課程設計---直流穩(wěn)壓電源

1、<p>　　物理與電氣工程學院課程設計報告</p><p><b>　　直流穩(wěn)壓電源的設計</b></p><p>　　作　　者　 </p><p>　　?！　I(yè)　　 </p><p>　　年　　級　　 </p><p>　　指導教師　　

2、 </p><p>　　成 績 </p><p>　　日　　期　　 </p><p><b>　　直流穩(wěn)壓電源的設計</b></p><p>　　摘要：本直流穩(wěn)壓電源是根據(jù)模擬電子技術的知識設計而成，用來測量直流電壓，測量范圍為+12V，-12V,+15V,-15V。直流穩(wěn)壓

3、是一種當電網(wǎng)電壓波動或溫度負載改變時，能保證輸出電壓基本不變的電源。其電源電路包括電源變壓器，直流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路四個環(huán)節(jié)。設計中要用的元件有：變壓器、整流二極管、電解電容、瓷片電容、端子。</p><p>　　關鍵詞：直流 電源 整流 濾波 穩(wěn)壓</p><p>　　1　引言：說到穩(wěn)壓問題，歷史悠久。目前，線性繼承穩(wěn)壓器已發(fā)展到幾百個品種。按結構分為串聯(lián)式和并聯(lián)式集成穩(wěn)壓器。按照

4、輸出電壓類型可分為固定式和可調(diào)式集成穩(wěn)壓器。按照腳管的引線數(shù)目可分為三端式和多端式集成穩(wěn)壓器。按制造工藝可分為：半導體式，薄膜混合式和厚膜混合式集成穩(wěn)壓器。按輸入輸出之間的壓差由可分為一般的壓差和低壓差兩大類，等等。目前，通過電子課程設計能很好的提高大學生的動手實習能力，也能很好的提高大學生的創(chuàng)新、設計和實踐能力，因此才設計了這個直流穩(wěn)壓電源，又稱集成直流穩(wěn)壓電源。</p><p><b>　　2　設計

5、方案論證</b></p><p>　　方案一：采用LM317、LM337共地可調(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，輸出電壓為：Vo=1.25(1+RP/R)。LM337輸出為負的可調(diào)電壓，采用兩

6、個獨立的變壓器分別和LM317及LM337組裝，操作比較簡單。電路圖2-1所示</p><p>　　圖2-1 LM317與LM337組裝電路</p><p>　　方案二: 采用LM7815,LM7812、LM7912和LM7915組成穩(wěn)壓電路</p><p>　　LM7815固定式三端穩(wěn)壓器可輸出+15V電壓如圖2-2,固定式三端可調(diào)穩(wěn)壓器LM7812和LM791

7、2組裝電路可對稱輸出±12v,其電路圖如圖2-3所示.其電路圖如圖2-4所示.</p><p>　　圖2-2 LM7815</p><p>　　圖2-3 LM7812和LM7912組裝</p><p><b>　　方案的最終選擇</b></p><p>　　方案一的電路由三端可調(diào)式穩(wěn)壓器LM317和LM337組

8、裝而成,可輸出范圍為±1.25 -±12連續(xù)可調(diào),通過對Rw的調(diào)整可輸出+5V, ±12,(3-9)V連續(xù)可調(diào).其電路組裝比較簡單,但輸出所需電壓時需要調(diào)整可變電阻,不能直接輸出,因此使用時不方便.方案二由三端可調(diào)式穩(wěn)壓器和三端固定式穩(wěn)壓器共同組成,所用器件比方案一多,但電路組裝簡單,不會增添麻煩,在方案二中可直接得到+5v和±12的輸出電壓.使用式比較方便,綜上所述,方案二比方案一合理,因此選擇

9、方案二</p><p>　　2．1　本設計采用橋式整流</p><p>　　單相橋式整流電路與半波整流電路相比，在相同的變壓器副邊電壓下，對二極管的參數(shù)要求式一樣的，并且還具有輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動小等優(yōu)點，因此在次設計中我選用單相橋式整流電路。</p><p>　　在調(diào)整管部分，既可以采用單管調(diào)整也可以采用復合管調(diào)整，但在此設計中要求額定電流Io=2A，

10、如果用單管的話，可能不能達到這么大的輸出電流，因此在此設計中我選用復合管做調(diào)整管。</p><p><b>　　濾波電路：</b></p><p>　　經(jīng)整流后的電壓仍具有較大的交流分量，必須通過濾波電路將交流分量濾掉。盡量保留其輸出中的直流分量，才能獲得比較平滑的直流分量。</p><p>　　可以利用電容兩端電壓不能突變或流經(jīng)電感的電流不

