直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì)3

1、 湖南工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 課題名稱：半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)和測試 專業(yè)名稱：自動(dòng)化 學(xué)生班級(jí)：自本0903班 學(xué)生姓名：邱強(qiáng)杰 學(xué)生學(xué)號(hào)：09401040344 指導(dǎo)老師：陸秀令課程設(shè)計(jì)任務(wù)書直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)和測試（一）設(shè)計(jì)目的1、學(xué)習(xí)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法；2、研究直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案；3、掌握直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)和內(nèi)阻測試方法；（二）設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)1、技術(shù)指標(biāo)：要求電源輸出電壓為12v（或9v /5v），輸入電壓為交流220v，最大輸出電流為iomax=500ma，紋波電壓vop-p5mv，穩(wěn)壓系數(shù)sr5%。2、 設(shè)計(jì)要求（1） 設(shè)計(jì)一個(gè)能輸出12v/9v/5v的直流穩(wěn)壓電源

2、；（2） 擬定測試方案和設(shè)計(jì)步驟； （3） 根據(jù)設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)好電路，選好元件及參數(shù)；（4） 要求繪出原理圖，并用protel、visio畫出印制板圖； （5） 測量直流穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻；（6） 測量直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)、紋波電壓；（7） 撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。（三）設(shè)計(jì)提示1、設(shè)計(jì)電路框圖如圖所示負(fù)載穩(wěn)壓電路濾波電路整流電路變壓器 直流穩(wěn)壓電源電路結(jié)構(gòu)框圖穩(wěn)壓電路若使用分離元件要有取樣、放大、比較和調(diào)整四個(gè)環(huán)節(jié)，晶體管選用3dd或3dg等型號(hào)；若用集成電路選78xx和79xx穩(wěn)壓器。測量穩(wěn)壓系數(shù)：在負(fù)載電流為最大時(shí)，分別測得輸入交流比220v增大和減小10%的輸出vo，并將其中最大一個(gè)代入公

3、式計(jì)算sr，當(dāng)負(fù)載不變時(shí)，sr=vovi/vivo。測量內(nèi)阻：在輸入交流為220v，分別測得負(fù)載電流為0及最大值時(shí)的vo，ro=vo/il。紋波電壓測量：疊加在輸出電壓上的交流分量，一般為mv級(jí)?？蓪⑵浞糯蠛螅檬静ㄆ饔^測其峰峰值vop-p；用可用交流毫伏表測量其有效值vo，由于紋波電壓不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定誤差。2、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備自耦變壓器一臺(tái)、數(shù)字萬用表、交流毫伏表、面包板或萬能板、智能電工實(shí)驗(yàn)臺(tái)、示波器3、設(shè)計(jì)用主要器件 變壓器、整流二極管、集成穩(wěn)壓器（7812/7912/7809/7909/7805/7905）、電容、電阻若干3、參考書電工學(xué)電子工業(yè)出版社；晶體管直流穩(wěn)壓電

4、源遼寧科技出版社； 電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測試華中科技大學(xué)出版社 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)高等教育出版社（四）設(shè)計(jì)報(bào)告要求1、選定設(shè)計(jì)方案；2、擬出設(shè)計(jì)步驟，畫出電路，分析并計(jì)算主要元件參數(shù)值；3、列出測試數(shù)據(jù)表格。4、調(diào)試總結(jié)。（五）設(shè)計(jì)總結(jié)1、總結(jié)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法和運(yùn)用到的主要知識(shí)點(diǎn)，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較。2、總結(jié)直流穩(wěn)壓電源主要參數(shù)的測試方法。 目錄 第1章 原理分析11.1直流穩(wěn)壓電源的基本原理11.2各部分的作用11.2.1電源變壓器11.2.2整流濾波電路11.2.3三端集成穩(wěn)壓31.3穩(wěn)壓電流的性能指標(biāo)及測試方法41.4原理圖5第2章參數(shù)選擇及數(shù)據(jù)處理62.1數(shù)據(jù)的選擇62.2靜態(tài)調(diào)試62

