直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

1、青 島 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué)理學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院電子工藝實(shí)習(xí)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè) 計(jì) 題 目 直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 學(xué)生專業(yè)班級 通信工程09級01班 學(xué)生姓名（學(xué)號） 李芳（20092395） 指 導(dǎo) 教 師 油海東 完 成 時(shí) 間 2011-4-15 實(shí) 習(xí)（設(shè)計(jì)）地點(diǎn) 信息樓511 2011 年 4 月 19 日電子工藝實(shí)習(xí)任務(wù)書一、 實(shí)習(xí)目的1 了解直流穩(wěn)壓電源電路的工作原理；2 熟悉電路中主要電器元件三端穩(wěn)壓器的作用及結(jié)構(gòu)；3 掌握電子電路焊接工藝中的基本技能；4 掌握基本測量工具的使用；二、 實(shí)習(xí)要求1 掌握元器件的基礎(chǔ)知識；2 理解串聯(lián)穩(wěn)壓電路的工作原理；3 掌握電路繪制與仿真分析相關(guān)知

2、識；4 培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，能利用信息媒體獲取新知識、新技術(shù)；5 培養(yǎng)學(xué)生電路安裝與焊接能力；6 培養(yǎng)學(xué)生電路分析能力和故障排除的基本技能；三、 實(shí)習(xí)內(nèi)容1 直流穩(wěn)壓電源原理的講解，整流，全橋整流，半波整流原理，三端穩(wěn)壓器的原理的分析；2 電烙鐵焊接工藝的實(shí)習(xí)，練習(xí)，要求能做到美觀，無虛焊。注意電烙鐵的安全使用；3 萬用板上元器件的擺放，連接，焊接。在保證焊接方便的前提下，盡量做到有序美觀；4 直流穩(wěn)壓電源電路的焊接調(diào)試；四、 實(shí)習(xí)日程及內(nèi)容周一：練習(xí)焊接工藝技術(shù)，在萬用板上練習(xí)焊接；周二：下發(fā)元器件清單，根據(jù)元器件清單，翻閱相關(guān)理論，自己設(shè)計(jì)電路原理圖，了解各部分原理；周三：根據(jù)設(shè)計(jì)的原理圖，

3、在萬用板上焊接實(shí)際電路，并調(diào)試電路，使電路性能指標(biāo)符合課程設(shè)計(jì)的要求；周四：指導(dǎo)教師給出參考原理圖，和自己設(shè)計(jì)的原理圖比較優(yōu)缺點(diǎn)，沒有實(shí)現(xiàn)電路指標(biāo)性能的可以根據(jù)參考原理圖，重新焊接調(diào)試；指導(dǎo)教師驗(yàn)收課程設(shè)計(jì)，根據(jù)同學(xué)所做的，講解原理圖關(guān)鍵的部分；周五：編寫電子工藝實(shí)習(xí)報(bào)告。五、 實(shí)習(xí)器件器件數(shù)量器件數(shù)量器件數(shù)量整流二極管1N40074只電解電容470uF/16V1只LED 3mm1只三端穩(wěn)壓器78051只瓷介電容0.1uF2只接線柱4只電解電容1000uF/25V1只電阻470歐姆1只萬用板2只共用器件：10W，9V單輸出變壓器，4個(gè)； 焊錫：8卷直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)I 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及

4、要求：(1) 了解直流穩(wěn)壓電源的組成，各部分電路的工作原理和不同類型電路的結(jié)構(gòu)及工作特點(diǎn)、性能指標(biāo)等。(2) 知道主要的電子器件并了解掌握它們的組成、特點(diǎn)和工作狀態(tài)等。(3) 根據(jù)自己的掌握程度，設(shè)計(jì)出直流穩(wěn)壓功能的電路，選擇合理的電子器件。(4) 在實(shí)際動手操作中，背面接線布置正確美觀，無漏焊、短路現(xiàn)象，防止虛焊。在進(jìn)行焊接操作時(shí)要注意安全，焊接時(shí)間，送錫方法，烙鐵頭處理，用松香的道理和方法。(5) 輸入10w,9v的交流電。II提出方案（方案設(shè)計(jì)）：因?yàn)橹绷鞣€(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成，則分別對整流電路和濾波電路進(jìn)行選擇和分析。一、整流電路整流電路是利用

