2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、<p>  電子 課程設(shè)計說明書</p><p>  設(shè)計題目: 集成直流穩(wěn)壓電源 </p><p>  專 業(yè): 電氣工程及其自動化 </p><p>  年 級: 08級

2、 </p><p>  學(xué) 號: </p><p>  姓 名: </p><p>  指導(dǎo)教師: </p><p> 

3、 2011年 1 月 </p><p><b>  目 錄</b></p><p>  引言………………………………………………………………………………………………1</p><p>  1 設(shè)計任務(wù)與要求………………………………………………………………………</p><p>  1.1 設(shè)計任務(wù)……………

4、……………………………………………………………………</p><p>  1.2 設(shè)計要求…………………………………………………………………………………</p><p>  2 設(shè)計原理及總體設(shè)計方案………………………………………………………… </p><p>  2.1 設(shè)計原理………………………………………………………………………………… </p

5、><p>  2.2 總體設(shè)計方案……………………………………………………………………………</p><p>  3 單元電路設(shè)計與參數(shù)計算………………………………………………………… </p><p>  3.1 選擇集成三端穩(wěn)壓器…………………………………………………………………</p><p>  3.2 輸出電流擴充及保護電路的設(shè)計

6、…………………………………………………… </p><p>  3.3 選擇整流濾波電路……………………………………………………………………… </p><p>  3.4 選擇整流二極管和濾波電容………………………………………………………… </p><p>  3.5 選擇電源變壓器………………………………………………………………………… </p&

7、gt;<p>  4 總原理圖…………………………………………………………………………………… </p><p>  5 安裝與調(diào)試………………………………………………………………………………… </p><p>  6 結(jié)論與心得………………………………………………………………………………… </p><p>  參考文獻………………

8、…………………………………………………………………… </p><p><b>  引言</b></p><p>  直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器,整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟?,整流器把交流電變?yōu)橹绷麟姡?jīng)濾波后,穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。本設(shè)計主要采用直流穩(wěn)壓構(gòu)成集成穩(wěn)壓電路,通過變壓,整流,濾波

9、,穩(wěn)壓過程將220V交流電,變?yōu)榉€(wěn)定的直流電,并實現(xiàn)同時輸出±15V的直流電壓。</p><p>  1 設(shè)計任務(wù)與要求</p><p><b>  1.1設(shè)計任務(wù)</b></p><p>  (1)同時輸出電壓:=±15V;輸出電流:=2A;</p><p> ?。?)輸出波紋電壓:<5mV

10、;穩(wěn)壓系數(shù):<;</p><p>  (3)輸出內(nèi)阻:<0.1;</p><p>  (4) 加輸出保護電路,2A</p><p><b>  1.2 設(shè)計要求</b></p><p>  (1)電源變壓器只做理論要求;</p><p> ?。?)合理選擇集成穩(wěn)壓管及擴流三極管;<

11、;/p><p> ?。?)保護電路采用限流型;</p><p> ?。?)完成全電路設(shè)計、安裝調(diào)試、繪制電路圖、自制印刷板;</p><p> ?。?)撰寫設(shè)計報告、調(diào)試總結(jié)報告及使用說明書。</p><p>  2 設(shè)計原理及方案圖</p><p>  直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器T、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成,基本

12、框圖和基本應(yīng)用電路如圖2-1和圖2-2所示。各部分電路的作用如下:</p><p>  圖2-1 直流穩(wěn)壓電源基本組成框圖 </p><p>  圖2-2 直流穩(wěn)壓電源基本應(yīng)用電路</p><p><b>  2.1 設(shè)計原理</b></p><p><b> ?。?)電源變壓器:</b>&

13、lt;/p><p>  電源變壓器T的作用是將電網(wǎng)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</p><p><b>  =η</b></p><p>  式中η為變壓器的效率。一般小型變壓器的效率如表2-3所示。</p><p>  表2-3 小型變壓器的效率</p>

14、<p>  通過上表可以算出變壓器原邊的功率。</p><p><b> ?。?)整流濾波電路</b></p><p>  整流電路將交流電壓Ui 變換成脈動的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除紋波,輸出直流電壓Uo。</p><p>  常用的整流濾波電路有全波整流電路、橋式整流電路、倍壓整流濾波電路如圖2-4(a)、(b)及(c)所示。

