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文檔簡介
1、<p><b> 一、技術(shù)要求</b></p><p> 主要技術(shù)指標和要求:</p><p> ?。?)輸出直流電壓U0的調(diào)節(jié)范圍為3—12V,且連續(xù)可調(diào);</p><p> ?。?)最大輸出電流ILM≤200mA;</p><p> ?。?)穩(wěn)壓系數(shù)Sr<10%;</p><p
2、> (4)具有過流保護功能。(選做)</p><p><b> 二、 設(shè)計摘要</b></p><p> 電源是各種電子、電氣設(shè)備工作的動力,是自動化不可或缺的組成部分。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要采用交流電,而在電子線路和自動化控制中還需要穩(wěn)定的直流電。為了得到直流電除了直流發(fā)電機外多采用直流穩(wěn)壓電源,目前廣泛采用各種半導體直流電源。</p><
3、;p> 本文設(shè)計的是輸出 3—12V 連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源,最大輸出電流為200mA,而多數(shù)直流穩(wěn)壓電源都是利用電網(wǎng)的交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓環(huán)節(jié)而獲得。所以采用LM317 集成器件。集成穩(wěn)壓器具有體積小,外接線路簡單、使用方便、工作可靠和通用性等優(yōu)點,因此在各種電子設(shè)備中應用十分普遍。集成穩(wěn)壓器的種類很多,應根據(jù)設(shè)備對直流電源的要求來進行選擇。對于大多數(shù)電子儀器、設(shè)備和電子電路來說,通常是選用串聯(lián)線性集成穩(wěn)壓器。而在
4、這種類型的器件中,又以三端式穩(wěn)壓器應用最為廣泛。</p><p> 三、總體設(shè)計方案論證及選擇</p><p><b> 1、總體設(shè)計思路</b></p><p> 直流穩(wěn)壓電源一般由整流變壓器、整流電路、濾波電路以及穩(wěn)壓環(huán)節(jié)組成。</p><p> ?。?)選用合適的電源變壓器將電源電壓變換為符合整流所需要的電壓
5、;</p><p> ?。?)降壓后的交流電壓通過整流電路變換為單向脈動電壓,其整流元件(如二極管,晶閘管)所以能整流,是因為它們都具有單向?qū)щ姷墓餐匦裕?lt;/p><p> ?。?)整流后的電壓再經(jīng)過濾波器減小其脈動程度以符合負載的需要;</p><p> ?。?)將濾波后的直流電壓通過穩(wěn)壓電路以得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。其作用是是在交流電源電壓波動或負載變動時,使
6、直流輸出電壓穩(wěn)定。</p><p><b> 2、設(shè)計方案</b></p><p> 方案一:有固定式三端穩(wěn)壓器構(gòu)成</p><p> 該方案由固定式三端穩(wěn)壓器(7805、7905)組成的直流穩(wěn)壓電源與串聯(lián)式直流電源的工作原理基本相同,集成穩(wěn)壓器有三個端子:輸入、輸出、公共端。輸入端接整流電路,輸出端接負載;公共端接輸入輸出公共連接點。為
7、使它工作穩(wěn)定須在輸入輸出端之間并接一個電容,以解決輸入端因較長接線的電感效應所產(chǎn)生的自激振蕩和輸出瞬態(tài)響應的問題。選用該種集成穩(wěn)壓器具有安全可靠、接線簡單、維護方便等優(yōu)點。但是為了符合設(shè)計要求,必須要將固定式三端穩(wěn)壓器(7805,7905)結(jié)合運算放大器才能改造成輸出電壓可調(diào)的電路。</p><p> 方案二:晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路</p><p> 晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路。電路框
8、圖如下圖所示,該電路中,輸出電壓U0經(jīng)取樣電路取樣后得到取樣電壓,取樣電壓與基準電壓進行比較得到誤差電壓,該誤差電壓對調(diào)整管的工作狀態(tài)進行調(diào)整,從而使輸出電壓發(fā)生變化,該變化與由于供電電壓U1發(fā)生變化引起的輸出電壓的變化正好相反,從而保證輸出電壓U0為恒定值(穩(wěn)壓值)。因輸出電壓要求從3V起實現(xiàn)連續(xù)可調(diào),因此要在基準電壓處設(shè)計輔助電源,用于控制輸出電壓能夠從3V開始調(diào)節(jié)。</p><p> 方案三:采用A/D和