5、整流二極管的單向?qū)щ娦?，將雙向變化的交流電變成單向脈動的直流電。整流電路類型有如表格一：表格一類型電路整流電壓波形特點(diǎn)單向半波電路簡單，輸出波紋大，電源的利用低。單向全波紋波小，二極管的反向電壓高。單向橋式電路復(fù)雜，紋波小，二極管的反向電壓小。二、濾波電路整流輸出的直流電壓脈動較大，為減小脈動，在整流電路之后加上濾波電路，將脈動的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?。與用于信號處理的濾波電路相比，直流電源中濾波電路的顯著特點(diǎn)是：均采用無源電路。無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波(包括倒L型、LC濾波、LC型濾波和RC型濾波等)。無源濾波電路的結(jié)構(gòu)簡單，易于設(shè)計(jì)，但它的通帶放大倍數(shù)及其截止頻

6、率都隨負(fù)載而變化，因而不適用于信號處理要求高的場合。無源濾波電路通常用在功率電路中，比如直流電源整流后的濾波，或者大電流負(fù)載時(shí)采用LC（電感、電容）電路濾波。根據(jù)以上內(nèi)容，給出以下方案如圖表1至6：方案一 半波整流電容濾波器圖 1 半波整流濾波電路圖 2 整流前和整流后波形方案二 橋式整流電容濾波電路 圖 3 橋式整流電容濾波電路 圖 4 整流前和整流后波形方案三 半波整流電感濾波器圖5 半波整流電感濾波電路圖6 整流前和整流后波形III原理說明：在電子電路設(shè)備中，一般需要穩(wěn)定的直流電源供電。單向交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓，過程如圖7所示。圖 7 穩(wěn)

7、壓電源組成框圖變壓器副邊電壓通過整流電路從交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，即將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動電壓，半波整流電路和全波整流電路的輸出波形如圖中所畫?？梢钥闯觯鼈兙休^大的交流分量，會影響負(fù)載電路的正常工作。為了減小電壓的脈動，需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓僅為直流電壓。一、整流電路工作原理l 單相半波整流電路圖 8 單向半波整流電路 圖 9 整流前和整流后波形根據(jù)圖8和9可知輸出電壓在一個(gè)工頻周期內(nèi)，只是正半周導(dǎo)電，在負(fù)載上得到的是半個(gè)正弦波。負(fù)載上輸出平均電壓為流過負(fù)載和二極管的平均電流為 二極管所承受的最大反向電壓 最低次諧波的幅值與平均值的比值稱為脈動系數(shù)S l 單相橋式整

8、流電路圖 10 單相橋式整流電路圖 11 整流前和整流后波形圖 根據(jù)圖10和11得：當(dāng)正半周時(shí)二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)負(fù)半周時(shí)二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。在負(fù)載電阻上正負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動電壓。參數(shù)計(jì)算輸出電壓是單向脈動電壓。用它的平均值與直流電壓等效。 輸出平均電壓為流過負(fù)載的平均電流為 流過二極管的平均電流為 二極管所承受的最大反向電壓 脈動系數(shù)S圖12單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線二、濾波電路工作原理l 電容濾波電路 圖13 電容濾波電路根據(jù)圖13，若電路處于正半周，二極管D1、D3導(dǎo)通，變壓器次端電壓V2

