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><b>  模擬電子課程設計</b></p><p>  題目名稱:直流穩(wěn)壓電源的設計 </p><p>  姓 名: </p><p>  學 號: </p><p>  班 級: </p><p>&l

2、t;b>  目 錄</b></p><p>  1.緒論 ……………………………………………………………………3</p><p>  2.電路工作原理分析、方案論證和確定………………………………4</p><p>  2.1設計主要性能指標…………………………………………………4</p><p>  2.2設計方案選擇…

3、……………………………………………………4</p><p>  2.3方案確定……………………………………………………………5</p><p>  3.單元電路原理…………………………………………………………5</p><p>  3.1電源變壓器…………………………………………………………5 </p><p>  3.2整流電路………

4、……………………………………………………6</p><p>  3.3濾波電路……………………………………………………………8</p><p>  3.4穩(wěn)壓電路……………………………………………………………9</p><p>  4. 參數(shù)計算及器件選擇………………………………………………10</p><p>  4.1集成穩(wěn)壓器的選擇……

5、……………………………………………10</p><p>  4.2整流二極管及濾波電容的選擇……………………………………11</p><p>  5.調(diào)試……………………………………………………………………11</p><p>  5.1PSpice仿真分析……………………………………………………11</p><p>  6. 課程設計心得體

6、會……………………………………………………12</p><p>  附錄 整體電路圖………………………………………………………13</p><p><b>  1緒論</b></p><p>  在本學期開設的《模擬電子技術(shù)基礎》第十章中,我們學習了直流穩(wěn)壓電源,通過學習我們了解到,在電子線路中,通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。小功率穩(wěn)壓電源

7、是由(圖1-1)電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成。</p><p>  圖1-1 集成直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)圖</p><p>  其中,交流電網(wǎng)220V的電壓通過電源變壓器將變?yōu)槲覀冃枰碾妷褐?,然后通過整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓。由于此脈動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。但這樣的電壓還是會隨電網(wǎng)電壓波動、負載和溫度等的變化

8、而變化。因而在整流、濾波電路之后,還須接穩(wěn)壓電路,保證輸出的直流電壓穩(wěn)定。</p><p>  此次集成直流電源的課程設計,要求輸出±5 、±12V以及±9V的電壓,全部過程(從構(gòu)思設計到實物制作及性能調(diào)試)都將由我們自行完成,這就需要我們不僅熟悉了解課本上的知識,還要學會將理論知識應用到我們的實踐中,并學會利用書籍資料來幫助自己。</p><p>  因此,

9、動手參與設計直流穩(wěn)壓電源能鞏固、深化和擴展學生的理論知識與初步的專業(yè)技能,為以后的專業(yè)學習打下堅實的基礎。除此之外,通過課程設計,使學生在理論計算、結(jié)構(gòu)設計、工程繪圖、查閱設計資料、標準與規(guī)范的運用和計算機應用方面的能力得到訓練和提高。通過此次課程設計,培養(yǎng)學生綜合運用所學知識分析和解決工程實際問題的能力,培養(yǎng)學生正確的設計思想,理論聯(lián)系實際的工作作風,嚴肅認真、實事求是的科學態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。</p><p

10、>  2電路的設計要求和方案的選擇</p><p>  2.1設計主要性能指標:</p><p>  輸出電壓Vo及最大輸出電流Iomax:</p><p>  I檔VO =±12V對稱輸出,Iomax=100mA;</p><p> ?、驌鮒O =±5V,Iomax=300mA;</p><p&

11、gt;  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><b>  設計要求:</b></p><p>  選擇適當方案設計電路</p><p>  計算電源變壓

12、器的效率和功率</p><p>  選擇整流二極管及計算濾波電容</p><p>  安裝調(diào)試與測量電路性能</p><p><b>  2.2設計方案選擇</b></p><p>  小功率穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成,其中最重要的就時選好穩(wěn)壓器,方案如下:</p>&l

13、t;p>  方案一:采用LM317及LM337分別組成獨立的可調(diào)電壓源</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,不過它只能允許可調(diào)的正電壓,穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流,過熱保護電路;由一個電阻(R)和一個可變電位器(RP)組成電壓輸出調(diào)節(jié)電路,它的輸入電壓Vi=± 15V,輸出電路為一定值,輸出電壓為:Vo=1.25(1+RP/R)。LM337輸出為負的可調(diào)電壓,采用

14、兩個獨立的變壓器分別和LM317及LM337組裝,正輸出可調(diào)集成穩(wěn)壓器的輸出電壓范圍為1.2~37V,輸出電流可調(diào)范圍為0.1~1.5A。,它可以連續(xù)輸出±1.25V~±12V的電壓。</p><p>  這種方法的連線組成比較簡單,它適用于輸出連續(xù)可調(diào)的電壓,但調(diào)節(jié)的時候不容易控制輸出電壓。</p><p>  方案二:采用固定式三端集成穩(wěn)壓器</p>

