模電課程設計報告.docx

模擬電子電路課程設計說明書題目名稱： 直流穩(wěn)壓電源 姓 名： XXXX 班 級： 電信 * 學 號： * 日 期： 2014 年 6月 5日 模擬電子技術課程設計任務書 適用專業(yè)：電信/電氣/測控 設計周期：一周一、設計題目：直流穩(wěn)壓電源二、設計目的 1、 研究單相橋式整流、電容濾波電路的特性。 2、 學習穩(wěn)壓電源的設計方法以及主要技術指標的測試方法。 三、設計要求及主要技術指標 設計要求 1、方案論證，確定總體電路原理方框圖。 2、單元電路設計，元器件選擇。 3、仿真調試及測量結果。 主要技術指標 1、電網供給的交流電壓U1為220V，50HZ； 2、變壓器輸出電壓U2為18V20V，50HZ； 3、穩(wěn)壓電源輸出直流電壓可調，最大負載電流100mA左右；4、輸出紋波電壓小于5mv，穩(wěn)壓系數=0.01；5、驅動負載可調（如：120RL240）；6、適當考慮如何采取短路保護功能。四、仿真需要的主要電子元器件 電源變壓器、滑線變阻器、晶體三極管、 晶體二極管、穩(wěn)壓管、電阻器、電容器等若干 。五、設計報告總結 1、 對所測結果（如：輸出電壓，最大負載電流，電壓輸出波形等）進行全面分析，總結橋式整流、電容濾波電路的特點。 2、 根據所測數據，計算穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數S、紋波系數K和輸出電阻R0，并進行分析。 3、 分析討論仿真測試中出現的故障及其排除方法。 4、 給出完整的電路仿真圖 。5、 體會與收獲。六、參考文獻1.彭介華電子技術課程設計指導北京：高等教育出版社，20052.陳大欽主編電子技術基礎實驗電子電路實驗設計仿真北京：高等教育出版社，20003.高吉祥主編電子技術基礎實驗與課程設計北京：電子工業(yè)出版社，20024鄭步生. Multisim2001電路設計及仿真入門與應用.電子工業(yè)出版社.20025/6/一、方案論證與比較1.1 方案提出在變壓電路部分，選用初、次級線圈匝數比為11：1的變壓器來將有效值為220V的交流電網電壓變?yōu)橛行е禐?0V的交流小電壓。在整流電路部分，選用單相橋式整流電路。因為半波整流電路所得輸出電壓的交流脈動分量較大，全波整流電路中所用的次級線圈中帶有中央抽頭的變壓器在實際使用時成本較高。所以在最后選用整流效果好的，成本相對低廉的橋式整流電路。在濾波電路部分，選用的是電容濾波電路，因為在實際應用中電容的成本相對電感的成本要低，同時電容濾波電路有較為不錯的濾波效果。在穩(wěn)壓電路部分，有如下三種方案：方案一：采用并聯(lián)型線性穩(wěn)壓電路，電路上由穩(wěn)壓二極管與負載并聯(lián)的簡單電路。方案二：采用串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路，采用運放和三級管的元件搭建。方案三：采用三端集成穩(wěn)壓器，搭建其應用電路，調整common端電壓實現電壓可調。1.2設計方案的論證和選擇針對以上三種穩(wěn)壓電路方案，我選擇第三種，因為就第一種方案而言，電源內阻較大，在負載電阻稍變大時負載端輸出電流快速變小。第二種與第三種其實原理相差不大，在實際應用中，因為現在市面上三端集成穩(wěn)壓器的價格很低，同時電路較為簡單，所以我選用第三種。二、系統(tǒng)的功能及設計框圖2.1 系統(tǒng)的全部功能、要求及技術指標此直流電源為帶有短路保護的可調直流穩(wěn)壓電源，通過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個電路模塊的電路來實現輸出恒定直流電壓的目的。通過調節(jié)可調電阻可以改變輸出電壓，可調范圍（12.4V18.6V）。且本系統(tǒng)選用500mA熔斷絲以防止負載端短路。主要技術指標 1、電網供給的交流電壓U1為220V，50HZ； 2、變壓器輸出電壓U2為1820V，50HZ； 3、穩(wěn)壓電源輸出直流電壓可調，最大負載電流100mA左右；4、輸出紋波電壓小于5mv，穩(wěn)壓系數=0.01；5、驅動負載可調(120RL240）；6、適當考慮如何采取短路保護功能。2.2確定設計框圖（系統(tǒng)包含的單元電路及結構）和總體設計方案圖 1 系統(tǒng)總體框圖如圖一所示，通過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個電路模塊的電路來實現輸出恒定直流電壓，在變壓電路部分，用匝數比為11：1的變壓器得到有效值為20V的交流小電壓信號。在整流電路部分，用單相橋式整流電路得到脈動直流信號。在濾波電路部分，用220uF的極性電容濾波，在穩(wěn)壓電路部分，采用三端集成穩(wěn)壓器LM7812，搭建其應用電路，用一個電壓跟隨器與可調電阻調整common端電壓實現電壓可調。2.3單元電路的分析與設計：各功能模塊電路的定性說明以及計算分析。