9、給電容器C充電。此時(shí)C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2 ，是正弦形。 當(dāng)v2到達(dá)90°時(shí)，v2開始下降。先假設(shè)二極管關(guān)斷，電容C就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載L放電。指數(shù)放電起始點(diǎn)的放電速率很大。在剛過90°時(shí)，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過90°時(shí)二極管仍然導(dǎo)通。在超過90°后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線下降的速率越來越快，當(dāng)剛超過指數(shù)曲線起始放電速率時(shí)，二極管關(guān)斷。所以，在t1到t2時(shí)刻，二極管導(dǎo)電，充電，vC=vL按正弦規(guī)律變化；t2到t3時(shí)刻二極管關(guān)斷，vC=vL按指數(shù)曲線下降，放電時(shí)間常數(shù)為RLC。電容濾波的計(jì)算另一種是在RLC=(35)T/ 2的條件下，

10、近似認(rèn)為VL=VO=1.2V2。（或者，電容濾波要獲得較好的效果，工程上也通常應(yīng)滿足wRLC610。）整流濾波電路中，輸出直流電壓VL隨負(fù)載電流 IO的變化關(guān)系曲線如圖所示。 圖 14純電阻和電容濾波電路的輸出特性l 電感濾波電路利用儲能元件電感器的電流不能突變的性質(zhì)，把電感與整流電路的負(fù)載L相串聯(lián)，也可以起到濾波的作用。圖 15 電感濾波電路 圖16 濾波前和濾波后波形根據(jù)圖15，當(dāng)v2正半周時(shí)，D1、D3導(dǎo)電，電感中的電流將滯后v2。當(dāng)負(fù)半周時(shí)，電感中的電流將經(jīng)由D2、D4提供。因橋式電路的對稱性，和電感中電流的連續(xù)性，四個(gè)二極管D1、D3 ； D2、D4的導(dǎo)通角都是180°，獲

11、得如圖16波形。由上可知，單向半波整流時(shí)S=1.57，單向橋式整流時(shí)S=0.67，1.57>0.67，橋式整流與半波整流相比，輸出電壓的脈動減小很多，則整流電路選擇橋式整流。又因?yàn)?，電容濾波電路減小整流電壓的脈動，用于負(fù)載電流較小且變化也較小的情況，電感濾波電路減小輸出電壓的脈動，用于負(fù)載電流較大的情況。結(jié)合實(shí)際情況得出最合適的的電路圖如下圖 17 單相橋式整流電路該直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)上具有以下優(yōu)點(diǎn)：原理簡單易于實(shí)現(xiàn)、成本較低、性能較好（穩(wěn)壓后又經(jīng)過一次濾波）、使用安全可靠、電路簡潔和便于安裝調(diào)試。IV所需器件：（1）整流二極管1N4007，4只。整流二極管是一種將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿?/p>

12、半導(dǎo)體器件。通常它包含一個(gè)PN結(jié)，有陽極和陰極兩個(gè)端子。整流二極管一般為平面型硅二極管，用于各種電源整流電路中。選用整流二極管時(shí)，主要應(yīng)考慮其最大整流電流、最大反向工作電流、截止頻率及反向恢復(fù)時(shí)間等參數(shù)。普通串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路中使用的整流二極管，對截止頻率的反向恢復(fù)時(shí)間要求不高，只要根據(jù)電路的要求選擇最大整流電流和最大反向工作電流符合要求的整流二極管即可。（2）電解電容 470uF/25V 1只 1000uF/16V 1只電解電容是電容的一種，介質(zhì)有電解液，涂層有極性，分正負(fù)，不可接錯(cuò)。電容(Electric capacity)，由兩個(gè)金屬極，中間夾有絕緣材料（介質(zhì)）構(gòu)成。有極性電解電容器通常在

13、電源電路或中頻、低頻電路中起電源濾波、退耦、信號耦合及時(shí)間常數(shù)設(shè)定、隔直流等作用。一般不能用于交流電源電路，在直流電源電路中作濾波電容使用時(shí)，其陽極（正極）應(yīng)與電源電壓的正極端相連接，陰極（負(fù)極）與電源電壓的負(fù)極端相連接，不能接反，否則會損壞電容器。（3）三端穩(wěn)壓器7805 1只 7805是最常用的穩(wěn)壓芯片，它使用方便，用很簡單的電路即可實(shí)現(xiàn)一個(gè)直流穩(wěn)壓電源，它的輸出電壓恰好為5v剛好是51系列單片機(jī)運(yùn)行所需的電壓。它有很多系列如ka7805,ads7805,cw7805等，性能有微小的差別。 1接整流器輸出的+電壓，2為公共地（也就是負(fù)極），3就是我們需要的正5v輸出電壓。圖18 7805引

