直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題目名稱： 直流穩(wěn)壓電源</p><p><b>　　姓 名：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師：</b></p><p><b>　　學(xué) 號(hào)：</b>&l

2、t;/p><p><b>　　班 級(jí)：</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　電子設(shè)備中都需要穩(wěn)定的直流電源，功率較小的直流電源大多數(shù)都是將50Hz的交流電經(jīng)過(guò)整流、濾波和穩(wěn)壓后獲得。整流電路用來(lái)將交流電壓變換為單向脈動(dòng)的直流電壓；濾波電路用來(lái)濾除整流后單向脈動(dòng)電壓中的交流成分，使之成為平

3、滑的直流電壓；穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)輸入交流電源電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。 電子設(shè)備都離不開(kāi)直流電源。許多電子設(shè)備要由電力網(wǎng)上的交流電所變化的直流電來(lái)提供電。根據(jù)電子設(shè)備的不同，對(duì)電源的要求也不一樣。比如說(shuō)，有的電子設(shè)備消耗功率大些，就要求直流電源提供較大的功率；有的電子設(shè)備的工作性能對(duì)電壓波動(dòng)很敏感，就要求電源的輸出電壓要穩(wěn)定、紋波系數(shù)要?。灰灿械囊笾绷麟娫摧敵龅碾妷嚎烧{(diào)。</p>&l

4、t;p>　　關(guān)鍵字：直流穩(wěn)壓電源 輸出電流擴(kuò)展</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、引言1</b></p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)任務(wù)1</b></p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)要求1</b>

5、</p><p><b>　　三、整體構(gòu)思1</b></p><p><b>　　四、具體實(shí)現(xiàn)2</b></p><p>　　1.整流電路方案選擇2</p><p>　　2.濾波電路方案選擇4</p><p>　　3.穩(wěn)壓電路方案選擇7</p><

6、;p>　　五、各部分定性說(shuō)明及定量計(jì)算10</p><p><b>　　設(shè)計(jì)結(jié)果展示11</b></p><p>　　七、問(wèn)題及排除措施13</p><p>　　八、設(shè)計(jì)心得體會(huì)14</p><p><b>　　九、參考文獻(xiàn)14</b></p><p><

7、;b>　　一、引言</b></p><p>　　當(dāng)今社會(huì)人們極大的享受著電子設(shè)備帶來(lái)的便利，但是任何電子設(shè)備都有一個(gè)共同的電路--電源電路。而直流穩(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牡蛪航涣麟姟Ｕ髌靼呀涣麟娮優(yōu)橹绷麟?。?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(jì)主要采用直流穩(wěn)壓構(gòu)成集成穩(wěn)壓電路，通過(guò)變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓

8、過(guò)程將220V交流電，變?yōu)榉€(wěn)定的直流電，并實(shí)現(xiàn)電壓可調(diào)。 </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)方案凝練可行、思路獨(dú)特、效果良好。但是由于設(shè)計(jì)者的水平有限，設(shè)計(jì)過(guò)程中難免有缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，敬請(qǐng)老師給予批評(píng)和指正。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)

9、及要求</b></p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p><b>　　直流穩(wěn)壓電源</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　輸出電壓可以在3—10v連續(xù)調(diào)節(jié)，且輸出電流可擴(kuò)展。</p><

10、p>　　并且要求適當(dāng)考慮如何采取短路保護(hù)措施。并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中切忌由于操作不慎，發(fā)生輸出短路，燒毀變壓器。</p><p><b>　　三、整體構(gòu)思</b></p><p>　　根據(jù)要求設(shè)計(jì)穩(wěn)壓直流電源，輸出電壓在3V到10V之間，所以根據(jù)所學(xué)模擬電子技術(shù)知識(shí)應(yīng)該先有一個(gè)變壓器可將220V交流電轉(zhuǎn)變?yōu)槲覀冊(cè)O(shè)計(jì)電源所需要的電壓大小，所以設(shè)計(jì)電路的最先一部就應(yīng)該是變壓

