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文檔簡介
1、<p> 直流穩(wěn)壓電源的課程設(shè)計(jì)</p><p><b> 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><p><b> ?。ㄒ唬┛偟闹笇?dǎo)思想</b></p><p> 對(duì)本次課程設(shè)計(jì),原則上指導(dǎo)老師只給出大致的設(shè)計(jì)要求,在設(shè)計(jì)思路上不框定和約束同學(xué)們的思維,所以同學(xué)們可以發(fā)揮自己的創(chuàng)造性,有所發(fā)揮,并力求設(shè)計(jì)方案凝練
2、可行、思路獨(dú)特、效果良好。</p><p> (二)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)</p><p> 1、掌握電子電路分析和設(shè)計(jì)的基本方法。包括:根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和指標(biāo)初選電路;調(diào)查研究和設(shè)計(jì)計(jì)算確定電路方案;選擇元件、安裝電路、調(diào)試改進(jìn);分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。</p><p> 2、掌握直流穩(wěn)壓電源的原理及其應(yīng)用。</p><p> 3、學(xué)
3、會(huì)選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器來設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓源。</p><p> 4、掌握直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測試方法。</p><p> 5、 完成全電路理論設(shè)計(jì)、繪制電路圖;</p><p><b> 主要技術(shù)指標(biāo)</b></p><p> 輸入電壓:220V±10%</p&g
4、t;<p> 輸出電壓U0: 正負(fù)12V或正負(fù)9V</p><p> 最大輸出電流:I0m: 0.5A</p><p> 穩(wěn)壓系數(shù):≤0.05</p><p> 輸出紋波電壓: ≤10mV</p><p><b> 方案設(shè)計(jì)與論證</b></p><p> 方案總的思路如
5、下:直流穩(wěn)壓電源一般由直流電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成,基本框圖如下。</p><p><b> 1、整流部分 </b></p><p> 此實(shí)驗(yàn)的整流部分主要采用橋式電路,即由四個(gè)二極管交叉而成。但使用二極管時(shí)應(yīng)注意以下問題:</p><p> 1) 最大整流電路 If指二極管長期運(yùn)行允許通過的最大正向平均電流。若使用時(shí)超過
6、此值,有可能燒壞二極管。</p><p> 2) 最高反向工作電壓Urm指允許施加在二極管兩端的最大方向電壓通常為擊穿電壓的一半。</p><p> 3) 反向電流Ir指二極管未擊穿時(shí)的反向電流值。其值會(huì)隨溫度的升高而急劇增加,其值越小,二極管的單向?qū)щ娦栽胶?。但是反向電流值?huì)隨溫度的上升而顯著增加。</p><p> 4) 最高工作頻率f指保證二極管單向?qū)щ?/p>
7、時(shí)的最高導(dǎo)電頻率。當(dāng)工作頻率超過其限度時(shí),二極管的單向?qū)щ娦阅芫蜁?huì)變差。</p><p> 其實(shí)橋式整流電路相當(dāng)于理想二極管,即正偏時(shí)導(dǎo)通,電壓降為零,相當(dāng)于理想開關(guān)閉合;反偏時(shí)截止,電流為零,相當(dāng)于理想開關(guān)斷開。整流電路包括單向半波整流電路和橋式整流電路。半波整流電路結(jié)構(gòu)簡單,使用元件少,但整流效率低,輸出電壓脈動(dòng)大。因此,它只適用于要求不高的場合。為了克服半波整流的缺點(diǎn),常采用橋式整流電路。 </p&
8、gt;<p><b> 2、濾波部分 </b></p><p> 整流電路將交流電變?yōu)槊}動(dòng)直流電,但其中含有大量的交流成分(稱為紋波電壓)。為了獲得平滑的直流電壓,應(yīng)在整流電路的后面加接濾波電路,以濾去交流部分。</p><p> 此電路采用的是電容濾波電路,即在橋式整流電路輸出端與負(fù)載之間并聯(lián)一個(gè)大電容。原理如下:</p><
9、p> 在整流電路采用電容濾波后使二極管得到的時(shí)間縮短,由于電容C充電的瞬時(shí)電流較大,形成了浪涌電流,容易損壞二極管,故在選擇二極管時(shí),必須留有足夠的電流裕量,以免燒壞。</p><p><b> 3、 穩(wěn)壓部分 </b></p><p> 穩(wěn)壓器采用78L05系列即輸出電壓值5伏,屬于三段固定輸出集成穩(wěn)壓,兩邊輸入輸出中間接地。為了防止電流或電壓過大用二極