15、<p>  固定式三端穩(wěn)壓器的常見產(chǎn)品及典型應用</p><p>  此類穩(wěn)壓器有三個引出端:輸入端、輸出端和公共端。根據(jù)其輸出電壓極性可分為固定正輸出集成穩(wěn)壓器(CW78系列)和固定負輸出集成穩(wěn)壓器(CW79系列)。根據(jù)輸出電流的大小又可分為CW78XX型(表示輸出電流為1.5A)、CW78MXX型(表示輸出電流為0.5 A)和CW78LXX型(表示輸出電流為0.1A)。后面兩位數(shù)字XX表示輸出電壓的

16、數(shù)值,一般有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V,固定負輸出集成穩(wěn)壓器相應也有CW79XX、CW79MXX和CW79LXX型。利用固定輸出集成穩(wěn)壓器可組成各種應用電路。</p><p>  方案三:采用LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器以及78、79系列穩(wěn)壓電源</p><p>  同方案一中,LM317可以輸出+3~+9V的正相電壓且穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流,過熱保護電路,而7805可以輸

17、出穩(wěn)定的+5V電壓、7812和7912可以分別輸出+12和-12V的電壓,將三路電路并聯(lián)連接即可。相較方案一而言,此電路在制作上難度有所下降而且原理結(jié)構(gòu)簡單,所以該電源電路應采用LM317以及78、79系列集成穩(wěn)壓器。它分為三檔輸出,可以輸出±12V、±9V、±5V的電壓。</p><p><b>  2.3方案確定</b></p><p&g

18、t;  對方案一,適用于輸出連續(xù)可調(diào)的電壓,但是調(diào)節(jié)不容易控制;方案二要用多哥78、79系列的集成穩(wěn)壓器組裝,比較麻煩,而且成本也較大。方案三是一個相對綜合的電路。它分為三檔輸出,可以輸出±12V、±9V、±5V的電壓。</p><p>  從手工操作及可行性上考慮,我們選擇方案三。</p><p><b>  3 單元電路原理</b>&

19、lt;/p><p>  集成穩(wěn)壓電源可簡化成四部分(圖3—1 ) </p><p>  圖3-1 直流穩(wěn)壓電源框圖及各級輸出波形</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

20、交流電壓U2。如果不考慮變壓器的損耗,可以認為一個理想的變壓器次級負載消耗的功率也就是初級從電源取得的電功率。變壓器能根據(jù)需要通過改變次級線圈的圈數(shù)而改變次級電壓,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

21、</p><p>  因此,當算出了副邊功率后,就可以根據(jù)上表算出原邊功率。</p><p>  實際電路中我們選擇一個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。分別對應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

22、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,故有橋式整流電路之稱。單相橋式整流電路的工作原理為簡單起見,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D

23、3流回變壓器,所以D1、D3正向?qū)?,D2、D4反偏截止。在負載上產(chǎn)生一個極性為上正下負的輸出電壓。其電流通路可用圖中實線箭頭表示。</p><p>  在v2的負半周,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時產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負,與正半周時相同。其電流通路如圖中虛線箭頭所示。</

24、p><p>  綜上所述,橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦?,將四個二極管分為兩組,根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導通,將變壓器副邊電壓的正極性端與負載電阻的上端相連,負極性端與負載電阻的下端相連,使負載上始終可以得到一個單方向的脈動電壓。</p><p>  單相橋式整流電路常畫成圖3—3所示的簡化形式。</p><p>  圖3—3 單相橋式整流電路簡化圖&

25、lt;/p><p>  結(jié)合上述分析,可得橋式整流電路的工作波形如圖5。</p><p>  圖3—4 橋式整流電路的工作波形</p><p>  由圖可見,通過負載橋式整流電路的優(yōu)點是輸出電壓高,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波形。電壓較低,同時因電源變壓器在正、負半周內(nèi)都有電流供給負載,電源變壓器得到了充分的利

26、用,效率較高。因此,這種電路在半導體整流電路中得到了頗為廣泛的應用。電路的缺點是二極管用得較多,但目前市場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

27、波,濾波電路通常有電容濾波,電感濾波,II型濾波等。</p><p>  電容濾波 適應小電流負載 VL=1.2V2 </p><p>  電感濾波 適應大電流負載 VL=0.9V2 </p><p>  LC濾波 適應性較強

28、 VL=0.9V2 </p><p>  RC或LC ∏ 型濾波 適應小電流負載 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> 