11、器的變壓了。但是變壓器的種類多多，所以首先我們要選擇變壓器了。</p><p>　　然后已經(jīng)得到了我們所需的交流電壓，接下來(lái)我們叫要考慮怎樣將交流電變換為直流電了，因?yàn)槲覀円龅木褪侵绷鞣€(wěn)壓電源。下一步就應(yīng)該是整流部分了，是交流電轉(zhuǎn)換為直流電。整流電路也是種類繁多所以整流電路就應(yīng)該是我們所考慮的了。</p><p>　　通過(guò)變壓和整流我們所得到的直流電，但是并不符合最后的要求，根據(jù)所學(xué)的知

12、識(shí)我們所得到的直流電還是會(huì)隨著電網(wǎng)電壓的變換而變化，不是一個(gè)穩(wěn)定的直流電，因此緊接著需要做的就是濾波電路和穩(wěn)壓電路。</p><p>　　經(jīng)過(guò)這幾步我們進(jìn)行組合我們已經(jīng)能夠得到一個(gè)穩(wěn)壓直流電源了。如圖1</p><p><b>　　圖 1</b></p><p><b>　　具體實(shí)現(xiàn)</b></p><

13、p>　　對(duì)直流穩(wěn)壓電路的四部分電路進(jìn)行方案設(shè)計(jì)選擇，四部分電路分別是電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路。</p><p><b>　　整流部分的選擇</b></p><p>　　整流電路部分可供選擇的有兩個(gè)方案。</p><p>　　方案一、單相半波整流電路</p><p>　　方案二、單相橋式整流電路<

14、;/p><p>　　方案一單相半波整流電路如圖2</p><p><b>　　工作原理：</b></p><p><b>　　圖4-1</b></p><p>　　設(shè)變壓器副邊電壓的有效值為U2。則其瞬時(shí)值 在的正半周，A點(diǎn)為正，B點(diǎn)為負(fù)，二極管導(dǎo)通，電流從A流出，經(jīng)過(guò)二極管D和負(fù)載電阻流入B點(diǎn)，。在的

15、負(fù)半周，B點(diǎn)為正，A點(diǎn)為負(fù)，二極管外加反向電壓，因而處于截止?fàn)顟B(tài)，。負(fù)載電阻電阻的電壓和電流都具有單一方向脈動(dòng)的特性。</p><p><b>　　主要參數(shù)：</b></p><p><b>　　S愈大脈動(dòng)愈大</b></p><p>　　特點(diǎn)：半波整流電路有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用的元件少等優(yōu)點(diǎn)，但是輸出波形脈動(dòng)大，直流成分低；變

16、壓器有半個(gè)周期不導(dǎo)電，利用率低；變壓器電流含有直流成分，容易飽和，輸出電流小。</p><p>　　方案二單向橋式整流如圖3</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　工作原理：設(shè)變壓器副邊有效值為U2則瞬時(shí)值U2sin。當(dāng)U2位正半周時(shí)，電流有A點(diǎn)流出，經(jīng)過(guò)D1.RL.D3流入B點(diǎn)，因而負(fù)載電阻RL上的電壓等于變壓器副邊電

17、壓即U0=U2，D2、D4管承受的反相電壓為-U2，當(dāng)U2為負(fù)半周時(shí)，電流由B點(diǎn)流出經(jīng)D2、RL、D4流入A點(diǎn)，負(fù)載電阻RL上的電壓等于-U2，D3、D1承受的反相電壓為U2。由于D1、D3和D2、D4兩隊(duì)二極管交替導(dǎo)通，致使負(fù)載電阻RL上在U2的整個(gè)周期都有電流（反向不變）通過(guò)。單向橋式整流帶電路采用了四只二極管組成了電橋電路。四只二極管每?jī)芍惠喠鞴ぷ鳎瓿闪藢?duì)支流電源的整流作用，輸出為全波脈動(dòng)電壓。橋式整流電路輸出波形脈動(dòng)較小，輸出

18、電壓高，對(duì)二極管的要求低，但是相對(duì)于半波整流他的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。 </p><p>　　綜上所述兩種方案，單向橋式整流電路更實(shí)用效率高要求低，所以選擇橋式整流電路作為整流部分。</p><p><b>　　濾波電路的選擇</b></p><p>　　根據(jù)所學(xué)知識(shí)并查文獻(xiàn)一，濾波電路部分主要有五種方案。分別是電容濾波、電感濾波、LC濾波、型濾波、

