模電課程設(shè)計 --直流穩(wěn)壓電源

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　第1章    緒論   …………………………………………………… 1  </p><p>　　第2章  系統(tǒng)方案確定 …………………………………………… 2   </p&

2、gt;<p>　　2.1直流穩(wěn)壓電源的基本原理………………………………… 2</p><p>　　2.2 單元電路設(shè)計與總原理圖 …………………………………2       </p><p>　　第3章 元件參數(shù)計算與選擇…………………………………… 5   

3、   </p><p>　　3.1  選擇電源變壓器  ………………………………………… 5     </p><p>　　3.2   選擇整流二極管…………………………………………  5 </p><

4、p>　　3.3 選擇濾波電容 …………………………………………… 5</p><p>　　3.4 選擇集成三端穩(wěn)壓器 …………………………………… 6</p><p>　　3.5 總原理圖與仿真 ………………………………………… 7</p><p>　　第4章 制作與調(diào)試 ……………………………………………… 10</p><p&

5、gt;　　4.1 安裝與檢查 ……………………………………………… 10</p><p>　　4.2 焊接技術(shù) ………………………………………………… 11</p><p>　　4.3 各項性能指標(biāo)的測試與誤差分析…………………………12</p><p>　　4.3.1 輸出電壓與最大輸出電流的測試 ……………………12</p><p>　　

6、4.3.2紋波電壓的測試…………………………………………12</p><p>　　4.3.3 穩(wěn)壓系數(shù)的測量 ………………………………………12</p><p>　　4.3.4 誤差分析 ………………………………………………13</p><p>　　第5章   心得與體會 ……………………………………………… 14</p

7、><p>　　附錄 ………………………………………………………………15</p><p>　　參考文獻(xiàn)  ………………………………………………………… 17</p><p><b>　　第1章  緒論</b></p><p>　　電子技術(shù)是當(dāng)今高新技術(shù)的“龍頭”，各先進(jìn)國家無不把它放在優(yōu)先的

8、發(fā)展的地位。電子技術(shù)是電類專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，課程地顯著特點之一是它的實踐性。要想很好的掌握電子技術(shù)，除了掌握基本器件的原理，電子電路的基本組成及分析方法外，還要掌握電子器件及基本電路的應(yīng)用技術(shù)，課程設(shè)計就是電子技術(shù)教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)。本課程設(shè)計就是針對模擬電子技術(shù)這門課程的要求所做的，同時也將學(xué)到的理論與實踐緊密結(jié)合。 </p><p>　　電源可分為交流電源和直流電源，它是任何電子設(shè)備都不可缺

9、少的組成部分。交流電源一般為220V、50Hz電源，但許多家用電器設(shè)備的內(nèi)部電路都要采用直流電源作為供電能源，現(xiàn)在所使用的大多數(shù)電子設(shè)備中，幾乎都必須用到直流穩(wěn)壓電源來使其正常工作，而最常用的是能將交流電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定直流電壓的直流電源，可見直流穩(wěn)壓電源在電子設(shè)備中起著主要作用，為設(shè)備能夠穩(wěn)定工作提供保證。   </p><p>　　由于集成穩(wěn)壓器具有體積小、重量輕、使用方便和工作

10、可靠等優(yōu)點，應(yīng)用越來越廣泛。國產(chǎn)的穩(wěn)壓器種類很多，主要分為兩大類。穩(wěn)壓器中的調(diào)整元件工作在線性放大狀態(tài)的稱為線性穩(wěn)壓器，調(diào)整元件工作在開關(guān)狀態(tài)的稱為開關(guān)穩(wěn)壓器。在電子儀器儀表中，經(jīng)常要求有穩(wěn)定的直流電源，所以在整流濾波后面，通常需要接直流穩(wěn)壓電路。 </p><p>　　本設(shè)計是設(shè)計的直流穩(wěn)壓電源，是一種將220V交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓輸出的直流電源裝置，主要是采用一些簡單的電子元件即可，它是有電源變壓器，整

11、流電路，濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成。             </p><p>　　通過本次設(shè)計能使我們對電子工藝的理論有了更進(jìn)一步的系統(tǒng)了解。我們了解到了設(shè)計小電子產(chǎn)品的一些常規(guī)方法，以及培養(yǎng)了我們團(tuán)隊合作的能力，在討論設(shè)計方案，計算元件參數(shù)，購買元件，焊接電路板，安裝調(diào)試方面都

