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文檔簡介

1、電子技術(shù)課程設(shè)計說明書(電氣工程學院)設(shè) 計 題 目: 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計 專 業(yè) 班 級: 電自142 指 導 教 師: 明德剛 學 生 姓 名: 設(shè) 計 地 點: 實驗室315 設(shè) 計 日 期: 2016年11月28日12月9日 目 錄設(shè)計題目:21 設(shè)計目的及任務(wù)31.1 設(shè)計目的31.2 設(shè)計任務(wù)32 設(shè)計過程42.1 題目分析42.2 整體構(gòu)思42.3 具體實現(xiàn)53 元件說明及相關(guān)計算73.1 元件說明73.2 相關(guān)計算94 制作及調(diào)試過程124.1 制作過程124.2 調(diào)試過程124.3 遇到問題及解決措施125 心得體會14參考文獻15致謝16附錄1:電路原理圖17附錄2:實物

2、圖片17附錄3:元件清單19貴州理工學院學生課程設(shè)計成績評定表(電氣類)20可調(diào)直流電源穩(wěn)壓設(shè)計摘要直流穩(wěn)壓電源,又稱直流穩(wěn)壓器,它的供電電源大都是交流電源,當交流供電電源的電壓或負載電阻變化時,穩(wěn)壓器的直接輸出電壓都能保持穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器,整流電路,濾波電路以及穩(wěn)壓電路等電路組成。變壓器把高壓交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟姡徽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)計主要采用變壓器,整流,濾波,穩(wěn)壓的流程思路將輸入220V交流電轉(zhuǎn)換成3V9V的直流電源。其中,穩(wěn)壓電路采用三端固定穩(wěn)壓器LM317達到穩(wěn)壓效果,因此系統(tǒng)可根據(jù)實際

3、需要對其設(shè)計進行適當?shù)男薷?。關(guān)鍵詞: 變壓器,整流,濾波,穩(wěn)壓,LM317穩(wěn)壓管,電路仿真課程設(shè)計:可調(diào)直流電源穩(wěn)壓設(shè)計1 設(shè)計目的及任務(wù)1.1 設(shè)計目的(1) 結(jié)合電子技術(shù)基礎(chǔ)中所學的理論知識,獨立的設(shè)計方案,培養(yǎng)學生獨立分析和解決問題的能力。(2) 學會查閱相關(guān)手冊和資料,通過查閱手冊和資料,進一步熟悉常用電子器件的類型和特性,并掌握合理的選用的原則。(3) 學會使用常用電子元器件。(4) 掌握基本的現(xiàn)代電子技術(shù)設(shè)計工具和EDA技術(shù)。(5) 掌握電子電路的安裝與調(diào)試技術(shù),進一步熟悉電子儀器的使用方法。(6) 認真撰寫總結(jié)報告,培養(yǎng)嚴謹?shù)淖黠L和科學的態(tài)度。1.2 設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個基于LM31

4、7的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源,其輸出電壓+3V+9V連續(xù)可調(diào),電源由降壓,整流,濾波和穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)構(gòu)成。在萬能板上焊接并調(diào)試,實現(xiàn)如下的功能:(1) 輸出電壓U0=+3V+9V連續(xù)可調(diào);(2) 最大輸出電流;(3) 要求選用LM317集成穩(wěn)壓器;(4) 考慮變壓器輸入接口和電壓輸出接口;(5) 考慮過流和過壓保護。2 設(shè)計過程2.1 題目分析(1) 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的交流電壓。(2) 降壓后的交流電壓,通過整流電路變成單向直流電,但其幅度變化大(及脈動大)。(3) 脈動大的直流電壓需進過濾波電路變成平滑,脈動小

5、的直流電,即將交流成分濾掉,保留其直流成分。(4) 濾波后的直流電壓,再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓,便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)壓直流電壓輸出,供給電壓表。2.2 整體構(gòu)思直流電壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電的裝置,它需要降壓,整流,濾波,穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成。一般由電源變壓器,整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成,基本框圖如下: 直流穩(wěn)壓電源的原理框圖和波形變換(1) 電源變壓器:是降壓變壓器,它的作用是將220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui。變壓器的變比由變壓器的副邊確定,變壓器副邊與原邊的功率比為,式中是變壓器的效率。(2) 整流電路:利用單向?qū)щ娫瑢?0H

