模電課程設(shè)計(jì)--半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)和測(cè)試

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　課題名稱(chēng):半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)和測(cè)試</p><p>　　專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)： 通信工程 </p><p>　　班 級(jí)： 通信1102班 </p><p>　　學(xué)生姓名;

2、 </p><p>　　學(xué)生學(xué)號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) </p><p>　　系：電氣與信息工程系

3、 年級(jí)：11級(jí) 專(zhuān)業(yè)：通信工程 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 引言………………………………………………………1</p><p>　　第二章 正負(fù)12V直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)……………………………1</p><p>　　

4、2.1 總方案設(shè)計(jì)……………………………………………………2</p><p>　　2.1.1 方框圖及原理圖………………………………………………2</p><p>　　2.1.2 子框圖作用及原理圖說(shuō)明……………………………………2</p><p>　　2.1.3 方案選擇………………………………………………………3</p><

5、;p>　　2.2 單元電路設(shè)計(jì)………………………………………………………3</p><p>　　2.2.1 三端穩(wěn)壓器……………………………………………………3</p><p>　　2.2.2 電源變壓器……………………………………………………4</p><p>　　2.2.3 整流器選擇……………………………………………………4</p>

6、;<p>　　2.2.4 濾波電容選擇…………………………………………………5</p><p>　　2.3 工作原理………………………………………………………5</p><p>　　2.3.1 整流電路 ………………………………………………………5</p><p>　　2.3.2 濾波電路………………………………………………………6&

7、lt;/p><p>　　第三章 原件焊接及測(cè)試……………………………………………7</p><p>　　3.1 部分元件清單…………………………………………………7</p><p>　　3.2 電路的焊接……………………………………………………8</p><p>　　3.3 穩(wěn)壓電源的性能指標(biāo)及測(cè)試方法…………………

8、…………8</p><p>　　3.3.1 直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試測(cè)試方法……………………………8</p><p>　　3.3.2 穩(wěn)壓系數(shù)……………………………………………………8</p><p>　　3.3.3 輸出電壓……………………………………………………9</p><p>　　3.3.4 紋波電壓………………………………

9、……………………9</p><p>　　3.3.5 最大輸出電流………………………………………………10</p><p>　　3.3.6 直流穩(wěn)壓電源原理圖………………………………………10</p><p>　　3.3.7 直流穩(wěn)壓電源PCB圖 ………………………………………11</p><p>　　第四章 總結(jié)與體會(huì)………………

10、………………………………11</p><p>　　4.1. 誤差分析…………………………………………………………11</p><p>　　4.2 設(shè)計(jì)總結(jié) ……………………………………………………12</p><p>　　第五章 結(jié)束語(yǔ)………………………………………………………12</p><p>　　參考文獻(xiàn)及附錄 ………………

11、………………………………………14</p><p>　　參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………14</p><p>　　附 錄 …………………………………………………………14</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　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

12、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)壓過(guò)程將220V交流電，變?yōu)榉€(wěn)定的±5V直流電，并實(shí)現(xiàn)電壓可在3-12V連續(xù)可調(diào)。 電源的發(fā)展經(jīng)歷了整流器時(shí)代，逆變器時(shí)代、變頻

13、器時(shí)代并逐步向綠色靠攏。穩(wěn)壓電源的歷史可追溯到十九世紀(jì)，愛(ài)迪生發(fā)明電燈時(shí)，就曾考慮過(guò)穩(wěn)壓器，到二十世紀(jì)初，就有鐵磁穩(wěn)壓器以及相應(yīng)的技術(shù)文獻(xiàn)，電子管問(wèn)世不久，就有人設(shè)計(jì)了電子管直流穩(wěn)壓器，在四十年代后期，電子器件與磁飽和元件相結(jié)合，構(gòu)成了電子控制的磁飽和交流穩(wěn)壓器。五十年代晶體管的誕生使晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源成了直流穩(wěn)壓電源的中心。六十年代后期，科研人員對(duì)穩(wěn)定電源技術(shù)做了新的總結(jié)，使開(kāi)關(guān)電源，可控硅電源得到快速發(fā)展，與此同時(shí)，集成穩(wěn)壓器也