12、體會到了團(tuán)隊的力量。 </p><p>　　本次課程設(shè)計課題是直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計和調(diào)試，本課程設(shè)計將就直流穩(wěn)壓電源電路的工作原理、參數(shù)計算、元件選取、電路調(diào)試等做詳細(xì)的介紹和說明。</p><p>　　第2章   系統(tǒng)方案確定</p><p>　　2.1直流穩(wěn)壓電源的基本原理</p><p>　　直流穩(wěn)

13、壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成。一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖如下：</p><p>　　圖2-1直流穩(wěn)壓電源的基本框圖和波形變換</p><p>　　2.2單元電路設(shè)計與總原理圖</p><p>　　(1)電源變壓器：是降壓變壓器，它的作用是將220V的交流電壓變

14、換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui。變壓器的變比由變壓器的副邊按確定，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>　　(2)整流電路：整流電路采用橋式整流電路，電路如圖2-1-2所示。在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D4導(dǎo)通，D2、D3截止；u2的負(fù)半周內(nèi)，D2、D3導(dǎo)通，D1、D4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。電路的輸出波形如圖2-1-3所示

15、。</p><p>　　在橋式整流電路中，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</p><p>　　流等于輸出電流的平均值的一半，即If=1/2IO電路中的每只二極管承受的最大</p><p>　　反向電壓為 (U2是變壓器副邊電壓有效值)。</p><p>　　(3)濾波電路：在設(shè)計中，常利用電容器兩端的電壓不能突變

16、和流過電感器的電流不能突變的特點，將電容器和負(fù)載電阻并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形基本平滑的目的。原理及輸出波形如圖2-4 </p><p>　　圖2-4原理及輸出波形</p><p>　　(4)穩(wěn)壓電路: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(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。</p&g

17、t;<p><b>　　設(shè)計方案與選擇：</b></p><p>　　方案一: 采用7805三端穩(wěn)壓器電源：</p><p>　　固定式三端穩(wěn)壓電源(7805)是由輸出腳Vo,輸入腳Vi和接地腳GND組成,它的穩(wěn)壓值為+5V,它屬于CW78xx系列的穩(wěn)壓器,輸入端接電容可以進(jìn)一步的濾波,輸出端也要接電容可以改善負(fù)載的瞬間影響,此電路的穩(wěn)定性也比較好,只是

18、采用的電容必須要漏電流要小的鉭電容,如果采用電解電容,則電容量要比其它的數(shù)值要增加10倍,但是它不可以調(diào)整輸出的直流電源;所以此方案不易采用.</p><p>　　方案二:采用LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源：</p><p>　　LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源能夠連續(xù)輸出可調(diào)的直流電壓. 不過它只能連續(xù)可調(diào)的正電壓,穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流,過熱保護(hù)電路;由一個電阻(R)和一個可變電位器(RP)

19、組成電壓輸出調(diào)節(jié)電路,輸出電壓為:Vo=1.25(1+RP/R).</p><p>　　由此可見此穩(wěn)壓器的性能和穩(wěn)壓穩(wěn)定都比上一個三端穩(wěn)壓電源要好,所以此此方案可選,此電源就選用了LM317三端穩(wěn)壓電源,也就是方案二.</p><p>　　總體原理電路見圖2-5。</p><p>　　第3章 元器件參數(shù)計算與選擇</p><p>　　3.1選

20、擇電源變壓器 </p><p>　　電源變壓器的作用是將來自電網(wǎng)的220V交流電壓u1變換為整流電路所需要的交流電壓u2。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

21、此，當(dāng)算出了副邊功率P2后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率P1。</p><p>　　由于LM317的輸入電壓與輸出電壓差的最小值，輸入電壓與輸出電壓差的最大值，故LM317的輸入電壓范圍為：</p><p><b>　　即 </b></p><p><b>　　， 取</b></p><p>

22、　　變壓器副邊電流：，取，</p><p>　　因此，變壓器副邊輸出功率： </p><p>　　由于變壓器的效率，所以變壓器原邊輸入功率，為留有余地，選用功率為20W,220/12V的變壓器。</p><p>　　3.2選擇整流二極管</p><p><b>　　由于，。</b></p><p>