6、z的正弦交流電變換成脈動的直流電。(3) 濾波電路:可以將整流電路輸出電壓中的大部分交流成分濾除。濾波電路濾除較大的波紋成分,輸出波紋較小的直流電壓U1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波,橋式整流濾波等。(4) 穩(wěn)壓電路:穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路其工作原理是利用穩(wěn)壓管兩端的電壓,電壓稍有變化,會引起其電流有較大變化這一特點,通過調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來達到穩(wěn)壓輸出電壓的目的。2.3 具體實現(xiàn) 1.電源變壓器:過整流電路將將交流變?yōu)槊}動的直流電壓,由于此脈動的直流電壓含有較少的波紋,必須通過濾波電路加以濾波,從而得到平滑的直流電壓,電源變壓器的作用是將交流220V的電壓變?yōu)樗璧碾妷褐?,然后?/p>

7、過的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動,負載和溫度的變化,因而在整流,濾波電路之后,還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當電網(wǎng)電壓波動,負載和溫度變化時,維持輸出直流電壓穩(wěn)定。如下圖所示2. 整流電路:利用二極管的單向?qū)щ娦?,將交流電壓(電流)變成單向脈動電壓(電流)的電路,稱為整流電路。交流電分為三相交流電和單相交流電,在小功率電路中一般采用單相半波,全波,橋式整流電路和倍壓整流電路。本次課程設(shè)計主要研究單相橋式整流電路,對于倍壓整流電路及全波整流電路,可通過相應(yīng)參考書來了解。如下圖所示3. 濾波電路:經(jīng)過整流后,輸出電壓在正負方向上沒有變化,當輸出電壓波形仍然保持正弦波的形狀,起伏很大。為了能過得到平滑的直

8、流電壓波形,需要有濾波的措施。在直流電源上多是利用電抗元件對交流信號的電抗性質(zhì),將電容器或電感器與負載電阻恰當連接而構(gòu)成濾波電路。電容有通高頻,阻低頻的作用,將其并在整流電路后面,可以讓高頻電流通過電容流回電源,從而減少了流入負載的高頻電流,降低了負載電壓的高頻成分,減小了脈動。如下圖所示:4. 穩(wěn)壓電路:集成三端穩(wěn)壓器具有體積小,外圍元件少,調(diào)整簡單,使用方便且性能好,穩(wěn)定性高,價格便宜等優(yōu)點,因而獲得越來越廣泛的應(yīng)用。如下圖所示:3 元件說明及相關(guān)計算3.1 元件說明圖3.5是外形圖和電路符號,在輸出電壓范圍1.2V37V時能夠提供超過1.5A的電流,此穩(wěn)壓器非常易于使用。 圖3.5固定式

9、集成三端穩(wěn)壓器外形及電路符號穩(wěn)壓電源的輸出電壓的公式為。僅僅從公式本身公式來看,R1,R2的電阻值可以隨意設(shè)定,然而作為穩(wěn)壓電源的輸出電壓的計算公式,R1和R2的阻值是不能隨意設(shè)定的。首先317穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是(高輸出電壓的317穩(wěn)壓塊如LM317HVA,LM317HVK等,其輸出電壓的變化范圍是),所以R2/R1的比值范圍只能是028.6。經(jīng)計算可知R1的最大取值為又因為R2/R1的最大值為28.6,所以R2的最大取值為。在使用317穩(wěn)壓塊的輸出電壓計算公式計算其輸出電壓時,必須保證,兩個不等式同時成立,才能保證317穩(wěn)壓塊在空載時能夠穩(wěn)定地工作。2.橋式整流二極管: 在橋式整流二