19、型濾波</p><p>　　方案一電容濾波如圖5</p><p><b>　　圖5</b></p><p>　　工作原理：在U2的正半周，當(dāng)D1、D2導(dǎo)通時(shí)，除了有一個(gè)電流i0流向負(fù)載外同時(shí)還有一個(gè)電流ic流向電容充電，電容電壓Uc的極性為上正下負(fù)，如果忽略二極管內(nèi)的電阻，則在二極管導(dǎo)通時(shí)Uc=U0=U2，當(dāng)U2達(dá)到最大值時(shí)開(kāi)始下降，此時(shí)電容上

20、的電壓UC也將由于放電開(kāi)始下降，當(dāng)Uc=U2時(shí)二極管D1、D2倍反向偏執(zhí)，因而不導(dǎo)電，于是Uc以一定得規(guī)律下降。</p><p>　　特點(diǎn)：電容濾波的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單因而常被采用。電容濾波適用于小電流負(fù)載，它的外特性比較軟，采用時(shí)二極管中將流過(guò)較大的沖擊電流。</p><p>　　方案二電感濾波如圖6</p><p><b>　　圖6</b></

21、p><p>　　工作原理：當(dāng)輸出電流發(fā)生變化時(shí)，L中將感應(yīng)出一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)，其方向?qū)⒆柚闺娏靼l(fā)生變化。在半波整流中，這個(gè)反電動(dòng)勢(shì)將是整流管的導(dǎo)通角大于180度，在橋式整流中在U2極性由正變負(fù)后，雖然L上的反電勢(shì)有助于D1、D2繼續(xù)導(dǎo)電，但是由于此時(shí)D3、D4導(dǎo)電，變壓器二次電壓全部加在D1、D2兩端，是D1、D2反向截止。</p><p>　　特點(diǎn)：降低了輸出電壓的脈動(dòng)成分。外特性比較硬。電流輸

22、出波形比較平滑，避免了產(chǎn)生較大的沖擊電流。</p><p>　　缺點(diǎn)：輸出電壓較低，設(shè)備比較笨重。</p><p>　　方案三LC濾波電路如圖7</p><p>　　工作原理：實(shí)際上是電感和電容基本特性的組合利用輸出電壓的交流成分絕大部分降落在電感上，電容C對(duì)交流接近于短路，由于整流后先進(jìn)行電感濾波，總特性與電感濾波電路相近。</p><p>

23、;　　LC濾波電路外特性比較好，輸出電壓對(duì)負(fù)載影響小，電感元件限制了電流的脈動(dòng)峰值，減小了對(duì)整流二極管的沖擊。</p><p>　　方案四LC-∏型濾波電路如圖8</p><p><b>　　圖8</b></p><p>　　工作原理：輸出電壓經(jīng)過(guò)電容C1，濾除了交流成分后，在經(jīng)過(guò)電感濾波，電容C2上的交流成分減少，因此濾波電路的輸出波形更加平

24、滑，</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)比僅有LC濾波時(shí)更小，波動(dòng)更加平滑。</p><p>　　缺點(diǎn)：鐵芯電感體積大，笨重，成本高，使用不便。整流管沖擊電流較大，外特性比較軟。</p><p>　　方案五RC-∏型濾波電路如圖9</p><p><b>　　圖9</b></p><p>

25、;　　工作原理：電阻對(duì)交流和直流成分均產(chǎn)生壓降，所以會(huì)使輸出電壓下降，電容C1濾波后的輸出電壓絕大部分降在電阻RL上，RL越大，C2越大，濾波效果越好。</p><p>　　缺點(diǎn)：適用于負(fù)載電流較小而又要求電壓脈動(dòng)成分小的場(chǎng)合。</p><p>　　綜上五種方案選用方案一電容濾波比較好。</p><p><b>　　穩(wěn)壓電路的選擇</b><