11、能突變的特點，將電容與負載并聯(lián)，或將電感與負載串聯(lián)就能起來濾波作用。</p><p>　　其主要常見的整流濾波電路如下：</p><p>　　我選用的是（b）電路</p><p><b>　　穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　由于濾波后的直流電壓Ui受電網(wǎng)電壓的波動和負載電流變化的影響（T的影響）很難保證輸出電流電壓

12、的穩(wěn)定。所以必須在濾波電路和負載一直加上穩(wěn)壓電路，才能保證輸出直流電壓的進一步穩(wěn)定。</p><p>　　單元電路的設計和元器件的選擇</p><p>　　集成直流穩(wěn)壓電源由四部分組成:</p><p>　　四部分分別為:電源變壓器,整流電路,濾波電路,穩(wěn)壓電路,方框圖3-0</p><p><b>　　3.1 整流電路</b

13、></p><p>　　管D1～D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。如圖3-2-1</p><p>　　圖3-2-1 橋式整流電路</p><p>　　圖3-2-2 橋式整流原理</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D3流回變壓器，所以D1、D3正向導通，D2

14、、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正向導通。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。</p><p>　　綜上所

15、述，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向導電性，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>　　結合上述分析，可得橋式整流電路的工作波形如圖3-2-2 </p><p>　　3.2 濾波電路及濾波電容的選擇</p><p&

16、gt;　　濾波電路及其原理如下圖3-3-1所示:</p><p>　　3-3-2 RC濾波電路電容濾波電路中二極管的電流和導通角</p><p>　　為了得到平滑的負載電壓，一般取</p><p>　　RLC>=(3~5)T/2</p><p>　　式中T為電源交流電壓的周期。</p><p>　　濾波電容的容量

17、可由下式估算：</p><p>　　C=ICt/ΔVip-p</p><p>　　式中ΔVip-p——穩(wěn)壓器輸入端紋波電壓的峰-峰值；</p><p>　　T——電容C放電時間，t=T/2=0.01S</p><p>　　IC——電容C放電電流 ，可取IC=Iomax，濾波電容C的耐壓值應大于1.4 V2。</p><p&

18、gt;<b>　　3.3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、結構簡單等

19、優(yōu)點。</p><p>　　3-4-2三端固定式穩(wěn)壓器</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(圖3-4-2)和可調(diào)式(圖3-4-1)，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。</p><p><b>　　4元件的參數(shù)計算</b

20、></p><p>　　4．1根據(jù)LM7812,LM7815計算變壓器副邊輸出電壓型號：78MXX:</p><p>　　類別：電源管理類最大輸入電壓（V）：35V輸出電壓（V）：12/15輸出最大電流：0.5A壓差：2.0V靜態(tài)電流：4mA封裝：TO-220/D-PAK</p><p>　　7812的輸出電壓Uo為（5-24）V，最小輸入輸出壓差

21、8V，最大輸入輸出壓差為40V，7812的輸入電壓范圍為： 20V≤Ui≤52V</p><p>　　U2≥Uimin/1.1=18V</p><p>　　取U2=20V,I2=0.5A</p><p>　　變壓器副邊電壓P2≥I2U2=10V</p><p>　　為留有余地同樣選擇20V/20W變壓器</p><p

22、>　　4.2整流二極管的參數(shù)計算</p><p>　　在含穩(wěn)壓器LM317的電路中的二極管選擇:由于二極管最大瞬時反向工作電壓Urm>1.414U2=12×1.414=17V</p><p>　　在含穩(wěn)壓器LM7805的電路中的二級管的選擇: 由于二極管最大瞬時反向工作電壓URM>1.414×U2=15×1.414=21V</p>

23、<p>　　IN4001的反向擊穿電壓大于50V,額定工作電流I=1A>Iomax.故整流二極管選用IN4001.</p><p>　　4.3 濾波電容的參數(shù)計算</p><p>　　濾波電容的容量可由下式估算：</p><p>　　C=ICt/ΔVip-p</p><p>　　式中ΔVip-p——穩(wěn)壓器輸入端紋波電壓的峰

24、-峰值；</p><p>　　T——電容C放電時間，t=T/2=0.01S</p><p>　　IC——電容C放電電流 ，可取IC=Iomax，濾波電容C的耐壓值應大于1.4 V2。</p><p><b>　　在本實驗中</b></p><p>　　Sv=ΔVo/Vo/ΔVi/Vi</p><p&g

25、t;　　式中，Vo=9v 、Vi=12v、ΔVop-p=5mv、Sv=0.005</p><p>　　則 ΔVi =ΔVop-p Vi / Vo Sv=1.4v</p><p><b>　　所以濾波電容</b></p><p>　　C= ICt/ΔVip-p = Iomax t/ΔVip-p =0.003636uF<