23、;　　IN4001的反向擊穿電壓，額定工作電流，故整流二</p><p>　　極管選用IN4001。</p><p><b>　　3.3濾波電容</b></p><p><b>　　根據(jù)，</b></p><p><b>　　和公式</b></p><p&g

24、t;<b>　　可求得： </b></p><p><b>　　所以，濾波電容：</b></p><p>　　電容的耐壓要大于，故濾波電容C取容量為，耐壓為25V的電解電容。</p><p>　　3.4選擇集成三端穩(wěn)壓器</p><p>　　這里我們采用的是LM317T,管腳圖和典型電路如圖3-1和

25、圖3-2</p><p>　　圖3-1管腳圖 圖3-2典型電路</p><p>　　輸出電壓表達(dá)式為: 式中，1.25V是集成穩(wěn)壓塊輸出端與</p><p>　　調(diào)整端之間的固有參考電壓Vref，此電壓加于給定電阻R1兩端，將產(chǎn)生一個恒定電流通過輸出電壓調(diào)節(jié)電位器RP1，電阻R1常取值2k，在這里，采

26、用10K的電位器，其最大阻值為10.36k再串聯(lián)一個R2，其阻值為2.2k,根據(jù)LM317輸出電壓表達(dá)式，?。篟1=2.2k,R2=2k。一般使用精密電位器，與其并聯(lián)的電容器C可進(jìn)一步減小輸出電壓的紋波。圖中加入了二極管D，用于防止輸出端短路時10µF大電容放電倒灌入三端穩(wěn)壓器而被損壞。</p><p>　　LM317其特性參數(shù)：</p><p>　　輸出電壓可調(diào)范圍：1.25V

27、～37V</p><p>　　輸出負(fù)載電流：1.5A</p><p>　　輸入與輸出工作壓差ΔU=Ui-Uo：3～40V</p><p>　　能滿足設(shè)計要求,故選用LM317T組成穩(wěn)壓電路。</p><p>　　3.5 總原理圖與仿真</p><p><b>　　總原理圖如下：</b></p

28、><p>　　圖3-3 帶柵欄格原理圖</p><p><b>　　仿真原理圖如下：</b></p><p>　　圖3-4 仿真原理圖</p><p><b>　　仿真測試：</b></p><p>　　圖3-5 最小電壓測試</p><p>　　圖3-6

29、 最大電壓測試</p><p>　　3-7 最大輸出電流測試</p><p>　　3-8 紋波電壓（約0.5mV）</p><p>　　第4章 制作與調(diào)試 </p><p><b>　　4.1安裝與檢查</b></p><p>　　對電路進(jìn)行組裝：按照自己設(shè)計的電路，在在通

30、用板上焊接。焊接完畢后，應(yīng)對照電路圖仔細(xì)檢查，看是否有錯接、漏接、虛焊的現(xiàn)象。對安裝完成的電路板的參數(shù)及工作狀態(tài)進(jìn)行測量，以便提供調(diào)整電路的依據(jù)。經(jīng)過反復(fù)的調(diào)整和測量，使電路的性能達(dá)到要求。</p><p>　　安裝前應(yīng)檢查元器件的質(zhì)量，安裝是特別要注意電解電容、集成芯片等主要器件的引腳和極性，不能接錯。從輸入級開始向后級安裝。 </p><p>　　開始安裝穩(wěn)壓電源，檢查萬能板內(nèi)部結(jié)構(gòu)，

31、確定其內(nèi)部的電氣連接屬性．</p><p>　　檢查元器件看是否有損壞，或者不符合規(guī)格的，要及時更換。</p><p>　　安裝一個元器件，先要用尖嘴鉗將其引腳成型，然后用鑷子把引腳放入孔內(nèi)．高度要適中，符合電氣標(biāo)準(zhǔn)．完畢后，要用萬用表測量元器件引腳和電路板之間是否接觸良好，然后再安裝下一個元器件。</p><p>　　對于導(dǎo)線要用斜口鉗切成適當(dāng)?shù)拈L度，然后成型安裝