14、不斷發(fā)展。直至今日，在直流穩(wěn)壓電源領(lǐng)域，以電子計(jì)算機(jī)為代表的要求供電電壓低，電流大</p><p>　　正負(fù)12V穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1總方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1.1方框圖及工作原理圖</p><p><b>　　圖2-1工作原理</b></p&

15、gt;<p>　　2.1.2 子框圖及原理圖說(shuō)明</p><p>　　（1）變壓器：電網(wǎng)供電電壓交流220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。（2）整流電路：降壓后的交流電壓，通過(guò)整流電路變成脈動(dòng)的直流電，但其幅度變化大（即脈動(dòng)大）。（3）濾波電路：脈動(dòng)大的直流電壓須經(jīng)過(guò)濾波電路變成平滑，脈動(dòng)小的直

16、流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。（4）穩(wěn)壓電路：濾波后的直流電壓，再通過(guò)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負(fù)載RL。</p><p>　　2.1.3 方案選擇</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的性能指標(biāo)，選擇7812和7912組成的多路集成三端穩(wěn)壓器。核心器件選用穩(wěn)壓器7812和7912組合， LM7812輸出＋12V的電壓，而LM7912輸出的是－

17、12V的電壓，從而達(dá)到對(duì)稱(chēng)輸出的目的。得電路原理圖如下：</p><p><b>　　圖2-2電路原理圖</b></p><p><b>　　2.2單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.2.1三端穩(wěn)壓器   </p><p>　　選擇7812及7912，其輸出電壓和

18、輸出電流均滿(mǎn)足指標(biāo)要。.選擇的CW7812固定式三端穩(wěn)壓器的特性參數(shù)為：輸入電壓Ui=19V，輸出電壓范圍為UO=11.4～12.6V，最小輸入電壓Uimin=12V，電壓調(diào)整率為+3mV，最大輸出電流為1A。選擇的CW7912固定式三端穩(wěn)壓器的特性參數(shù)為：輸入電壓Ui=－19V,輸出電壓范圍UO=－11.4～－12.6V，最小輸入電壓為－12V，電壓調(diào)整率為＋3mV，最大輸出電流為1A</p><p>　　2.

19、2.1電源變壓器</p><p>　　由公式P=U*I可知若輸出功率P一定，若輸出電壓U越高，則輸出電流I越低。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)輸出功率P=15VA的變壓器，若輸出電壓U=12V,則輸出電流I=0.833A。</p><p>　　源變壓器T的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui。變壓器副邊與原邊的功率比為P2/ P1=η，式中η是變壓器的效率。 </p

20、><p>　　表（1）變壓器的效率表</p><p>　　2.2.2整流器選擇</p><p>　　整流二極管的參數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足最大整流電流If>1.5Imax=0.75A，最大反向電壓VR=43V.整流濾波特別應(yīng)指出的是，電容濾波使電路被接通的一瞬間，整流管的實(shí)際電流遠(yuǎn)大于Imax，如果If較小，很可能在電路被接通時(shí)就已經(jīng)損壞，因此，一般取  &#

21、160;If>5Imax=2.5A，查手冊(cè)可選定整流二極管VD1--VD4，最終選擇橋堆2W08     </p><p>　　2.2.3濾波電容選擇</p><p>　　由式RLC>=(3-5)T/2，則 C1=5T/2RL RL為C1右邊的等效電阻，應(yīng)取最小值，由于電容C1：由式RLC>=(3-5)T/2，則 C1=5T/2R

22、2， 式中T為市電流電源的周期，T=20ms；Imax=500mA，因此RLmin=V1/Imax=33，所以C1=1515uf。可見(jiàn)，C1容量較大，應(yīng)選電解電容，受規(guī)格的限制，實(shí)際容量應(yīng)選1500uf，其耐壓值可取25V C1的最后取值還需根據(jù)紋波電壓的要求調(diào)整并確定</p><p>　　注意:因?yàn)榇笕萘侩娊怆娙萦幸欢ǖ睦@制電感分布電感，易引起自激振蕩，形成高頻干擾，所以穩(wěn)壓器的輸入、輸出端常并入小容量電容用來(lái)

23、抵消電感效應(yīng)，抑制高頻干擾。</p><p>　　2.2.4負(fù)載電阻RL </p><p><b>　　由式</b></p><p>　　I0(AV)=Uo/RL=0.9U2/RL</p><p>　　可得RL=0.9U2/Io RLmin=0.9U2/Iomax=27受規(guī)格限制可選擇R=30Ω</p>