29、 圖3-6電容濾波電路中二極管的電流和導通角</p><p><b>  3.4穩(wěn)壓電路</b></p><p>  由于穩(wěn)壓電路發(fā)生波動、負載和溫度發(fā)生變化,濾波電路輸出的直流電壓會隨著變化。因此,為了維持輸出電壓穩(wěn)定不變,還需加一級穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當外界因素(電網(wǎng)電壓、負載、環(huán)境溫度)等發(fā)生變化時,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

30、用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件組成。采用集成穩(wěn)壓器設計的電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。</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電壓輸出兩種類型。按照設計要求本設計要用到可調(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

31、器輸出連續(xù)可調(diào)的負電壓,可調(diào)范圍為1.2~37V,最大輸出電流為1.5A。此外三端集成穩(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,

32、2端接負的輸入,3端為輸出。</p><p>  固定式三端穩(wěn)壓器的引腳圖及典型應用電路</p><p>  CW78XX 1 CW78XX 3 CW79XX</p><p>  1 2 3 UI C1 2 Co Uo 1 2

33、 3 UI C1 1 Co Uo</p><p>  2 CW79XX 3</p><p>  Ui 地 Uo 地 Ui Uo</p><p> ?。╝) CW78系列的引腳圖及應用電路 (b) CW79系列的引

34、腳圖及應用電路</p><p>  (其中:C1 = 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)壓器的引腳圖與應用電路</p><p>  說明:穩(wěn)壓器輸入端的電容C1用來進

35、一步消除紋波,此外,輸出端的電容Co與C1起到了頻率補償?shù)淖饔?,能防止自激振蕩,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

36、), LM317 1 R1 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&g

37、t;<p>  容可以進一步消除紋波,電容C1與Co </p><p>  還能起到相位補償作用,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。

38、 R1 =200Ω,RW =2kΩ,D5用IN4007</p><p>  4、參數(shù)計算及器件選擇</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1.5

39、A。所確定的穩(wěn)壓電源電路如圖4-1所示。 </p><p>  集成穩(wěn)壓器的輸出電壓Uo應與穩(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

40、輸出電壓;</p><p>  Uomin——最小輸出電壓;</p><p> ?。║i-Uo)min ——穩(wěn)壓器的最小輸入電壓差;</p><p> ?。║i-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 = 2k

41、Ω,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

42、 9V+3V≤Ui≤3V+40V</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

43、電流:I2≥Iomax=0.2A</p><p><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。&l

44、t;/p><p>  4.2整流二極管及濾波電容的選擇</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=

45、12V, ?Uop–p≤5Mv, Sv≥3×10¨³</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

46、可以采用4700μF的電容。對于78、79系列的電路圖,如下圖所示:</p><p><b>  5 調(diào)試</b></p><p>  5.1 PSpice仿真</p><p>  這次仿真分析我選用的是PSpice軟件,它是一種基于PC平臺的電子設計軟件,具有方便、實用的人機圖形界面。它能提供各種電子元器件和常用儀器儀表,是設計、運行和驗證電

47、子線路的理想仿真軟件。</p><p>  新建一個PSpice Project,按照步驟把電路圖畫在模板中,但是由于元件選擇和對該軟件不熟悉等原因,仿真分析沒有得出理想的結(jié)果。在今后的學習中,一定要加強這方面的能力,為今后的學習做好準備,打下基礎。</p><p>  6.課程設計心得體會</p><p>  之前本以為直流穩(wěn)壓電源設計會很簡單,而實際做起來發(fā)現(xiàn)并

48、非想象中的那么簡單。但最終還是有所成功的。</p><p>  現(xiàn)在覺得,作設計就應該有種踏實的態(tài)度,簡單也好,難做也罷,只要我們靜下心來投入到其中,也就成功了一半。</p><p>  而自己掌握的比較差,但我仔細看了看課本,所以在設計此次電源時,我腦海中就有了最初的單元電路,翻模電課本在結(jié)合自己的設計之后我完成了自己的設計,但是在做仿真的時候,本來想先熟悉一下EWB用它來做仿真的,但是

49、掌握了EWB的基本用法之后,發(fā)現(xiàn)其元件庫所含元件太少,尤其是其中沒有LM317,集成穩(wěn)壓器很難找到,所以我又改用了PSPICE來做仿真,但是,由于時間倉促,而且完全不熟悉這個仿真軟件,所以結(jié)果并不是很理想。但是,通過本次設計,懂得了制作過程中電路處理的方法,并了解了直流穩(wěn)壓電源的系統(tǒng)方案論證與選擇和各模塊方案設計與論證,讓我們更進一步的了解到直流穩(wěn)壓電源的工作原理以及它的要求和性能指標,也讓我們認識到在此次設計電路中所在的問題;而通過不

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