9、D/A設(shè)計(通過查資料獲知)</p><p> 此方案控制部分采用單片機,原理框如下圖所示。A/D轉(zhuǎn)換之后經(jīng)過功率放大得到輸出電壓。然后再經(jīng)過單片機編程,一定程度上增加系統(tǒng)的靈活性。該電源穩(wěn)定好、精度高、波紋小、效率和密度比較高、可靠性也不錯且能夠輸出可調(diào)的直流電壓,其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。</p><p> 方案四:三端可調(diào)穩(wěn)壓電源設(shè)計</p><p&g
10、t; 該方案由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,它能連續(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,同時為了達到設(shè)計要求,即輸出從3V,我們需要在可變電位器之前加上一個定值電阻R1, 以使輸出電壓能從3V開始。由基爾霍夫電壓定律可得V0=1.25[1+(R1+RP)/R]。</p><p> 3、各種方案論證分析及選擇&
11、lt;/p><p> 方案一:采用三端固定穩(wěn)壓電源,因為運算放大器對輸出電流有一定的限制,通常情況下難以滿足輸出最大電流為200mA的要求,因此對運算放大器的選擇有一定的限制。同時又因為7805、7905固定輸出5V電壓,并經(jīng)過運放和分壓電阻調(diào)整后達到輸出端,由基爾霍夫電壓定律可得U0=(1+R2/R1)U05,后通過計算發(fā)現(xiàn),使用固定集成穩(wěn)壓器78xx,79xx系列無法達到設(shè)計輸出起步為3V的要求(其最低輸出電壓
12、為5V),因此,該方案不可取。 </p><p> 方案二:根據(jù)要求電壓從3V起實現(xiàn)連續(xù)可調(diào),因此要在基準電壓處設(shè)計輔助電源,用于控制輸出電壓能夠從3V開始調(diào)節(jié)。再之單純的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源電路很簡單,但增加輔助電源后,電路比較復雜,由于都采用分立元件,電路的可靠性難以保證。</p><p> 方案三:采用單片機實現(xiàn)功能電源穩(wěn)定性好、精度高,性能優(yōu)于傳統(tǒng)
13、的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源,但是電路比較復雜,成本較高,使用于要求較高的場合。在實際中,如果對電路的要求不太高(這種情況較多),多不考慮該種方案。</p><p> 方案四:采用可調(diào)三端集成穩(wěn)壓電路,該穩(wěn)壓器的基準電壓為 1.25V,通過R1的分壓調(diào)節(jié)電位器RP可實現(xiàn)電壓從3V起連續(xù)可調(diào)。所用元件較少,結(jié)構(gòu)簡單,成本較低,組裝方便且可靠性較高,此外,它的線性調(diào)整率和負載調(diào)整率也比標準的固定穩(wěn)壓器好,它能夠很好的滿足實際
14、中大多數(shù)情況下的要求。綜合各方案分析顯然最后一種方案較為合理。</p><p> 四、設(shè)計方案原理框圖、總體電路原理圖及說明</p><p><b> 1、原理框圖</b></p><p> 下圖為直流穩(wěn)壓電源設(shè)計方案的原理框圖,它表示把交流電變換為直流電的過程。包括變壓電路、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路。</p><
15、p><b> 2、總體電路圖</b></p><p><b> 3、說明</b></p><p> 如電路圖所示,在輸入端加上 220V 交流電壓經(jīng)過變壓器變壓之后得到合適的電壓;將降壓后的交流電壓通過整流電路變換為單向脈動電壓。其中的整流元件(晶體二極管);整流后的單向脈動電壓經(jīng)濾波后減小了電壓的脈動程度,逐漸達到負載的需要;經(jīng)過濾
16、波后的電壓最后再由穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓之后將會輸出直流電 U0。而穩(wěn)壓環(huán)節(jié)是該方案的核心部分,根據(jù)要求輸出電壓從3V起可變輸出,而我們在穩(wěn)壓部分選用的 LM317輸出的基準電壓為 1.25V,同時結(jié)合分壓電阻R1和可調(diào)電位器RP,實現(xiàn)電壓從 3V 起可連續(xù)輸出的功能。</p><p><b> 五、單元電路設(shè)計</b></p><p><b> 1、整流變壓電路