24、<p><b>　　2.3工作原理</b></p><p>　　圖2-3 整流電路原理分析圖</p><p><b>　　2.3.1整流電路</b></p><p>　　設(shè)變壓器副邊電壓u2 ，U2為其有效值。當(dāng)U2為正半周時(shí)，電流由A點(diǎn)流出，經(jīng)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壓

25、，即U0=U2，D2和D4管承受的反向電壓為-U2。當(dāng)U2為負(fù)半周時(shí)，電流又B點(diǎn)流出，經(jīng)D2，RL，D4流入A點(diǎn)，負(fù)責(zé)電阻RL上的電壓等于-U2，即Uo=-U2，D1、D3承受的反向電壓為U2。這樣，由于D1、D3和D2、D4兩對(duì)二極管交替導(dǎo)通，致使負(fù)載負(fù)載電阻RL上的U2的整個(gè)周期都有電流通過(guò)，而且方向不變。</p><p>　　圖2-4整流電路的示意圖</p><p>　　2.3.2濾

26、波電路 </p><p>　　當(dāng)變壓器副邊電壓U2處于正半周后并且數(shù)值大雨電容兩端電壓Uc時(shí)，二極管D1、D3導(dǎo)通，電流一路流經(jīng)負(fù)載電阻RL，另一路電容C 充電，因?yàn)樵诶硐肭闆r下，變壓器副邊無(wú)損耗，二極管導(dǎo)通電壓為零，所以電容兩端電壓Uc 和U2相等，當(dāng)U2上升到峰值后開(kāi)始下降，電容通過(guò)負(fù)載電阻RL放電，其電壓Uc也開(kāi)始下降，趨勢(shì)與Uc基本相同，但是由于電容按指數(shù)規(guī)律放電，所以當(dāng)U2下降到一定數(shù)值后，Uc的小將

27、速度小于U2下降速度，使Uc大于U2從而導(dǎo)致D1、D3反向偏置而邊為截止，此后，電容C繼續(xù)通過(guò)RL放電，Uc按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。當(dāng)U2負(fù)半周副值變化到恰好大于Uc時(shí)，D2、D4因加正向電壓變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，U2再次U2，Uc 上升到U2的峰值后又開(kāi)始下降，下降到一定數(shù)值時(shí)D2、D4變?yōu)榻刂?，C對(duì)RL放電，Uc按指數(shù)規(guī)律下降；放電到一定數(shù)值時(shí)D1、D3變?yōu)閷?dǎo)通，重復(fù)上述過(guò)程。濾波電路的分析示意圖如下：</p><p>

28、　　圖2-5濾波電路的示意圖</p><p>　　半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電路的制作</p><p>　　3.1 部分元件清單</p><p>　　1.變壓器：輸出12V</p><p>　　2.固定式三端穩(wěn)壓器：LM7812一個(gè) ，LM7912一個(gè)，LM7805一個(gè)，LM7905,LM117-33 </p><p>　　3.整

29、流橋堆：2W10一個(gè)</p><p>　　4.電容：電解電容2200uf兩個(gè) 電解電容470uf兩個(gè) </p><p>　　電解電容47uf一個(gè) 電容0.01uf五個(gè)</p><p><b>　　3.2 焊接</b></p><p>　　在焊接電路之前，我們先通過(guò)初步測(cè)試得到數(shù)據(jù)計(jì)算，再經(jīng)過(guò)仿真，最后根據(jù)原理圖，將所

30、選元件一一焊接在面包板上</p><p>　　焊接時(shí)要對(duì)各個(gè)功能模塊電路進(jìn)行單個(gè)測(cè)試，需要時(shí)可設(shè)計(jì)一些臨時(shí)電路用于調(diào)試。．測(cè)試電路時(shí)，必須要保證焊接正確，才能打開(kāi)電源，以防元器件燒壞。．注意穩(wěn)壓器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。按照原理圖焊接時(shí)必須要保證可靠接地。</p><p>　　3.3 調(diào)試及結(jié)果分析:</p><p>　　3.3.1 直