變壓電路：圖 2 變壓電路如圖2所示，用匝數比為11：1的變壓器得到有效值為20V的交流小電壓信號。整流電路:圖 3 整流電路如圖3所示用單相橋式整流電路得到脈動直流信號。橋式整流器利用四個二極管，兩兩對接連接成“橋”式結構，便具有全波整流電路的優(yōu)點，而同時在一定程度上克服了它的缺點。當輸入正弦波的正半部分是兩只管導通，得到正的輸出；輸入正弦波的負半部分時，另兩只管導通，由于這兩只管是反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半部分。 橋式整流電路輸入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。濾波電路：圖 4 濾波電路如圖4所示，利用220uF的極性電容濾波。容值計算公式RLC35T2。所以計算得C35T2RL=3550uF，所以選取220uF的電容做為濾波電容。穩(wěn)壓電路圖 5 穩(wěn)壓部分采用三端集成穩(wěn)壓器LM7812，搭建其應用電路，用一個電壓跟隨器與可調電阻調整Common端電壓實現電壓可調。其中C3、C4為頻率補償電容，防止穩(wěn)壓器產生自激振蕩和抑制電路引入的高頻干擾。C2為輸出電容，以減少輸出端的低頻干擾。Common端引入了一個電壓跟隨其，以把電壓調節(jié)回路與輸出回路隔離開，通過改變滑動變阻器R3的值，來改變Common端的電位，從而達到調整電壓的目的。由計算可得，電壓可調的范圍為12.4V18.6V。電路中還加入了0.5A的熔斷絲，以保護電路，防止負載短路對電源造成損壞。三、 系統(tǒng)仿真調試分析3.1軟件仿真原理圖圖 6 系統(tǒng)仿真電路原理圖3.2模擬仿真過程輸入交流電網電壓 有效值220V 波形如下圖所示。圖 7 變壓器輸入電壓波形變壓器輸出波形 如下圖所示。圖 8 變壓器輸出電壓波形橋式整流電路輸出波形 如下圖所示。圖 9 橋式整流電路輸出波形濾波電路輸出波形 如下圖所示。圖 10 電容濾波電路輸出波形穩(wěn)壓電路輸出波形 如下圖所示。圖 11 穩(wěn)壓電路輸出波形各輸出端電壓值 圖 12 變壓器輸入電壓 圖 13 變壓器輸出電壓 圖 14 穩(wěn)壓電路輸出電壓 圖 15 穩(wěn)壓電路輸出紋波電壓3.3各項指標測試電網供給的交流電壓U1為220V，50HZ。圖 16 電網輸入電壓有效值 圖 17 電網輸入電壓頻率有效值和頻率誤差在允許范圍之內，符合技術指標。變壓器輸出電壓U2為18V20V，50HZ。圖 18 變壓器輸出電壓有效值 圖 19 變壓器輸出電壓頻率有效值和頻率誤差在允許范圍之內，符合技術指標。穩(wěn)壓電源輸出直流電壓可調，最大負載電流100mA左右； 圖 20 最小輸出電壓 圖 21 最小輸出電壓下 最大輸出電流 圖 22 最大輸出電壓 圖 23最大輸出電壓下 最大輸出電流輸出電壓可調，范圍為12.425V18.612V，最大輸出電流100mA左右，符合技術指標。輸出紋波電壓小于5mv，穩(wěn)壓系數=0.01。 圖 24最小輸出電壓下紋波電壓值 圖 25 最大輸出電壓下紋波電壓值紋波值最大為1.497mV，小于5mv，符合技術指標。 圖 26 變壓輸出20V時穩(wěn)壓電路輸入電壓 圖 27 變壓輸出20V時穩(wěn)壓電路輸出電壓 圖 28變壓輸出18V時穩(wěn)壓電路輸入電壓 圖 29 變壓輸出18V時穩(wěn)壓電路輸出電壓因為穩(wěn)壓系數sv=V0V0VIVI=0.002530.01，所以符合技術指標。驅動負載可調。驅動負載可調范圍為1201120，符合技術指標。適當考慮如何采取短路保護功能。電路中加入了500mA熔斷絲，符合技術指標。四、結語本學期我們學習了模擬電子電路，對電子技術有了一些初步了解，但那都是一些理論的東西。通過這次直流電源的課程設計，我才把學到的東西與實踐相結合。從中對我學的知識有了更進一步的理解。在課程設計的過程中有遇到了一些問題，比如運放，電容，電阻的選擇與計算，電路測試工具的選擇等等。最后在查閱相關資料后也得以解決。通過此次的直流電源設計，讓我更進一步地熟悉了直流穩(wěn)壓電源的各部分電路的原理和其具體的作用，也鍛煉了自己獨立思考問題的能力和通過查看相關資料來解決問題的習慣。雖然這只是一次簡單的課程設計，但通過這次課程設計我們了解了課程設計的一般步驟，和設計中應注意的問題。設計本身并不是有很重要的意義，而是對待問題時的態(tài)度和處理事情的能力。設計的過程，設計的思想和設計電路中的每一個環(huán)節(jié)，電路中各個部分的功能是如何實現的。各個電路能夠完成什么樣的功能，搭建各個電路時應該注意那些要點。在這次設計過程中，我也對Multisim、Word、畫圖等軟件有了更進一步的了解，這使我在以后的學習中中更加得心應手。實驗中，借助仿真軟件，不僅可以把課堂中所學到的知識，直接加以運用，而且還可以把各個分離的知識點組合為一個整體。使自己在專業(yè)知識和動手能力上有了和大的提高。五、參考文獻1.彭介華電子技