15、</p><p>  圖2-4 幾種常見整流濾波電路 </p><p> ?。╝)全波整流電路:</p><p>  使用的整流器件較半波整流時多一倍,整流電壓脈動較小,比半波整流小一半。無濾波電路時的輸出電壓Vo=0.9Vi,變壓器的利用率比半波整流時高。變壓器二次繞組需中心抽頭。整流器件所承受的反向電壓較高。</p><p> ?。?/p>

16、b)橋式整流電路:</p><p>  使用的整流器件較全波整流時多一倍,整流電壓脈動與全波整流相同,每個器件所承受的反向電壓為電源電壓峰值,變壓器利用率較全波整流電路高。</p><p>  (c)二倍壓整流電路:</p><p>  倍壓整流電路一般用于高電壓、小電流(幾毫安一下)和負(fù)載變化不大的直流電源中。</p><p>  上述三種

17、整流電路中濾波電容C滿足: </p><p>  C = (~5)T/2 </p><p>  式中T為輸出交流信號周期; 為整流濾波電路的等效負(fù)載電阻。</p><p>  (3)三端集成穩(wěn)壓器</p><p>  常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器與可調(diào)式三端穩(wěn)壓器(均屬電壓串聯(lián)型),下面分別介紹其典型應(yīng)用。</p>

18、<p>  ① 固定式集成穩(wěn)壓器</p><p>  正壓系列:78××系列,該系列穩(wěn)壓塊有過流、過熱和調(diào)整管安全工作區(qū)保護,以防過載而損壞。一般不需要外接元件即可工作,有時為改善性能也加少量元件。78××系列又分三個子系列,即78××、78M××和78L××。其差別只在輸出電流和外形,78×&

19、#215;輸出電流為1.5A,78M××輸出電流為0.5A,78L××輸出電流為0.1A。</p><p>  負(fù)壓系列:79××系列與78××系列相比,除了輸出電壓極性、引腳定義不同外,其他特點都相同。</p><p>  78××系列和79××系列的典型電路如圖2-5

20、(a)、(b)、(c)所示。</p><p>  圖2-5 固定三端穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用</p><p>  ② 可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器</p><p>  正壓系列:W317系列穩(wěn)壓塊能在輸出電壓為1.25V~37V的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào),外接元件只需一個固定電阻和一只電位器。其芯片內(nèi)也有過流、過熱和安全工作區(qū)保護。最大輸出電路為1.5A。</p><p

21、>  其典型如圖2-6所示,其中電阻R1 與電位器RP組成電壓輸出調(diào)節(jié)電器,輸出電壓U0的表達(dá)式為:</p><p>  U0≈ 1.25(1+RP/R1)</p><p>  式中,R1一般取值為(120~240歐),輸出端與調(diào)整壓差為穩(wěn)壓器的基準(zhǔn)電壓(典型值為1.25V),所以流經(jīng)電阻 R1的泄放電流為5~10mA。</p><p>  負(fù)壓系列:W337

22、系列,與W317系列相比,除了輸出電壓極性、引腳定義不同外,其他特點都相同。</p><p>  圖2-6 可調(diào)式三端穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用 </p><p>  ③集成穩(wěn)壓器的電流擴展</p><p>  若想連續(xù)輸出1A以上的電流,可采用圖2-7所示的加接三極管增大電流的方法。圖中VT1稱為擴流功率管,應(yīng)選大功率三極管。VT2為過流保護三極管,正常工作時該管為截止?fàn)?/p>

23、態(tài)。三極管VT1的直流電流放大倍數(shù)β必須滿足β≥I1/I0。另外,I1的最大值由VT1的額定值決定,如需更大的電流,可把三極管接成達(dá)林頓管方式。</p><p>  圖2-7 輸出電流擴展電路</p><p>  可以得出輸出電流為:</p><p><b>  IL=I0+I1 </b></p><p>  但這時,三