31、流穩(wěn)壓電源的調(diào)試測(cè)試方法</p><p>　　一 調(diào)試所需器材： </p><p><b>　　1.直流穩(wěn)壓電源</b></p><p><b>　　2.示波器</b></p><p><b>　　3.數(shù)字萬(wàn)用表</b></p><p>　　4.多功能試

32、驗(yàn)臺(tái)等等</p><p>　　二 在直流穩(wěn)壓電源通電測(cè)試前，必須認(rèn)真對(duì)安裝電路進(jìn)行一下事項(xiàng)的檢查：</p><p>　　1.對(duì)電源變壓器的絕緣電阻進(jìn)行測(cè)試，以防止變壓器漏電，危及人身和設(shè)備安全。如果用萬(wàn)用表高電阻檔檢測(cè)，則其指示電阻均應(yīng)為無(wú)窮大。</p><p>　　2.電源變壓器的一次和二次繞組不能搞錯(cuò)，否則將會(huì)造成變壓器損壞或電源故障。</p>&

33、lt;p>　　3.整流橋的引腳和濾波電容的極性不能接反，否則將會(huì)損壞元器件。</p><p>　　4.三短穩(wěn)壓器的輸入、輸出和公共端一定要識(shí)別清楚，不能接錯(cuò)。特別是公共端不能開(kāi)路，一旦開(kāi)路，輸出電壓UO很可能接近UI，導(dǎo)致負(fù)載損壞。</p><p>　　5.檢查負(fù)載不應(yīng)該有短路現(xiàn)象。</p><p>　　三 直流穩(wěn)壓電源的調(diào)整測(cè)試一般分為以下兩步：</p

34、><p>　　1 空載檢查測(cè)試：接通220V交流電壓，用萬(wàn)用表交流電壓檔測(cè)量變壓器的二次交流電壓值，其值應(yīng)符合設(shè)計(jì)。</p><p>　　2 加載檢查測(cè)試：上述檢查符合要求后，則穩(wěn)壓電路基本正常，此時(shí)可接上額定負(fù)載RI并調(diào)節(jié)輸出電壓，使其為額定值，觀察其是否符合設(shè)計(jì)值，如有干擾或自激振蕩，則應(yīng)設(shè)法消除。</p><p>　　3.3.2 穩(wěn)壓系數(shù)</p>&

35、lt;p>　　在負(fù)載電流、環(huán)境、溫度不變的情況下，輸入電壓的相對(duì)變化引起輸出電壓的相對(duì)變化。</p><p><b>　　3.3.3輸出電壓</b></p><p>　　輸入端接220v的交流電壓，用數(shù)字萬(wàn)用表接輸出端。齊讀數(shù)即為輸出電壓Vo</p><p>　　3.3.4、紋波電壓</p><p>　　疊加在輸出

36、電壓Vo上的交流分量，一般為mv級(jí)。可將其放大后，用示波器觀察其峰值</p><p>　　3.3.5、最大輸出電流 </p><p>　　輸出端接負(fù)載電阻RL，使RL逐漸減小，直到VO的值下降5%，此時(shí)流經(jīng)負(fù)載RL的電流極為Iomax</p><p>　　3.3.6、直流穩(wěn)壓電源原理圖</p><p><b>　　圖3-1電路原理圖

37、</b></p><p>　　3.3.7直流穩(wěn)壓電源PCB圖</p><p><b>　　圖3-2 PCB圖</b></p><p><b>　　數(shù)據(jù)分析與討論</b></p><p><b>　　4.1誤差分析</b></p><p>&l

38、t;b>　　穩(wěn)壓系數(shù)分析：</b></p><p>　　穩(wěn)壓系數(shù)是指在負(fù)載電流I0、環(huán)境溫度T不變的情況下，輸入電壓的相對(duì)變化引起輸出電壓的相對(duì)變化，即穩(wěn)壓系數(shù).在負(fù)載電流為最大時(shí)，分別測(cè)得輸入交流比220V增大和減小10%的輸出Δvo，并將其中最大一個(gè)代入公式計(jì)算Sr， 當(dāng)負(fù)載不變時(shí)，Sr=ΔVoVI/ΔVIVO。根據(jù)表3的數(shù)據(jù)最大的Δvo=±0.01V，ΔVI=220V