10、極管中有兩個要點,一是容許通過的最大電流,二是反向穿電壓,一般選擇在路電流電壓的2倍左右的二極管。3.電位器 電位器是一種具有三個接頭的可變電阻器。 AB和BC之間的電阻可以通過簧片調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸來加以改變電阻,其中AC兩邊電阻最大。符號如圖所示:3.2相關(guān)計算1.集成三端穩(wěn)壓器  LM317內(nèi)置有過載保護、安全區(qū)保護等多種保護電路。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標準三端穩(wěn)壓高得多的紋波抑制比。可調(diào)整輸出電壓低到1.2V,保證1.5A輸出電流,典型線性調(diào)整率0.01%,80dB紋波抑制比,輸出短路保護,過流、過熱保護,調(diào)整管安全工作區(qū)保護,標準三極管封裝。如圖所示: LM317其特性

11、參數(shù):可調(diào)范圍為最大輸出點流為1.5A 輸入與輸出工作壓差為 輸出表達式為:=  其中,是集成穩(wěn)壓器件的輸出電壓,即為1.25V。如圖所示,改變R2的值,的值即可改變。當R2短路時最小,為即1.25V;當R2大于零時,都大于,最大可達37V。2.選擇電源變壓器  1)確定副邊電壓:    根據(jù)性能指標要求: =          因為 所以 - 其中:,= 所以:此范圍可任選:= 

12、60;      根據(jù)          可得變壓的副邊電壓:2)確定副邊電流       又因為副邊電流 所以取=     則3)選擇變壓器的功率        變壓器的輸出功率: >3.選擇整流電路中的二極管  因為變壓器的伏變電壓 =&#

13、160; 所以橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為:= 橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為: 查手冊選整流二極管IN4007,其參數(shù)為:反向擊穿電>=  最大整流電流= 4.濾波電路中濾波電容的選擇 1)求:  根據(jù)穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)的定義:D=    設(shè)計要求 將其代入上式,則可求得  2)求濾波電容C       設(shè)定=      所以

14、濾波電容:電路中濾波電容承受的最高電壓為,所以所選電容器的耐壓應(yīng)大于17v。4 制作及調(diào)試過程4.1 制作過程安裝時,先安裝比較小的元件,所以先安裝整流電路,再安裝穩(wěn)壓電路,最后再裝上電路(電容)。安裝時要注意,二極管和電解電容的極性不要接反,檢查無誤后,才將電源變壓器與整流濾波電路連接,通電后用萬用表檢查整流后輸出LM317輸入端電壓Ui的極性,若Ui的極性為負,則說明整流電路沒有接對,此時若接入穩(wěn)壓電路,就會損壞集成穩(wěn)壓器。然后接通電源,調(diào)節(jié)RW的值,若輸出電壓滿足設(shè)計指標,說明穩(wěn)壓電源中各級電路都能正常工作,此時就可以進行各項指標的測試。4.2 調(diào)試過程 靜態(tài)調(diào)試 當連好電路板的線路時,

15、先不要急著通電,而應(yīng)該從以下幾個方面進行檢測:(1) 對照原理圖,用萬用表檢查線路的各個接口是否接通,是否有短路,斷路或漏接的現(xiàn)象,如果有,應(yīng)該及時改好電路連線。(2) 對照原理圖,檢查各元件是否接得正確。動態(tài)調(diào)試接通12V的電壓,用數(shù)字萬用表對所設(shè)計的電路實物進行測試,調(diào)節(jié)滑動變阻器看電壓是否在3V9V的范圍之間。4.3 遇到問題及解決措施問題一:最小電壓低于3V?答:增大R2的電阻。誤差的因素:(1) 由于在測輸出電流時接觸點之間的微小電阻造成的誤差;(2) 電流編內(nèi)阻串入回路造成的誤差;(3) 示波器,萬用表本身的準確度而造成的系統(tǒng)誤差。改進此電路的方法:(1)減小接觸點的微小電阻;(2

16、)根據(jù)電流表的內(nèi)阻對測量進行修正;(3)采用更高精確讀的儀器去測量。問題二:在把電源電源接通后,測電源的輸入端沒有電源?答:按照電路原理圖重新檢查電路。沒有電源的原因:(1) 橋堆接反;(2) 連接電源的線接觸不良。采取的措施:(1) 按照原理圖對電路進行檢查,若橋堆接反,按照原理圖將電路改過來;(2) 若線路接觸不良,換線重新接。問題三:二極管燈不亮?答:先按照原理圖檢查電路。燈不亮的原因?(1) 電路有的地方可能接反了;(2) 二極管壞了。 采取的措施: (1)先按照原理圖檢查電路中是否有地方接反,若接反,將錯誤的地方改過; (2)用萬用表測一下二極管是否亮,若不亮,重新?lián)Q一顆二極管。5