26、;/p><p>　　根據(jù)所學(xué)知識(shí)及查閱文獻(xiàn)一，主要的穩(wěn)壓電路方案有兩種。</p><p>　　方案一：串聯(lián)型穩(wěn)壓電路</p><p>　　方案二：三端穩(wěn)壓電路</p><p>　　方案一串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖10</p><p><b>　　圖10</b></p><p><

27、b>　　工作原理：</b></p><p><b>　　1、采樣電阻</b></p><p>　　有電阻R1、R2、R3組成。當(dāng)輸出電壓發(fā)生變是，采樣電阻對(duì)變化量進(jìn)行采樣，并傳送到放大電路的反相輸入端。</p><p><b>　　2、放大電路</b></p><p>　　放大電路

28、A的作用是將采樣電阻送來(lái)的變化量進(jìn)行放大，然后傳送到調(diào)整管的基極。</p><p><b>　　3、基準(zhǔn)電壓</b></p><p>　　基準(zhǔn)電壓由穩(wěn)壓管VDz提供，接在放大電路的同相輸入端。采樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，得到的差值再由放大電路進(jìn)行放大。</p><p><b>　　4、調(diào)整管</b></p>

29、<p>　　調(diào)整管接在輸入直流電壓U1與輸出端的負(fù)載電阻Rl之間，當(dāng)輸出電壓Uo發(fā)生被動(dòng)時(shí)，調(diào)整管的集電極電壓產(chǎn)生相應(yīng)的變化，使輸出電壓基本上保持穩(wěn)定。</p><p>　　當(dāng)UI增大或IL減小而導(dǎo)致輸出電壓UO增大，則通過(guò)采樣以后反饋到放大電路反相輸入端的電壓UF也按比例的增加，但同相輸入端的基準(zhǔn)電壓UZ保持不變，放大電路的差模輸入電壓UID=UZ-UF將減小，于是放大電路的輸出電壓減小，使調(diào)整管的基

30、極輸出電壓UBE減小，則調(diào)整管的集電極電流IC隨之減小，同時(shí)集電極電壓UCE增大，最后使輸出電壓UO保持基本不變。以上穩(wěn)壓過(guò)程可簡(jiǎn)明表示：</p><p>　　UI↑或IL↓→UO↑→UF↑→UID↑→UBE↓→IC↓→UCE↓→UO↑</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：輸出電壓在一定范圍內(nèi)可以調(diào)整。</p><p>　　缺點(diǎn)：所用元器件比較多，比較復(fù)雜。</p>

31、;<p>　　方案二利用三端穩(wěn)壓器構(gòu)成的輸出電壓可調(diào)的的穩(wěn)壓電路</p><p>　　三端集成穩(wěn)壓器W78XX系列介紹如圖11</p><p>　　1 W78XX 2 </p><p>　　3 圖11</p><p>　　最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端，故稱之為三端集

32、成穩(wěn)壓器。W7800系列三端固定電壓穩(wěn)壓器、W117可調(diào)電壓型三端穩(wěn)壓器其內(nèi)部是采用串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路的硅片封裝在普通功率管的外殼內(nèi)，內(nèi)部集成有短路和過(guò)熱自我保護(hù)電路。W7800系列三端固定電壓集成穩(wěn)壓器引腳功能。1端是輸入端2端是輸出端3端是公共端。</p><p>　　三端集成穩(wěn)壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖12</p><p><b>　　圖12</b></

33、p><p>　　利用三端穩(wěn)壓器構(gòu)成的輸出電壓可調(diào)的的穩(wěn)壓電路如圖13</p><p><b>　　圖13</b></p><p>　　由于設(shè)計(jì)任務(wù)要求電路可以擴(kuò)展電流，故采用方案二，并加晶體管擴(kuò)展電流</p><p>　　通過(guò)以上各部分電路的選擇，最后設(shè)計(jì)的總體電路如下圖所示</p><p>　　各部