5、.3動(dòng)態(tài)調(diào)試72.3.1穩(wěn)壓電源的性能指標(biāo)的測試72.3.2誤差分析8第3章電路仿真過程與結(jié)果93.1電路的基本功能測試93.2紋波的波形9結(jié)束語11參考文獻(xiàn)11 10 第1章 原理分析 1.1直流穩(wěn)壓電源的基本原理流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器t、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖如圖1.1圖1.1 直流穩(wěn)壓電源基本框架1.2各部分的作用1.2.1電源變壓器 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=，式中是變壓器的效率。1.2.2整流濾波電路整流電路將交流電壓ui變換成脈動(dòng)的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的紋波成分，輸

6、出紋波較小的直流電壓u1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。 圖1。2全波整流濾波 圖1.3 橋式整流濾波各濾波電容c滿足rl-c（35）t/2，或中t為輸入交流信號(hào)周期，rl為整流濾波電路的等效負(fù)載電阻。 圖5 等效電路圖1.2.3三端集成穩(wěn)壓 常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器與可調(diào)式三端壓器。 常用可調(diào)式正壓集成穩(wěn)壓器有l(wèi)m317系列，它們的輸出電壓從1.25v37伏可調(diào)，最簡的電路外接元件只需一個(gè)固定電阻和一只電位器。其芯片內(nèi)有過渡、過熱和安全工作區(qū)保護(hù)，最大輸出電流為1.5a。其典型電路如圖6所示，其中電阻r1與電位器r2組成輸出電壓調(diào)節(jié)器，輸出電壓uo的表達(dá)式為：u

7、o1.25（1r2/r1）式中r1一般取120240歐姆，輸出端與調(diào)整端的壓差為穩(wěn)壓器的基準(zhǔn)電壓（典型值為1.25v）。圖6 lm317系列電路圖1.3穩(wěn)壓電流的性能指標(biāo)及測試方法 穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括允許輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)（或電壓調(diào)整率）、輸出電阻（或電流調(diào)整率）、紋波電壓（紋波系數(shù)）及溫度系數(shù)。測試電路如圖7。圖7穩(wěn)壓電源性能指標(biāo)測試電路（1） 紋波電壓：疊加在輸出電壓上的交流電壓分量。用示波器觀測其峰峰值一般為毫伏量級(jí)。也可用交流毫伏表測量其有效值，但因紋波不是正弦波

8、，所以有一定的誤差。（2）穩(wěn)壓系數(shù)：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。（3） 電壓調(diào)整率：輸入電壓相對(duì)變化為10%時(shí)的輸出電壓相對(duì)變化量，穩(wěn)壓系數(shù)和電壓調(diào)整率均說明輸入電壓變化對(duì)輸出電壓的影響，因此只需測試其中之一即可。（4） 輸出電阻及電流調(diào)整率輸出電阻與放大器的輸出電阻相同，其值為當(dāng)輸入電壓不變時(shí)，輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比的絕對(duì)值.電流調(diào)整率：輸出電流從0變到最大值時(shí)所產(chǎn)生的輸出電壓相對(duì)變化值。輸出電阻和電流調(diào)整率均說明負(fù)載電流變化對(duì)輸出電壓的影響，因此也只需測試其中之一即可。1.4原理圖第2章參數(shù)選擇及數(shù)據(jù)處理2.1數(shù)據(jù)的選擇1、根據(jù)三

9、端可調(diào)試輸出集成穩(wěn)壓器的特點(diǎn)：當(dāng)輸入電壓為240伏范圍內(nèi)變化是，電路均能正常工作，并且輸出端與調(diào)整端之間的電壓等于基準(zhǔn)電壓1.25伏，而整流電路的輸出端電壓平均值u=0.9u2，即0.9u2在240伏間取，所以可取的輸出電壓為12伏的降壓器。2、對(duì)于濾波電路電容的選取： 可由紋波電壓vop-p和穩(wěn)壓系數(shù)sv來確定。已知，vo=9v,vi=12v,vop-p=5ma,sv=310-3 .則由式由式 得濾波電容，電容c的耐壓應(yīng)大于。故取2 只2200f/25v的電容相并聯(lián)。3、穩(wěn)壓器內(nèi)部設(shè)計(jì)滿足：選可調(diào)式三端穩(wěn)壓器lm317，其特性參數(shù)vo=1.2v37v,iomax=1.5a,最小輸入、輸出壓差