24、端穩(wěn)壓器內(nèi)部過流保護電路已失去作用,必須在外部增加保護電路,這就是VT2和R2。當(dāng)電流Ii和R2上產(chǎn)生的電壓降達(dá)到VT2的UBE2時,VT2導(dǎo)通,于是向VT1基極注入電流,使VT1關(guān)斷,從而達(dá)到限制電流的目的。保護電路的動作點是:</p><p>  Ilmax≈Iimax= UBE2/R2</p><p>  三極管的UBE2具有負(fù)溫度系數(shù),設(shè)定R2數(shù)值時,必須考慮此溫度系數(shù)。</

25、p><p>  以上通過采用外接功率管VT1的方法,達(dá)到擴流的目的,但這種方法會降低穩(wěn)壓精度,增加穩(wěn)壓器的輸入與輸出壓差,這對大電流的工作的電源是不利的。若希望穩(wěn)壓精度不變,可采用集成穩(wěn)壓器的并聯(lián)方法來擴大輸出電流。</p><p>  2.2 總體設(shè)計方案</p><p>  1、根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo、最大輸出電流Iomax,確定穩(wěn)壓器的型號及電路形式。<

26、;/p><p>  2、根據(jù)穩(wěn)壓器的輸入電壓Uo,確定電源變壓器副邊電壓的有效值;根據(jù)穩(wěn)壓電源的最大輸出電流Iomax,確定流過電源變壓器副邊的電流和電源變壓器副邊的功率;根據(jù),由相關(guān)資料查出變壓器的效率η,從而確定電源變壓器原邊的功率。然后根據(jù)所確定的參數(shù),選擇電源變壓器。</p><p>  3、確定整流二極管的正向平均電流、整流二極管的最大反向電壓和濾波電容的電容值和耐壓值。根據(jù)所確定的

27、參數(shù),選擇整流二極管和濾波電容。</p><p>  3 單元電路設(shè)計與參數(shù)計算</p><p>  3.1 選擇集成三端穩(wěn)壓器</p><p>  1、集成穩(wěn)壓器:由于要滿足輸出電壓Uo=±15V的設(shè)計要求,故由2.2節(jié)穩(wěn)壓電路原理可知本設(shè)計的穩(wěn)壓電路應(yīng)采用兩個三端固定穩(wěn)壓器W7815和W7915構(gòu)成集成穩(wěn)壓器。W7800和W7900系列三端式集成穩(wěn)壓

28、器的輸出電壓是固定的,在使用中不能進行調(diào)整。使用時應(yīng)注意,為使調(diào)整管工作在放大區(qū),必須使穩(wěn)壓器滿足,但考慮調(diào)整管功耗,也不宜過大,地端靜態(tài)電流= 8 mA。</p><p>  W7815的主要參數(shù)有:輸出直流電壓Uo=+15V,最大輸出電流= 1.5A,電壓調(diào)整率 10mV/V,輸出電阻 =0.15Ω。圖3-1為W7815和W7915組成的正、負(fù)雙電壓輸出電路,輸出為±15V。</p>

29、<p>  圖3-1 W7815和W7915組成的正、負(fù)雙電壓輸出電路,輸出為±15V</p><p>  2、穩(wěn)壓電路的參數(shù)計算:</p><p>  (1) 確定穩(wěn)壓電路的最低輸入直流電壓</p><p>  ≥[+()min] /0.9 </p><p>  代入各指標(biāo),計算得:</p><p&

30、gt;  ≥[15+3]/0.9=20V</p><p>  故本設(shè)計中的取20V</p><p>  (2) 確定電源變壓器副邊上半邊的電壓</p><p>  =/1.2=20/1.2=16.7V </p><p>  (3) 整流濾波電路的輸出電阻</p><p>  7815地端靜態(tài)電流 = 8 mA,7815

31、最大輸出電流= 1.5A,整流濾波的輸出電流為: =+= 1.508A </p><p>  于是整流濾波電路的輸出電阻為:=/=20/1.508=13.26</p><p>  圖3-1中兩個0.33uF電容用于抵消輸入長接線的電感效應(yīng),防止自激,其容量較小,一般取小于1uF。兩個0.1uF電容用于改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng),消除高頻噪聲,可取小于