14、腳圖（4）瓷介電容0.1uF 2只用高介電常數(shù)的電容器陶瓷鈦酸鋇一氧化鈦擠壓成圓管、圓片或圓盤作為介質(zhì)，并用燒滲法將銀鍍在陶瓷上作為電極制成。它又分高頻瓷介和低頻瓷介兩種。具有小的正電容溫度系數(shù)的電容器，用于高穩(wěn)定振蕩回路中，作為回路電容器及墊整電容器。低頻瓷介電容器限于在工作頻率較低的回路中作旁路或隔直流用，或?qū)Ψ€(wěn)定性和損耗要求不高的場合，這種電容器不宜使用在脈沖電路中，因?yàn)樗鼈円子诒幻}沖電壓擊穿。瓷片電容只要針對于高頻，高壓瓷片電容取決于你使用在什么場合，典型作用可以消除高頻干擾。優(yōu)點(diǎn)：1容量損耗隨溫度頻率具高穩(wěn)定性 2特殊的串聯(lián)結(jié)構(gòu)適合于高電壓極長期工作可靠性 3高電流爬升速率并適用于大

15、電流回路無感型結(jié)構(gòu)（5）電阻470歐姆 1只 用于負(fù)載電路負(fù)載。（6）LED 3mm發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。（7）接線柱 4只指裝于功率放大器和音箱上專供與音箱線連接的接線端子，或指電流表、電壓表、電阻上用來連接導(dǎo)線的柱子。（8）萬用板 2只 對集成電路進(jìn)行試驗(yàn)（9）共用器件：10W，9V單輸出變壓器，4個(gè)； 焊錫：8卷V設(shè)計(jì)測試結(jié)果：(1) 對電路進(jìn)行檢查。查看整流二極管、發(fā)光二極管和電解電容等器件是否正負(fù)極接反，觀察線路是否有連接錯(cuò)誤和虛焊。(2) 如果經(jīng)過(1)檢查無誤后，在輸入端接入10w,9v的交流電，觀察發(fā)光二極管是否發(fā)光

16、。(3) 如果發(fā)光二極管發(fā)光，則說明電路可以正常工作，用萬用表測出輸出電壓，電壓值約為4.97v。(4) 斷開電源，整理器件。VII心得體會這次實(shí)踐感覺最難的不僅僅是設(shè)計(jì)電路，還有焊接電路。一直紙上談兵的我們突然拿起生疏的武器，感覺即新奇又擔(dān)心。拿起它們才發(fā)現(xiàn)自己是多么的笨手笨腳，看習(xí)慣了紙上的電路圖，轉(zhuǎn)移到面包板上感覺就摸不著頭緒，好半天反應(yīng)過來。焊接要求做到美觀，沒有虛焊。因?yàn)樽约簩﹄娎予F使用的不熟練，就發(fā)生了虛焊的情況，而且焊接的電路沒有在一條直線上，也不怎么美觀。不過還好，最后能夠成功的完成任務(wù)。本次直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)最主要的收獲是：是我們對電子元件及電路安裝有了一定的感性和理性認(rèn)識，培養(yǎng)和鍛煉我們的實(shí)際著手能力。使我們的理論知識和實(shí)踐充分的連系，做到不但具有專業(yè)知識，而且還有較強(qiáng)的實(shí)踐能力。這次的實(shí)習(xí)，正如老師所講，沒有多少東西讓我們?nèi)ハ?，更多的是要我們?nèi)プ?，很多東西看起來簡單，如果不去親自操作，就不會懂得理論和實(shí)踐的差別。雖然這次我的作品不怎么好，但經(jīng)過這次鍛