34、分定量計(jì)算以及元件的選擇</p><p><b>　　電源變壓器的計(jì)算：</b></p><p>　　一般調(diào)整管的飽和管壓降在2V—3V左右，而輸出最大電壓要求為10V，以飽和管壓降為3V計(jì)算，為了使調(diào)整管工作在放大區(qū)，則最小輸出電壓不能小于13V，為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，可選擇220V—15V的變壓器。取最大輸出電流為1A，則功率P=UI=15W，故選取220V—15V，功率

35、為20W的變壓器。</p><p>　　單橋整流中二極管的計(jì)算：</p><p>　　由于U=15V，所以最高反向工作電壓=21.21V.</p><p>　　最大整流平均電流為=/2=500mA</p><p>　　通過(guò)查手冊(cè)，選擇1N4001，具體參數(shù)如下圖</p><p><b>　　濾波電容C的計(jì)算：

36、</b></p><p>　　=15V，=1.2=18V</p><p>　　則求得=18，求得C=1670uF至2780uF。選取標(biāo)準(zhǔn)值2200uF</p><p>　　穩(wěn)壓電路部分的計(jì)算：</p><p>　　三端穩(wěn)壓塊選擇LM117K 其具體參數(shù)為1.2V to 37V三端正可調(diào)穩(wěn)壓器</p><p>

37、;　　運(yùn)算放大器選擇UA741CP，其工作電壓Max. (V):36，工作電壓Min. (V):7，符合本電路要求</p><p>　　電容的選擇，=0.1uF,=1uF</p><p><b>　　電阻的選擇：由公式</b></p><p>　　以及任務(wù)要求3V—10V，故選擇分別為240 500 1100。</p><p

38、>　　5、總結(jié)以上所需元件，列原件清單如下圖：</p><p><b>　　設(shè)計(jì)結(jié)果展示：</b></p><p><b>　　1、總電路圖：</b></p><p><b>　　最小電流輸出：</b></p><p><b>　　最大電壓輸出：</b&g

39、t;</p><p>　　因此本設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)任務(wù)要求3V—10V的調(diào)節(jié)，且輸出電流可擴(kuò)展。</p><p>　　七、遇到的問(wèn)題及排除措施</p><p>　　1、起初穩(wěn)壓電路的選擇上出現(xiàn)問(wèn)題，剛開(kāi)始選擇的是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，雖然輸出電壓可以在3V—10V進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是輸出電流不可擴(kuò)展。原因是考慮方案時(shí)沒(méi)有全局觀念。</p><p>　　2、選擇

40、三端穩(wěn)壓塊時(shí)有錯(cuò)誤，導(dǎo)致輸出電壓不可以在3V—10V之間調(diào)節(jié)。因此在選擇芯片前要詳細(xì)了解芯片的詳細(xì)參數(shù)以及使用條件。</p><p><b>　　八、設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)，我終于理解了理論聯(lián)系實(shí)踐的重要性，尤其是在電子技術(shù)方面。這次的課程設(shè)計(jì)讓我收獲很多。不僅增強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力而且也使我們對(duì)課本知識(shí)有了更深入的認(rèn)識(shí)。</p&

41、gt;<p>　　通過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)，我總結(jié)了一下幾點(diǎn)：</p><p>　　第一，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要有耐心，遇到問(wèn)題時(shí)要沉住氣，不能浮躁，要耐心認(rèn)真找出問(wèn)題及時(shí)改正。</p><p>　　第二，設(shè)計(jì)過(guò)程要有全局觀念，并要有一絲不茍的認(rèn)真態(tài)度。</p><p>　　第三，團(tuán)隊(duì)合作很關(guān)鍵，在一個(gè)團(tuán)隊(duì)內(nèi)，分工要明確，遇到問(wèn)題應(yīng)該一起討論一起解決，團(tuán)隊(duì)合作是保證

42、設(shè)計(jì)完成的關(guān)鍵因素。</p><p>　　此次設(shè)計(jì)加強(qiáng)了我們對(duì)設(shè)計(jì)的興趣。在這中我們認(rèn)識(shí)到做什么都要有一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和不畏艱難的心態(tài)才可能成功。同時(shí)也為以后的設(shè)計(jì)打堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　九、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　畢滿清 《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》 北京：電子工業(yè)出版社，2008.6</p><p