17、</b></p><p> ①功能作用以及原理圖:電源變壓器是將來自電網(wǎng)的 220V 交流電壓變換為符合整流所需要的電壓。</p><p> ?、谧儔浩鲄?shù)計算以及選取:設(shè)LM317 輸入電壓為Ui則</p><p> 集成穩(wěn)壓器的輸出電壓應與穩(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,穩(wěn)壓器的輸入電壓范圍為:</p>
18、<p> 式中,——最大輸出電壓;</p><p><b> ——最小輸出電壓;</b></p><p> ——穩(wěn)壓器的最小輸入電壓差;</p><p> ——穩(wěn)壓器的最大輸入電壓差;</p><p> 已知:U0min=3V ,U0max=12V </p><p> U
19、i-U0max≥(Ui-U0)min Ui-U0min≤(Ui-U0)max</p><p> 即: Uomax+(Ui-Uo)max ≤ Ui ≤ Uomin+(Ui-Uo)max</p><p> 其中:(Ui-U0)min=3V (Ui-U0)max=40V</p><p> 計算得到15V≤Ui≤43V,穩(wěn)壓器的壓差不用過大,因
20、此選擇 Ui=15V。則變壓器副電壓 U≥Ui/1.2=12.5V 取 U=13V。變壓器上的繞組的壓降等因素,變壓器二次側(cè)電壓大約要高出10%(滿足穩(wěn)壓系數(shù)Sr<10%),</p><p> 即 13*(1+0.1)=14.3V, 故取 15V。</p><p> 穩(wěn)壓器輸入輸出電流基本保持不變 Io≤200mA,按輸出電流較大時的情況考慮,則變壓器副電流有效值 I=200*(
21、1+0.1)=220mA。(考慮到穩(wěn)壓部分電路要消耗一些電流,大概為十幾毫安,變壓器副邊電流實際上應稍大于220mA。)</p><p> 這樣,計算出變壓器副邊輸出功率P2=UI=15*0.22=3.3W,取為4mA。通過查取參考資料,由下表:</p><p> 得出變壓器原邊輸入功率P1≥P2/η =6.7W,故選用 規(guī)格為 20V/10W 的變壓器是比較合適的。</p>
22、;<p><b> 2、整流電路</b></p><p> ?、俟δ茏饔靡约霸韴D:</p><p> 在整流部分我們選用單相橋式整流a</p><p> 電路,其電路圖如圖所示。我們+D1</p><p> 先來分析該環(huán)節(jié)的工作情況。D4</p><p> 在變
23、壓器二次側(cè)電壓u的正半周時~u RL</p><p> 即a點電位高于b點電位,二極管D1和D3</p><p> D3導通,D2和D4截止,電流i1的通路-D2</p><p> 是a D1 RL D3b。這時,b</p><p> 負載電阻RL
24、上得到一個半波電壓。 單相橋式整流電路</p><p> 在電壓u的負半周時,變壓器二次側(cè)則是上負下正D1和D3截止D2和D4導通。電流i2的通路是b D2 RL D4 a同樣在負載電阻上得到一個半波電壓。整流后的電壓電流的波形如圖所示</p><p> ?、谙鄳獏?shù)計算以及二極管選用</p><p> 因
25、為變壓器的副邊電壓U=15V,所以橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為: I0max=200mA ,橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為:Id=I0/2=100mA,查教材《電工學·下-電子技術(shù)》附錄B:常用半導體分立器件的型號和參數(shù),選用型號為2CZ55B二極管,其參數(shù)為:反向擊穿電壓URWM=50V,最大整流電流IOM=1A≥I0max,滿足電路要求。</p><p><b>
26、 u0i0</b></p><p> 整流后的波形如右圖所示:u0</p><p> i1i2i1i2</p><p><b> wt</b></p><p><b> 整流后的波形</b></p><p><b> 3、濾波電路&l
27、t;/b></p><p> Ui=15V ,Iimax =200mA </p><p> 可得 RL=15/0.2=75Ω </p><p> 又 RL*C≥(3—5)T/2,T=0.02S;</p><p> 電容 C=(5*T)/(2RL)=667μ F。</p><p> 選取電容常用值 C=1
