤43V</p><p>　　U2≥Uimin/1.1=12/1.1=10.91V</p><p><b>　　取U2=12V</b></p><p>　　變壓器副邊電流：I2≥Iomax=0.2A</p><p>&l

33、t;b>　　取I2=0.5A</b></p><p>　　則變壓器的副邊輸出功率P2為 P2≥I2U2=6W</p><p>　　由表1知，變壓器的效率η=0.7，則原邊輸入功率P1≥P2 /η=8.57W。 為留有余地，故選用功率為10W的變壓器。所以變壓器選用12V/10W的即可。</p><p>　　4.2整流二極管及濾波電容的選擇&l

34、t;/p><p>　　由于：URM=/¯2U2＝/¯2×12＝16.968V, Iomax=0.2A</p><p>　　IN4001的反向擊穿電壓URM≥50V，額定工作電流ID=1A，故整流二極管選用IN4001。</p><p>　　式中，Uo＝9V,Ui=12V, ?Uop–p≤5Mv, Sv≥3×10¨

35、9;</p><p>　　則ΔUi＝?Uop–p Ui/ Uo Sv＝2.2V</p><p><b>　　則濾波電容C為</b></p><p>　　C=Ict/ΔUi= C=Iomaxt/ΔUi=3636μF</p><p>　　因此我們可以采用4700μF的電容。對(duì)于78、79系列的電路圖,如下圖所示：</

36、p><p>　　4 總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　4.1 總原理圖</b></p><p>　　圖4.1 穩(wěn)壓電源原理圖</p><p><b>　　4. 2 元件清單</b></p><p><b>　　5課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)</b>&

37、lt;/p><p>　　通過這次對(duì)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，讓我們了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于穩(wěn)壓電源的原理及設(shè)計(jì)理念。通過這次學(xué)習(xí)，讓我對(duì)各種電路都有了大概的了解。通過大量的翻閱資料及廣泛的調(diào)查研究，使我們廣開思路，反復(fù)思考，作出了合理的設(shè)計(jì)并在此次設(shè)計(jì)過程中，對(duì)課本相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了復(fù)習(xí)做到了學(xué)以致用，通過團(tuán)體合作，加深了我們同學(xué)間的友誼，共同提高了我們發(fā)現(xiàn)提出分析解決問題的能力，并通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算作了合理的推理

38、論證，在設(shè)計(jì)過程中我們綜合利用所學(xué)理論知識(shí)，不斷的完善提高了我們主動(dòng)學(xué)習(xí)，主動(dòng)發(fā)現(xiàn)，探索分析解決問題的能力，為進(jìn)行良好的獨(dú)立工作習(xí)慣，科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)，以及以后參加科學(xué)研究工作打下了良好的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　6參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）[M].第五版. 高等教育出版社.2009.</p>