32、1uF,當(dāng)負(fù)電源輸入斷開時,三端穩(wěn)壓器輸出將承受對地反壓。加保護管后,D6正偏導(dǎo)通,限制反壓為0.7 V,同理,D5保護正電源。</p><p>  3.2 輸出電流擴充及保護電路的設(shè)計</p><p>  由于輸出電流要求為=2A,但W7815,W7915的最大輸出電流只有1.5A,所以需要加輸出電流擴展及保護電路,輸出電流擴展及保護電路如圖3-2所示。</p><p

33、><b>  圖3-2</b></p><p>  與三端器件內(nèi)部調(diào)整管并聯(lián),擴大輸出電流,選用三極管大功率三極管,負(fù)載較輕時截止;當(dāng)負(fù)載電流增大,增大,導(dǎo)通分流,、構(gòu)成短路保護,在正常狀態(tài)時截止,過流時導(dǎo)通,導(dǎo)通后減小,使減小,減小起到限流的作用。由于R中流過W7800的空載電流和部分負(fù)載電流,故其阻值不宜增大,一般約幾歐姆,這里取R=3。 </p><p>

34、  故有: =/=/()=0.3/(2-1.5)=0.6</p><p>  3.3 選擇整流濾波電路</p><p>  由2.2節(jié)可知,綜合各方面的優(yōu)缺點對比,本設(shè)計選擇單相橋式整流電路更合理,且采用電容濾波,其電路圖如圖3-3所示。</p><p>  圖3-3 橋式整流電路</p><p>  在橋式整流電路中,每個二極管都只

35、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,即,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>  3.4 選擇整流二極管和濾波電容</p><p>  1、整流二極管的選擇:</p><p>  由=16.7V,得每只整流二極管的最大反向電壓為: </p><p

36、>  ==1.414V=23.61V </p><p>  通過每只二極管的平均電流ID為:</p><p>  =0.5=0.51508mA=754mA</p><p>  根據(jù)和進行選管,可選用1N4001硅整流二極管 50V/1A,</p><p>  (=5uA,=1V,=50A)</p><p>

37、;  2、濾波電容的選擇:</p><p>  一般應(yīng)使放電時間常數(shù)C大于電容C的充電周期(3~5)倍:</p><p>  C=(3~5)T/2 </p><p>  對橋式整流來說,C的充電周期等于交流電網(wǎng)周期的一半,即:</p><p>  T=1/f=1/50=0.02s

38、 </p><p><b>  電容的容值為: </b></p><p>  C=(3~5)/=(3~5) 0.01/13.26F=(2262~3771)uF </p><p>  電容的耐壓值為: </p><p>  U>=1.11.41416.7V=25.98V

39、 </p><p>  根據(jù)C與U可確定選取電容3300uf/35V型。</p><p>  3.5 選擇電源變壓器</p><p>  變壓器次級線圈電壓的有效值在前面已經(jīng)求出,變壓器次級線圈電流有效值比大,與的關(guān)系取決于電流脈沖波形的形狀,波形愈尖,有效值越大。一般取≈(1.5~2) 故有:</p><p>

40、;  ≈(1.5~2) =(1.5~2)2A=(3~4)A</p><p>  變壓器副邊的功率為: </p><p>  ==2=216.7(3~4)=(100.2~133.6)VA</p><p>  由功率比=η及2.2節(jié)圖2-3可查得應(yīng)選副邊功率80~200VA,效率為0.85的電源變壓器。</p><p

41、><b>  4 總原理圖</b></p><p>  由第3節(jié)所選擇的各單元電路及其參數(shù)將其組成如圖4所示的總原理圖::</p><p><b>  圖4</b></p><p><b>  5 安裝與調(diào)試</b></p><p>  1、鑒于在仿真的過程中mult

42、isim與protel的元件庫中不能找到所必須的原件,故本次仿真采用proteus軟件,其仿真電路如圖5-1所示:</p><p><b>  圖5-1</b></p><p>  2、設(shè)置輸入電壓的參數(shù)進行仿真,當(dāng)=220V時,測出其穩(wěn)壓端輸出電壓;當(dāng)=250V時,測出此時穩(wěn)壓端輸出電壓;以此進行的計算,仿真如圖5-2、5-3。 </p>&l