10、管并聯(lián)穩(wěn)壓器,當(dāng)電流、電壓過大時(shí)二極管起到開關(guān)作用對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。</p><p><b> <1>.方案一</b></p><p> 采用變壓器、二極管、集成運(yùn)放,電阻、穩(wěn)壓管、三極管等元器件。220V的市電經(jīng)變壓器變壓后變成電壓值較小的交流,再經(jīng)橋式整流電路和濾波電路形成直流,穩(wěn)壓部分采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。比例運(yùn)算電路的輸入電壓為穩(wěn)定電壓,且比例系數(shù)可
11、調(diào),所以其輸出電壓也可以調(diào)節(jié);同時(shí),為了擴(kuò)大輸出大電流,集成運(yùn)放輸出端加晶體管,并保持射極輸出形式,就構(gòu)成了具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。</p><p><b> <2>.方案二</b></p><p> 變壓、整流和濾波電路與方案一相同,穩(wěn)壓部分采用集成穩(wěn)壓器。LM7812和LM7812為三端可調(diào)式穩(wěn)壓器,內(nèi)部具有過熱和過流保護(hù)電路,而且性能穩(wěn)定,
12、輸出電壓-12V和+12V,因此可以達(dá)到本設(shè)計(jì)要求。</p><p><b> <3>.方案論證</b></p><p> 由于器件所限,不是所有的都能找到,故兒傾向于簡單的集成電路。而且LM7812和LM7912的價(jià)格低廉。從經(jīng)濟(jì)性和電路制作的難易性,方案地二都比方案一可行。</p><p> 從電路的可靠及性能上分析,一個(gè)
13、是分立元件,一個(gè)是集成芯片,顯然是采用集成芯片的可靠性要高、性能穩(wěn)定,所以我還是選擇方案二。</p><p> 單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算</p><p> 1、根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的性能指標(biāo),選擇集成三端穩(wěn)壓器。 </p><p> 因?yàn)橐筝敵鲭妷嚎烧{(diào),所以選擇三端集成穩(wěn)壓器??刹捎眉呻娐罚?812、7912或7809、7909)。我使用了7812(+12V)和7
14、912(-12V),在使用時(shí)應(yīng)注意其管腳如下圖:</p><p> ?。?812,左端為輸入,中間為接地(公共端),右邊為輸出)</p><p> ?。?912,左端為接地(公共端),中間為輸入,右邊為輸出)</p><p> 2、整流、濾波電路設(shè)計(jì)</p><p> 首先確定整流電路結(jié)構(gòu)為橋式電路;濾波選用電容濾波。</p>
15、<p> 電路的輸出電壓UI應(yīng)滿足下式:</p><p> U≥Uomax+(UI-UO)min+△UI</p><p> 式中,Uomax((12V)為穩(wěn)壓電源輸出最大值;(UI-UO)min為集成穩(wěn)壓器輸入輸出最小電壓差;URIP為濾波器輸出電壓的紋波電壓值(一般取UO、(UI-UO)min之和10%);△UI為電網(wǎng)波動(dòng)引起的輸入電壓的變化(一般取UO、(UI-UO
16、)min、URIP之和的10%)。</p><p> 對(duì)于集成三端穩(wěn)壓器,當(dāng)(UI-UO)min=2~10V時(shí),具有較好的穩(wěn)壓特性。故濾波器輸出電壓值:UI≥9+3+1.8+1.98≥16(V),取 UI =16V.根據(jù)UI可確定變壓器次級(jí)電壓 U2。</p><p> U2=UI/ 1.1~1.2≈(15V)。</p><p> 在橋式整流電路中,變壓器
17、,變壓器次級(jí)電流與濾波器輸出 電流的關(guān)系為:I2=(1.5~2)II≈(1.5~2)IO=1.5×0.2=0.3(A).取變壓器的效率η=0.8,則變壓器的容量為:</p><p> P=U2I2/η=15×0.3/0.8=5.625(W)</p><p> 所以選擇容量為7W的變壓器。</p><p> 因?yàn)榱鬟^橋式電路中每只整流二極管的
18、電流為:</p><p> ID=1∕2Imax=1/2IOmax=1/2×0.5=0.25(A)</p><p> 每只整流二極管承受的最大反向電壓為:</p><p> 所以選用二極管IN4007,可以滿足要求。</p><p> 一般濾波電容的設(shè)計(jì)原則是,取其放電時(shí)間常數(shù)RLC是其充電周期的確3~5倍。對(duì)于橋式整流電路
19、,濾波電容C的充電周期等于交流周期的一半,即 RLC≥(3~5)T/2=3~5/2f,</p><p> 由于ω=2πf,故ωRLC≥(3~5)π,取ωRLC=3π則C=3π/ωRL</p><p> 其中RL=UI/II,所以濾波電容容量為</p><p> C=3πII/2πfUI=(3π×0.2)/ 2π×50×16=37
20、5×10-6(μF)</p><p> 取C=470µF。電容耐壓值應(yīng)考慮電網(wǎng)電壓最高、負(fù)載電流最小時(shí)的情況。</p><p> UCmax=1.1×U2max=1.1××15≈23.3(V)</p><p> 綜合考慮濾波電容可選擇C=470µF,25V的電解電容。</p><p
21、> 3、輸出的紋波電壓用交流毫伏表可測得。</p><p> 4、最大輸出電流:接入一定的阻值的滑動(dòng)變阻器,使其電壓降到10V時(shí),測出此時(shí)滑動(dòng)變阻器的阻值。</p><p> 5、穩(wěn)壓系數(shù): S=(輸出電壓的變化量ΔUo /輸出電壓Uo)/(輸入電壓的變化量ΔUi /輸入電壓Ui)</p><p><b> 仿真過程與仿真結(jié)果</b