32、．安裝時必須采用絕緣良好的絕緣導(dǎo)線,在畫連線的時候要取好元件與元件的距離.連接的時候線與線之間不能交叉。</p><p>　　應(yīng)避免元器件損壞的發(fā)生，插元器件時候要垂直插拔以免行成不必要的損壞。</p><p>　　一．最后結(jié)果沒有出來的原因主要有以下情況：</p><p>　　1.操作不當(dāng)（如布線錯誤等）</p><p>　　2.設(shè)計不當(dāng)（

33、如電路出現(xiàn)險象等）</p><p>　　3.元器件使用不當(dāng)或功能不正常</p><p>　　4.儀器（主要指數(shù)字電路實驗箱）和集成元件本身出現(xiàn)故障。</p><p>　　二．檢查故障的方法主要有以下一些：</p><p><b>　　1.查線法：</b></p><p>　　由于在實驗中大部分故障

34、都是由于布線錯誤引起的，因此，在故障發(fā)生時，復(fù)查電路連線為排除故障的有效方法。應(yīng)著重注意：有無漏線、錯線，導(dǎo)線與插孔接觸是否可靠，集成電路是否插牢、集成電路是否插反等。</p><p><b>　　2.觀察法：</b></p><p>　　用萬用表直接測量各集成塊的Vcc端是否加上電源電壓；輸入信號，時鐘脈沖等是否加到實驗電路上，觀察輸出端有無反應(yīng)。重復(fù)測試觀察故障現(xiàn)

35、象，然后對某一故障狀態(tài)，用萬用表測試各輸入/輸出端的直流電平，從而判斷出是否是插座板、集成塊引腳連接線等原因造成的故障。</p><p><b>　　3.信號注入法</b></p><p>　　在電路的每一級輸入端加上特定信號，觀察該級輸出響應(yīng)，從而確定該級是否有故障，必要時可以切斷周圍連線，避免相互影響。</p><p><b>　

36、　4.信號尋跡法</b></p><p>　　在電路的輸入端加上特定信號，按照信號流向逐線檢查是否有響應(yīng)和是否正確，必要時可多次輸入不同信號。</p><p><b>　　5.替換法</b></p><p>　　對于多輸入端器件，如有多余端則可調(diào)換另一輸入端試用。必要時可更換器件，以檢查器件功能不正常所引起的故障。</p>

37、;<p><b>　　4.2焊接技術(shù)</b></p><p>　　結(jié)合萬能板的結(jié)構(gòu)原理合理安排集成塊和元器件的位置，為了美觀大方要求各元件盡可能的保持在同一條直線上；</p><p>　　合理布局，安裝前要對整機(jī)線路進(jìn)行合理布局，一般按照電路的順序一級一級地布線，連線盡可能短。</p><p>　　從整個板來說是否美觀好看，關(guān)鍵是

38、導(dǎo)線的布置，所以布線要注意整齊，集成塊相鄰管腳之間盡量不布線。這樣便于調(diào)整與測試工作的順利進(jìn)行。</p><p>　　注意： 安裝前應(yīng)檢查元器件的質(zhì)量，安裝是特別要注意電解電容、集成芯片等主要器件的引腳和極性，不能插錯。從輸入級開始向后級安裝。</p><p>　　4.3各項性能指標(biāo)的測試與誤差分析</p><p>　　4.3.1輸出電壓與最大輸出電流的測試<

39、/p><p>　　接通220V的電源，用數(shù)字萬用表對所設(shè)計的電路實物進(jìn)行測試，通過調(diào)節(jié)電位器得到輸出電壓為3.61-10.01V。</p><p>　　測試電路如圖4-3-1所示。一般情況下，穩(wěn)壓器正常工作時，其輸出 </p><p>　　自耦變壓器 Io </

40、p><p><b>　　電流表</b></p><p>　　穩(wěn)壓 </p><p>　　電路 Uo V RL </p><p>　　~220V </p>

41、<p>　　圖4-3-1 穩(wěn)壓電源性能指標(biāo)的測試電路</p><p>　　電流I0要小于最大輸出電流，取I0=0.4A，可算出RL=10.01/0.4=25Ω，工作時RL=25Ω上消耗的功率為：</p><p>　　故取額定功率為10W，阻值為25Ω的電位器。</p><p>　　測試時，先使RL=25Ω，交流輸入電壓為220V，用數(shù)字電壓表測量的電壓