39、5;10％=22V所以穩(wěn)壓系數(shù)=0.01×220/22×11.97≈0.0084。</p><p>　　（- 0.01）×220/22×（-12.03）≈0.0083≤5% </p><p><b>　　測(cè)試結(jié)果</b></p><p><b>　　4.2 設(shè)計(jì)總結(jié)</b></

40、p><p>　　1.輸出電壓+11.98V和-11.98V，符合設(shè)計(jì)的基本要求，為提高精確度可使用穩(wěn)壓管</p><p>　　2.電路中C3,C4用于抵消輸入線較長(zhǎng)時(shí)的電感效應(yīng)，以防止電路產(chǎn)生自激振蕩，其容量一般較小，一般為1uf，這里采用的是2A104J。C5,C6用于消除輸出電壓中的高頻噪聲，可取小于1uf的電容，可取幾十微法甚至于幾微法的電容，一便輸出較大的脈沖電流。常選瓷片電容104。

41、</p><p><b>　　第五章 結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)直接采用7812和7912、177-33，設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，在畫(huà)圖過(guò)程中，使用protel99是我們遇到的最大的困難，我們從最開(kāi)始的一無(wú)所知，通過(guò)去圖書(shū)館查找資料，去網(wǎng)上找教程學(xué)習(xí)，還有找學(xué)長(zhǎng)請(qǐng)教一些問(wèn)題，從最開(kāi)始電氣規(guī)則檢查40幾個(gè)錯(cuò)誤，一個(gè)一個(gè)去改正，一個(gè)一個(gè)去請(qǐng)教，再到生成網(wǎng)絡(luò)表格，做

42、封裝，導(dǎo)入PCB板，一步一步改正錯(cuò)誤，同時(shí)也學(xué)到了很多東西，之后又開(kāi)始了焊接，其中老是因?yàn)樽约旱牟恍⌒?，不是焊反了，就是因?yàn)楹歌F的原因把元器件焊壞了，之后又要去買(mǎi)元件，當(dāng)直流穩(wěn)壓電源做出之后，發(fā)現(xiàn)只有3個(gè)燈是亮的，我不斷地去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，最后終于弄好了，雖然3.3V的輸出還是沒(méi)達(dá)標(biāo)，但是我心里依然很滿(mǎn)足。從這次的課程設(shè)計(jì)中，我們學(xué)會(huì)了團(tuán)結(jié)合作，學(xué)會(huì)了遇到一個(gè)你完全不會(huì)的東西，怎樣通過(guò)查找資料，學(xué)習(xí)，請(qǐng)教去弄懂它；學(xué)會(huì)了細(xì)心的重要性

43、，學(xué)會(huì)了我們專(zhuān)業(yè)對(duì)于動(dòng)手能力的要求是有多么重要。</p><p>　　通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)集成直流穩(wěn)壓電源有了更為深刻的了解，對(duì)其構(gòu)造組成及參數(shù)計(jì)算掌握的比以前熟練很多，特別是對(duì)穩(wěn)壓器的認(rèn)識(shí)比以前更廣泛，雖然在課本中接觸過(guò)穩(wěn)壓器的知識(shí)，但課本上的介紹十分簡(jiǎn)單也十分有限，并且我對(duì)課本的記憶不是很深刻，但通過(guò)本次自己動(dòng)手動(dòng)腦設(shè)計(jì)之后記憶的就深刻了。尤其是本次設(shè)計(jì)中用到的78××，79×

44、×系列的掌握比以前好了很多，不過(guò)仍然會(huì)有不足。 </p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)讓我對(duì)直流穩(wěn)壓源有了更深刻的理解，同時(shí)也更加明白自己動(dòng)手方面的能力是有許多地方不足的，還有就是對(duì)protel99的理解與運(yùn)用上。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)及附錄</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b>&

45、lt;/p><p>　　王勇，李谷若，胡啟明。 《protel99SE實(shí)戰(zhàn)100例》。北京：電子工業(yè)出版社。2010.11--77頁(yè)</p><p>　　曹才開(kāi)，羅雪蓮，劉海波等。《電路與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)》。湖南：中南大學(xué)出版社。2009.141-146頁(yè)</p><p>　　康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)。模擬部分。北京：高等教育出版社，2006.485-494頁(yè)</p>