43、t;p><b>  圖5-2</b></p><p><b>  對應(yīng)輸出:</b></p><p><b>  圖5-3</b></p><p>  仿真表明當(dāng)=220V時,輸出電壓=15.2V,輸出電流=1.98A(負(fù)載電阻=50)。</p><p>  繼續(xù)調(diào)整輸入

44、電壓的值使=255V及=185V,仿真后會發(fā)現(xiàn)輸出電流電壓的值沒有變化,依然保持輸出電壓=15.2V,輸出電流=1.98A,故有此可算出穩(wěn)壓系數(shù),由于,故此時的0,滿足設(shè)計要求。</p><p>  設(shè)計誤差:==1.3</p><p><b>  ==1</b></p><p>  3、用示波器測輸出電壓的紋波,即測定,仿真截圖如圖5-4所示

45、。</p><p>  由仿真圖可以看出=300uV<5mV,滿足設(shè)計要求。</p><p>  綜上所述,該設(shè)計的仿真調(diào)試結(jié)果為:</p><p>  故在誤差允許的范圍內(nèi),本設(shè)計已達(dá)設(shè)計要求。</p><p><b>  6 結(jié)論與心得</b></p><p>  經(jīng)過幾天的連續(xù)奮戰(zhàn),

46、終天完成了這個設(shè)計。說實話,剛拿到這個題目感覺不是很難,因為題目就是一個簡單的穩(wěn)壓電源的設(shè)計而已,經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個過程就能得到想要的結(jié)果??稍谠O(shè)計的過程中卻發(fā)現(xiàn)有很多的問題解決不了,參數(shù)的精確計算、計算后對元件的選擇、以及仿真都是自己之前沒接觸到過的,感覺無從下手。后經(jīng)過參考資料,詢問同學(xué)對參數(shù)進行了計算,可最后的仿真又存在很大的問題,也因此糾纏了很久,因為只學(xué)過multisim以及protel的仿真,但在仿真連接電路的時

47、候發(fā)現(xiàn)兩個軟件都不能將該電路需要的所有元件找到,因此仿真也無法進行,不過聽同學(xué)說proteus中的元件庫中的元件很齊全,于是便采用了proteus仿真,由于之前沒學(xué)過這個軟件,因此只能臨時學(xué)一些皮毛,故在仿真的過程中難免會出現(xiàn)一些問題,特別是晶體管的選擇,因為其型號種類太多,所以總是很難選擇到適合該電路的晶體管,只能根據(jù)結(jié)果進行刪選,改換,因此仿真圖和原理圖相比有些出入。</p><p>  本次電子技術(shù)課程設(shè)計

48、,培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用課本理論解決實際問題的能力;我覺得本次課程設(shè)計對自己動手解決問題的能力有很大的提高,要完成好設(shè)計需要自己將學(xué)過的理論知識與實際系統(tǒng)地聯(lián)系起來,能真正運用理論解決實際問題,那樣才能真正學(xué)到東西。</p><p>  由于自己水平有限,該課程設(shè)計難免會有一些錯誤和誤差,還希望老師批評指正。</p><p><b>  參考文獻 </b></p>

49、;<p>  [1]康華光主編.《電子技術(shù)基礎(chǔ)》.北京:高等教育出版社.</p><p>  [2]李萬臣主編.《模擬電子線路設(shè)計、仿真、編程與實踐》.哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué) </p><p><b>  出版社.</b></p><p>  [3]楊毅德主編.《模擬電路》.重慶:重慶大學(xué)出版社.</p><

50、p>  [4]林紅,周鑫霞主編.《模擬電路基礎(chǔ)》.北京:清華大學(xué)出版社.</p><p>  [5]謝紅主編.《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》.哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社.</p><p>  [6]朱清慧,張鳳蕊主編.《Proteus教程--電子線路設(shè)計、制版與仿真 》.北京:清華大 </p><p><b>  學(xué)出版社</b></p&

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