26、/p><p>　　C的耐壓值應大于1.4 V2=21v。</p><p>　　由于之前模電實驗可知，我們在實際制作過程中采用比理論值小的電容同樣能達到很好的濾波效果，因此采用2200μF的電容。</p><p>　　4.4 穩(wěn)壓器的選擇</p><p>　　設計要求輸出電壓為:一檔要求輸出±12V對稱輸出電壓，二檔要求輸出+15V。穩(wěn)壓

27、器有固定式三端穩(wěn)壓器和可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。78××系列和79××系列為固定式三端穩(wěn)壓器，可分別輸出正電壓和負電壓。7812可輸出+12V，7912可輸出-12V，二者組裝課得到±12V對稱輸出。7815可輸出+15V電壓,7915可輸出-15V電壓。因此穩(wěn)壓器選擇LM7812,LM7912,LM7815,LM7915.</p><p><b>　　5電路總

28、圖</b></p><p><b>　　6 仿真分析</b></p><p><b>　　6.1 整流電路</b></p><p>　　連接整流電路并串聯(lián)上電阻，分別用示波器和萬用表測量輸出電壓波形和有效值。</p><p><b>　　整流電路</b></p

29、><p>　　3.1 AT89C52介紹 </p><p>　　3.1.1單片機主控電路的主要元件是AT89c51，其外型如圖</p><p><b>　　整流電路波形測量</b></p><p>　　仿真分析：如示波器顯示所示，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向導電性，，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

30、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><b>　　6.2 濾波電路</b></p><p>　　在整流濾波電路的基礎上加濾波電容，用示波器觀察濾波后輸出電壓的波形并用萬用表直流電壓檔測量輸出電壓。</p><p>　　6-3-1 整流濾波電路的測試</p&

31、gt;<p><b>　　整流濾波電路的測試</b></p><p><b>　　6.3 穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　連接含有LM7812和LM7912的穩(wěn)壓電路，6-4-1如圖，用示波器檢測器輸出兩端的波形，如圖6-4-2</p><p><b>　　IN4001</b>&l

32、t;/p><p>　　LM7812和LM7912組裝電路</p><p><b>　　穩(wěn)壓電路輸出波形</b></p><p><b>　　7設計小結與體會</b></p><p>　　在做課程設計之前曾在模電實驗中接觸過集成直流穩(wěn)壓電源，對直流穩(wěn)壓電源的設計有一定的了解。我在知道模擬電子課程設計中要做

33、直流穩(wěn)壓電源是還暗自高興這是個自己比較熟悉的項目。但在看到要求時才知道自己高興的太早，因為在模電實驗中我做的只是用7812輸出+12V電壓，這是比較容易做到的，而本次設計要求輸出電壓為三檔，并且要用軟件仿真。此刻我才意識到自己對知識的了解和掌握并不全面，也不扎實。做課程設計對從沒經(jīng)驗的我并不是簡單的事。</p><p>　　為完成這次設計我查閱了很多資料和書籍，我發(fā)現(xiàn)查資料也是一門學問，要會查才能找到你所需的內(nèi)容

34、，我在圖書館查閱了相關的電子設計和電源設計書籍，同時也大量的瀏覽了網(wǎng)絡資源，隨著了解的深入對設計有了基本的思路。</p><p>　　在設計中我也遇到了困難，在仿真環(huán)節(jié)中由于對軟件的實用不熟練，很多仿真都沒有成功，并且由于時間關系沒有對仿真軟件進行進一步的學習，這讓我覺得很可惜，以后一定會找時間補一下仿真軟件方面的知識，以免以后做課設是讓同樣的問題難倒我。但總體上比沒有做課設之前還是有了一定的進步。</p&

35、gt;<p>　　通過本次課程設計使我對集成直流穩(wěn)壓電源有了更為深刻的了解，對其構造組成及參數(shù)計算掌握的比以前熟練很多，特別是對穩(wěn)壓器的認識比以前更廣泛，雖然在課本中接觸過穩(wěn)壓器的知識，但課本上的介紹十分簡單也十分有限，并且我對課本的記憶不是很深刻，但通過本次自己動手動腦設計之后記憶的就深刻了。尤其是本次設計中用到的78××，79××系列的掌握比以前好了很多，不過仍然會有不足。<

36、;/p><p>　　在模電實驗中我出現(xiàn)了幾處小錯誤，通過本次設計使我知道自己當初錯在了哪里，也知道該如何改正，但很可惜本次設計不能進行實物操作。我想如果可以進行實物操作同學們的了解一定會更進一步。</p><p>　　本次課程設計是我第一次做課設，為我以后再做課設積累了一定的經(jīng)驗，但由于快要進行期末考試了，使我在時間上不很充裕，設計中有很多缺陷不能在認真查閱修改。希望在以后的設計中能盡量做好，