17、心得體會本次的課程設(shè)計題目是可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計,本設(shè)計主要利用電源變壓器,整流二極管,濾波電容及集成穩(wěn)壓器固定式來設(shè)計,同時電壓直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓范圍是+3V+9V,其結(jié)構(gòu)簡單,使用元器件較少,系統(tǒng)的可靠性較好,且其精度高,成本低,并且可作為一個獨立的模塊為其他電子設(shè)備提供電能。伴隨著計算機和通訊技術(shù)發(fā)展而來的現(xiàn)代信息技術(shù)革命,給電力電子技術(shù)提供了更加廣闊的發(fā)展空間,同時也給電源提出了更高的要求。而電源在使用時會造成很多不良的影響和后果,而在世界各國紛紛對電源產(chǎn)品提出來不同的要求和措施并制定了一系列的產(chǎn)品精度標準。只有滿足了產(chǎn)品的標準,才能過進入市場進行銷售和買賣。在這次課程設(shè)計的過程中

18、,我們遇到了不少問題和困難,但我們都努力的克服了,并且通過討論和指導老師的幫助解決了遇到的問題和困難,在這次課程設(shè)計的實驗過程中,我們在實物接線中多次接線失敗,我們又重新按照原理圖接線并查找接線錯誤的原因,經(jīng)過多次的連接和改正,最后接線終于成功了,雖然本次實驗的接線不復雜,但是我們還是下了很大的努力。在這中間,我們要對導線進行測量,進行電路的組裝,整體電路的調(diào)試,最終順利的完成了本次實驗。在此過程中,不但增強了我們的動手能力,同時也讓我們對課本上的知識又進行了一次溫故,使我們加強了對課本上知識的理解和掌握,也擴寬了我們對課本知識以外的了解。通過本次課程的設(shè)計,使我們了解了書本上沒有的知識,更加

19、鞏固了我們所學的知識,同時也增強了自己的靈活運用所學知識到實踐中的能力。在這次課程設(shè)計中我受益匪淺,雖然在這過程中遇到了很多的意想不到的問題,但在最后都順利的完成并取得了成功,因為取得成功的能夠讓我們的內(nèi)心充滿成就感和滿足感,也讓我深深地體會到了做學問一定要有認真,嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度,這也將在我們以后的生活和學習中起到莫大的幫助和作用。最后,我在這里感謝我的指導老師我?guī)椭^我的同學們,非常謝謝你們的幫助和知道。參考文獻1. 模擬電子技術(shù)簡明教程 楊素行 高等教育出版社2. 數(shù)字電子技術(shù)簡明教程 余孟嘗 高等教育出版社3. 基于PROTEUS的電路及單片機設(shè)計與仿真 周潤景 北京航空航天大學出版社4

20、. 楊素行 編模擬電子技術(shù)簡明教程,北京 高等教育出版社,2001年1月出版5. 基于PROTEUS的電路及單片機設(shè)計與仿真 6. 張憲 編電子電路制作指導,北京 化工工業(yè)出版社,2005年8月出版7. 張友汗 編電子技術(shù)基礎(chǔ)教學參考書,北京 高等教育出版社,2005年6月出版致謝在這兩個星期的電子技術(shù)課程設(shè)計的實踐中。我首先要感謝明德剛指導老師,因為從課程設(shè)計的開始到完成,他都對我們付出了很多,是他在我們遇到困難和難題時幫助我們解決,在這段時間里使我學會了直流穩(wěn)壓電源的基本設(shè)計方法,同時也使我對直流穩(wěn)壓電源的工作原理和使用方法有了更深刻的理解和詮釋。當我們把自己想出來的方案應(yīng)用到實踐中的時候,出現(xiàn)了許多問題,如LM317引腳接反,測試時LED燈不亮,測試的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合等等。都是經(jīng)過

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