22、></p><p> 總原理圖及元器件清單</p><p><b> 總原理圖</b></p><p><b> 元件清單</b></p><p><b> 安裝與調(diào)試</b></p><p><b> 1.焊接 </b&
23、gt;</p><p><b> 工具:電烙鐵</b></p><p> 在已做好的電路板上涂一層助焊劑,對(duì)照原理圖將元件安裝在電路板上,檢查元件位置是否正確。檢查無誤后,用電烙鐵將每個(gè)元件用焊錫焊牢,保證每個(gè)元件不虛焊。在焊元件時(shí)根據(jù)不同元件耐熱性能盡量減少焊接時(shí)間。焊接完畢后用萬用表檢查是否斷路和短路。</p><p><b>
24、; 2.調(diào)試</b></p><p> 工具:萬用表、交流毫伏表、滑動(dòng)變阻器</p><p> 接入220V交流電壓,檢查電路看是否有異?,F(xiàn)象,沒有,然后用萬用表檢查輸出端電壓為正常,接上交流毫伏表觀察其交流紋波電壓,紋波電壓較小也為正常。</p><p><b> 性能測試與分析</b></p><p&
25、gt;<b> 1、 測試:</b></p><p> 用萬用表測得:正端電壓為+11.96V,負(fù)端電壓為-11.95V, 交流毫伏表觀察得到其紋波電壓=正端0.28mV,負(fù)端0.24mV;最大輸出電流:(10V)/(電阻18.5歐)=0.54A ;穩(wěn)壓系數(shù):(正端)S =(ΔUo /Uo) /(ΔUi /Ui) =[(11.96-11.94)/11.94]/[(20-13.5)/13.
26、5]=0.0035<0.05 ; </p><p><b> 2、分析:</b></p><p> 用交流毫伏表測量其有效值,但因紋波不是正弦波,所以有一定的誤差;</p><p> 由于在電路板的導(dǎo)線會(huì)導(dǎo)致一定的誤差;讀數(shù)也存在一定的誤差;</p><p><b>
27、 結(jié)論與心得</b></p><p> 這次實(shí)訓(xùn)是鞏固和運(yùn)用在《模擬電子技術(shù)》中所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能,基本掌握常用模擬電路的一般設(shè)計(jì)方法,提高設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手能力,為以后從事電子電路設(shè)計(jì)、研制電子產(chǎn)品打下基礎(chǔ)。</p><p> 在次過程中,有些部分布線不夠好,沒有經(jīng)驗(yàn),還有就是焊接,焊接時(shí)老感到電路板對(duì)錫絲的吸附力太差,因此出現(xiàn)了焊焦的情況,當(dāng)然也存在我自己的焊接技術(shù)問
28、題,但通過這次的自己焊接進(jìn)一步鞏固了自己在焊接方面的能力??偟恼f,通過本次直流穩(wěn)壓源的設(shè)計(jì),真正體驗(yàn)到了一個(gè)設(shè)計(jì)從前期的找資料到自己設(shè)計(jì)電路圖,自己焊接,自己調(diào)試這樣一個(gè)一個(gè)完整的設(shè)計(jì)過程。在這個(gè)過程里將以前所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了綜合的運(yùn)用,發(fā)現(xiàn)了自己很多不足的地方,理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用之間的距離也充分的體現(xiàn)了出來。當(dāng)然,更多的是學(xué)到了很多的東西,為以后的設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。</p><p> 從中我明白了應(yīng)注意一下幾點(diǎn):&
29、lt;/p><p> 1.焊接時(shí)要對(duì)各個(gè)功能模塊電路進(jìn)行單個(gè)測試,需要時(shí)可設(shè)計(jì)一些臨時(shí)電路用于調(diào)試。 </p><p> 2.測試電路時(shí),必須要保證焊接正確,才能打開電源,以防元器件燒壞。 </p><p> 3.注意LM7812和LM7912芯片的輸入輸出管腳和橋式整流電路中二極管的極性,不應(yīng)反接。 </p><p> 4. 按照原理圖
30、焊接時(shí)必須要保證可靠接地。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1] 華成英 童詩白主編, <<模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)>>,第四版,清華大學(xué)電子學(xué)教研組。</p><p> [2] 康華光主編,<<電子技術(shù)基礎(chǔ)>>,高等教育出版社。 </p><p&
31、gt; [3] 謝自美主編,<<電子線路設(shè)計(jì)>> ,第二版,華中科技大學(xué)出版社。</p><p> [4] 張萬奎主編,<<模擬電子技術(shù)>>,湖南大學(xué)出版社。</p><p> [5] 李萬臣主編,《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》</p><p> [6] 康華光主編,<<電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分)
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