28、000μ F。</p><p><b> 4、穩(wěn)壓電路</b></p><p> 根據(jù)內(nèi)部電路設(shè)計,流過 R1的電流I=5mA,R1=UR/I=3/0.005=600Ω ,考慮器件參數(shù)的分散性,實際I可能大于 5mA,因此 R1值應小于600Ω 。所以R1=590Ω 。</p><p> D1和 D2分別是為了防止輸入短路和輸出短路時電容
29、器放電使得 LM317 損壞,查表得 IN4001的最大反向工作電壓為 50V,最大整流電流 1A,滿足電路的需要。</p><p> 因此 D4、D6 均選擇IN4001。</p><p> 另外 C2=0.33μ F C3=10μ F C4=1μ F。</p><p><b> 六、收獲與體會</b></p><p
30、> 我們用一周的時間設(shè)計一個可調(diào)直流穩(wěn)壓電源,這是我們第一次做課程設(shè)計,所以過程中難免從許多困難,結(jié)果會存在不足和紕漏。我們在設(shè)計之前,根據(jù)老師提前的講解,參考了許多相關(guān)的資料,在設(shè)計中又參考了課本上給出的相關(guān)原理圖,開始時我還不太明白電路是如何連接的,并且對其原理也不夠了解,但通過對所學知識更深入的學習和老師的答疑講解和幫助,明白其中的原理,理解了許多東西。一路走來,我收獲了知識,收獲了希望和努力后的成果。</p>
31、<p> 這周的課程設(shè)計是以自己動手動腦,它將基本技能訓練,基本工藝知識和創(chuàng)新啟蒙有機結(jié)合,培養(yǎng)我們的實踐能力和創(chuàng)新精神。作為大學生,僅會書本理論是不夠的,基本的動手能力是一切工作和創(chuàng)造的基礎(chǔ)和必要條件。</p><p> 通過這次課程設(shè)計,我發(fā)現(xiàn)了以往學習中的許多不足,我更加深深地體會到了自學和動手能力的重要性。比如我們在畫電路圖時,只好用Word來繪制電路圖,使用也比較麻煩,主要是沒有學過繪
32、制電路圖軟件。</p><p> 大學中很多東西都是要靠自己去學的,我們應該抽時間好好的學習那些對我來說很有用的軟件。比如CAD、Photoshop 等,對子自己學的這個專業(yè)是相當重要的。自學是我們學習,學習好一門課、一門專業(yè)重要的一種能力。一個擁有很強自學能力的人,他在某種程度上可以比那些自學能力相對弱的人更容易成功。因為一個自學能力強的人,可以很快地掌握一項從來沒有接觸過的技術(shù),適應環(huán)境的能力強。相信以后我
33、會以更加積極地態(tài)度對待我的學習、對待我的生活。我的激情永遠不會結(jié)束,相反,我會更加努力,努力的去彌補自己的缺點,發(fā)展自己的優(yōu)點,去充實自己,只有在了解了自己的長短之后,我們會更加珍惜擁有的,更加努力的去完善它,增進它。只有不斷的測試自己,挑戰(zhàn)自己,才能擁有更多的成功和快樂快樂至上,享受過程,而不是結(jié)果!認真對待每一個實驗,珍惜每一分一秒,學到最多的知識和方法,鍛煉自己的能力,這個是我在課程設(shè)計中學到的最重要的東西,也是以后都將受益匪淺的
34、!</p><p> 這次實驗過程中我受益匪淺,培養(yǎng)了我的設(shè)計思維,增加了動手操作的能力。最重要的是我明白了自學的重要性。我深深地意識到了我必須提高我的自學能力。此外,我還體會到,我們書本上所學的知識和實際的東西相差甚遠,我們所不懂的知識還有很多,因此今后我們要更加注重實際方面的鍛煉和運用。在解決問題的過程無疑也是對自己自身專業(yè)素質(zhì)的一種提高與肯定。此次設(shè)計不僅增強了自己在專業(yè)設(shè)計方面的信心,鼓舞了自己,更是一
35、次興趣的培養(yǎng)。這是一次難得的實踐!</p><p><b> 七、參考文獻</b></p><p> 秦曾煌.電工學[M].7版.北京:等教育出版社,2009</p><p> 賈更新.電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計.[M]西安:西北工業(yè)大學出版社.2010</p><p> 吳建強.電工學習題解答[M]. 黑龍江:哈爾
36、濱工業(yè)大學出版社.2000</p><p> 楊錚.電工、電子技術(shù)實習與課程設(shè)計[M]. 北京:中國電力出版社.2004</p><p> 高吉祥,庫錫樹.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計. [M].3版.北京:電子工業(yè)出版社.2011</p><p><b> 八、附件</b></p><p><b> 評
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