42、值就是Uo 。然后慢慢調(diào)小R4，直到Uo的值下降5%，此時流經(jīng)R4的電流就是，記下后，要馬上調(diào)大R4的值，以減小穩(wěn)壓器的功耗。</p><p>　　測得當(dāng)R5=25Ω時，U0=10.01V,I0=400mA</p><p>　　U0下降5%（9.5）時，I0=380mA,即I0max=I0</p><p>　　4.3.2紋波電壓的測試</p><

43、p>　　用示波器觀察Uo的峰峰值，（此時Y通道輸入信號采用交流耦合AC），測量ΔUop-p的值（約0.3mV）。</p><p>　　4.3.3穩(wěn)壓系數(shù)的測量</p><p>　　在U1=220V時，測出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo。然后調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓U1=242V，測出穩(wěn)壓電源對應(yīng)的輸出電壓Uo1 ；再調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓U1=198，測出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo2。則穩(wěn)壓系

44、數(shù)為：</p><p><b>　　, </b></p><p>　　所測得的數(shù)據(jù)如下表：</p><p>　　可得穩(wěn)壓系數(shù)S=5×(10.013－10.097) ／10.01=0.0029<0.003</p><p>　　4.3.4 誤差分析</p><p><

45、b>　　1）誤差計算</b></p><p>　　最大輸出電壓：（10.01-9）／9×100﹪=11.22﹪</p><p>　　最小輸出電壓： （3.6－3）／3×100﹪=20﹪</p><p><b>　　2）誤差原因</b></p><p>　　1.元件本身存在誤差；<

46、;/p><p>　　2.焊接時，焊接點存在微小電阻；</p><p>　　3.萬用表本身的準(zhǔn)確度而造成的系統(tǒng)誤差；</p><p>　　4.測量方法造成的人為誤差等。</p><p><b>　　第5章 心得與體會</b></p><p>　　經(jīng)過兩個多星期的努力，終天完成的這個設(shè)計。直流穩(wěn)壓電源設(shè)計

47、這個題目，看似簡單，做起來還真有些難。從選題到畫圖花了差不多一個星期的時間，后面的調(diào)試占了大部分的時間。由于沒有現(xiàn)成的示波器，所以調(diào)試時，除了測試電壓電流用到實物外，其他參數(shù)測試只能在仿真軟件下進(jìn)行的，特別是一些實物電阻的值有理想值有很大的區(qū)別。本次的模擬電子技術(shù)課程設(shè)計，培養(yǎng)了我們綜合應(yīng)用課本理論解決實際問題的能力；我覺得本次課程設(shè)計對我們的腦力操作和動手能力的提高是很大的，它需要我們將學(xué)過的理論知識與實際系統(tǒng)地聯(lián)系起來，加強我們對學(xué)

48、過的知識的實際應(yīng)用能力！在設(shè)計的過程中還培養(yǎng)出了我們的團(tuán)隊精神，互相學(xué)習(xí)，互相幫助，同學(xué)們共同協(xié)作，解決了許多個人無法解決的問題，在今后的學(xué)習(xí)過程中我們會更加努力和團(tuán)結(jié)。</p><p>　　但是由于我們水平有限，我們的課程設(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>　　附錄</b></p><p><b&g

49、t;　　附錄A 元件清單</b></p><p>　　說明：以上為元件的購買清單，但調(diào)試的電位器R2是9.4K,R3為2.3k,而市場沒有9.4K的電位器，有比較接近9.4K的10K電位器，因此硬件電路圖中用的是10K電位器。</p><p><b>　　附錄B</b></p><p><b>　　設(shè)計原理圖</b

50、></p><p><b>　　附錄C</b></p><p><b>　　實物圖</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 童詩白,華成英,模擬電子技術(shù)基礎(chǔ),高等教育出版社</p><p>　　[2] 彭介

51、華,電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo),高等教育出版社</p><p>　　[3] 謝自美,電子線路設(shè)計,華中科技大學(xué)出版社</p><p>　　[4]高吉祥,黃智偉,陳和.高頻電子線路[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003,25-33.</p><p>　　[5]黃智偉.無線數(shù)字收發(fā)電路設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003,89-112.</p><p