10、（vivo）max=40v。組成的穩(wěn)壓電源電路，由式得vo=1.25(1+rp1/r1),取r1=240，則rp1min=336,rp1max=1.49k,故取rp1為4.7k的精密線繞可調(diào)電位器。 4、其它元器件的作用：v用于防止短路時(shí)c2通過調(diào)整端放電而損壞穩(wěn)壓器；c2用于減少輸出紋波電壓。r2用于調(diào)節(jié)輸出電壓大小。2.2靜態(tài)調(diào)試當(dāng)連好電路板的線路時(shí)，先不要急著通電，而因該從以下幾個(gè)方面進(jìn)行檢測：a、對(duì)照原理圖，用萬用表一一檢查線路的各個(gè)接口是否接通，是否有短路、斷路或漏接的現(xiàn)象，如果有，因該及時(shí)改好電路連線。b、對(duì)照原理圖，檢查各元件是否接正確。2.3動(dòng)態(tài)調(diào)試2.3.1穩(wěn)壓電源的性能指標(biāo)

11、的測試 1）、輸出電壓的測量接通220v的電源，用數(shù)字萬用表對(duì)所設(shè)計(jì)的電路實(shí)物進(jìn)行測試，得到正源輸出電壓為+10.50v，負(fù)電源輸出電壓為-10.48v。 2）、內(nèi)阻的測量在輸入交流為220v，分別測得負(fù)載電流為0及最大值時(shí)的vo，即用開短路法可測得電源內(nèi)阻。測得數(shù)據(jù)如下：ia+=0.22a， vo+=10.50via-=0.218a， vo-=10.48v根據(jù)以上數(shù)據(jù)可得電源內(nèi)阻為：r+=vo+ia+ =10.50v/0.22a = 47.70r-=vo-ia- =10.48v/0.218a =48.013）、穩(wěn)壓系數(shù)的測量 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)

12、變化引起輸出電壓的相對(duì)變化，即穩(wěn)壓系數(shù) sr=（vo/vo）/（vi/vi） io=常數(shù)，t=常數(shù) sr的測量電路如圖5所示： 圖2.1穩(wěn)壓示意圖測試過程是：先調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓增加 10%，即vi=242v，測量此時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓vo1；再調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓減少 10%，即vi=198v，測量此時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓vo2，然后再測出vi=220v時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓vo，則穩(wěn)壓系數(shù)sr=（vo/vo）/（vi/vi） =220/（242-198）（vo1-vo2）/vo根據(jù)上述測量方法，可對(duì)正負(fù)雙電源進(jìn)行測試，測試數(shù)據(jù)如下：當(dāng)vi=198v時(shí)，測得數(shù)據(jù)為：vo1+=10.12 v， v0

13、1-=10.09v當(dāng)vi=242v時(shí)，測得數(shù)據(jù)為：vo2+=10.14v， vo2-=10.11v當(dāng)vi=220v時(shí)，測得數(shù)據(jù)為：vo+=10.00v， vo-=9.98v由以上所測數(shù)據(jù)，可得穩(wěn)壓系數(shù)為： sr + =（vo+/vo+）/（vi/vi） =220/（242-198）（vo1+-vo2+）/vo+ 0.00167sr - =（vo-/vo-）/（vi/vi） =220/（242-198）（vo1-vo2-）/vo- 0.00168 2.3.2誤差分析1）、誤差計(jì)算+vcc%=（12.00-10.50）/12.00=12.5%-vcc%=10.48-12.00/12.00=12.6

14、7% 第3章電路仿真過程與結(jié)果3.1電路的基本功能測試 按如圖3.1接線，開始仿真 圖3.1仿真電路圖 表3.1電壓輸出對(duì)比 電壓表 理論輸出 實(shí)際輸出 u4 12v 12.13v u2 12v 12.34v u3 12v 12.23v 3.2紋波的波形當(dāng)輸出電壓為9v時(shí)的紋波圖形 圖3.2輸出9v時(shí)的紋波圖形理論數(shù)據(jù)： 表3.2 紋波的數(shù)據(jù) 理論數(shù)據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)紋波vppu09v9.051v28.720uvu0-9v-8.993v654.5uv 結(jié)束語通過這幾個(gè)星期的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，我學(xué)習(xí)到更多的模電知識(shí)，對(duì)串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源電路的了解更加深入了，同時(shí)，對(duì)仿真軟件的使用也更加熟練了！還有提高了我的自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力。最后就是讓我認(rèn)識(shí)到了我自身的不足，給我指明了方向，讓