模電課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

PAGE8課程設(shè)計(jì)報(bào)告書題目：連續(xù)輸出的直流穩(wěn)壓電源課程：模擬電路課程設(shè)計(jì)院系：電氣與電子工程學(xué)院專業(yè)：通信工程專業(yè)班級(jí)：電1105-3班學(xué)號(hào)：20112534姓名：張浩設(shè)計(jì)期限：2013年6月29日—2013年7月4日指導(dǎo)教師：馬月輝目錄一·摘要――――――――――――――――――――――――――――――2二·設(shè)計(jì)目的—————―――――――――――――――――――――――2三·設(shè)計(jì)任務(wù)及基本要求―――――――――――――――――――――――2四·關(guān)鍵字―――――――――――――――――――――――――――――2五·正文――――――――――――――――――――――――――――――35.1所用器材――——————————―――――――――――――——35.2設(shè)計(jì)原理——————――――――――――――――———————35.3設(shè)計(jì)原理圖―――――――――――――――――――———————45.4設(shè)計(jì)步驟———————————————————————————45.5電路圖————————————————————————————65.6電路仿真圖——————————————————————————6六·心得體會(huì)――――――――――――――――――――――――――――8七·參考文獻(xiàn)――――――――――――――――――――――――――――9一、摘要：當(dāng)今社會(huì)，人們極大的享受著電子設(shè)備為人們帶來(lái)的便利，但是每一個(gè)電子設(shè)備都有一個(gè)共同的核心部分——電源電路。大到超級(jí)計(jì)算機(jī)，小到袖珍計(jì)算器，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。當(dāng)然，這些電源的樣式、復(fù)雜程度也是千差萬(wàn)別。本實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)的是一款可調(diào)節(jié)的連續(xù)輸出的直流穩(wěn)壓電源。該類電源優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性高，紋波小，可靠性高，易做成多路，輸出連續(xù)可調(diào)的成品。連續(xù)輸出的直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流、濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，從電網(wǎng)輸出的交流電通過(guò)整流電路流入該電源，經(jīng)過(guò)整流后成為單一方向直流電，再經(jīng)過(guò)濾波電路進(jìn)行濾波，最后再進(jìn)行穩(wěn)壓，輸出穩(wěn)定的符合要求的電壓。該可調(diào)節(jié)的連續(xù)輸出的直流穩(wěn)壓電源能夠根據(jù)負(fù)載的要求輸出相應(yīng)的電壓值，而且通常這個(gè)電壓值是穩(wěn)定的直流電能。因?yàn)樵谏a(chǎn)生活中，我們的生活越來(lái)越趨向于自動(dòng)化，也就越來(lái)越簡(jiǎn)便，所以就產(chǎn)生了對(duì)可調(diào)連續(xù)輸出的直流電源的需求，這種電源在各種電子產(chǎn)品中也起著核心作用，因此，直流穩(wěn)壓電源在電源中占有十分重要的地位。二、設(shè)計(jì)目的學(xué)習(xí)基本理論在實(shí)踐中綜合運(yùn)用的初步經(jīng)驗(yàn)，掌握模擬電路的基本設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計(jì)與調(diào)試能力。學(xué)會(huì)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法和性能指標(biāo)測(cè)試方法。培養(yǎng)實(shí)踐能力，提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。使學(xué)生在理論計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程繪圖、查閱設(shè)計(jì)資料、標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的運(yùn)用和計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的能力得到訓(xùn)練和提高。三、設(shè)計(jì)任務(wù)及基本要求可調(diào)節(jié)的連續(xù)輸出的直流穩(wěn)壓電源輸出電壓：6~7v最大輸出電流：I=500（mA）四、關(guān)鍵字穩(wěn)壓管發(fā)光二極管二極管電阻滑動(dòng)變阻器電容五、正文5.1所用器材器材規(guī)格數(shù)量穩(wěn)壓管LM3171個(gè)二極管IN40076個(gè)發(fā)光二極管LED1個(gè)電阻120Ω1個(gè)電阻2KΩ1個(gè)電阻2.2KΩ1個(gè)可變電阻20KΩ1個(gè)可變電阻2.2KΩ1個(gè)電容3300uF1個(gè)電容220uF1個(gè)電容）0.01uF1個(gè)電容0.1uF1個(gè)5.2設(shè)計(jì)原理采用輸出電壓可調(diào)且內(nèi)部有過(guò)載保護(hù)功能的三端集成穩(wěn)壓器（LM317），輸出電壓調(diào)整范圍較寬，帶負(fù)載能力強(qiáng)，該電路采用器件較少成本低且組裝方便、可靠性高。穩(wěn)壓部分采用三端穩(wěn)壓器等分立元器件，元器件先進(jìn)，技術(shù)成熟，完全能夠達(dá)到題目要求，該電路采用器件較少成本低且組裝方便、可靠性高。本實(shí)驗(yàn)包括三部分，整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路。整流電路：整流電路的主要作用是把經(jīng)過(guò)變壓器降壓后的交流電通過(guò)整流變成單個(gè)方向的直流電，但是這一種直流電的幅值變化很大。它主要是通過(guò)二極管的截止和導(dǎo)通來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常見的整流電路主要有全波整流電路、橋式整流電路、被壓整流電路，而我們選取的是單相橋式整流電路來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的整流功能。濾波電路：基本上是采用電容濾波電路。由于電容在電路中也有儲(chǔ)能作用，并聯(lián)的電容器在電源供給的電壓升高時(shí)，把部分能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，而當(dāng)電源電壓降低時(shí)，就把能量釋放出來(lái)，使負(fù)載電壓比較平滑。由于本電路后級(jí)是穩(wěn)壓電路，因此可以是有電容濾波電路進(jìn)行簡(jiǎn)單濾波。穩(wěn)壓電路：因?yàn)橐筝敵鲭妷嚎烧{(diào)，所以選擇三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器壓內(nèi)含有過(guò)濾、過(guò)熱保護(hù)電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良，不易損壞，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。其電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構(gòu)成的電壓穩(wěn)壓電源。5.3設(shè)計(jì)原理圖圖1原理圖5.4設(shè)計(jì)步驟電路圖設(shè)計(jì)確定目標(biāo)：設(shè)計(jì)整體是有那幾部分構(gòu)成，各個(gè)模塊之間的信號(hào)傳輸及處理過(guò)程，畫出直流穩(wěn)壓電源方框圖。系統(tǒng)分析：根據(jù)各模塊功能，選擇各個(gè)模塊所用的電路形式。參數(shù)選擇：根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)的要求，確定各個(gè)模塊中元件的參數(shù)。總電路圖：連接各個(gè)模塊的電路圖。2.分電路設(shè)計(jì)圖2整流電路圖3輸出波形圖圖2整流電路圖3輸出波形圖單相橋式整流電路如圖所示，四只整流二極管D1～D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。單相橋式整流電路的工作原理為簡(jiǎn)單起見，二極管用理想模型來(lái)處理，即正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。在輸入正弦交流電壓的正半周，電流從變壓器副邊線圈的上端流出，只能經(jīng)過(guò)二極管D1流向RL，再由二極管D4流回變壓器，所以D1、D4正向?qū)?，D2、D3反偏截止。在負(fù)載上產(chǎn)生一個(gè)極性為上正下負(fù)的輸出電壓。在輸入正弦交流電壓的負(fù)半周，其極性相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，只能經(jīng)過(guò)二極管D3流向RL，再由二極管D2流回變壓器，所以D1、D4反偏截止，D2、D3正向?qū)?。電流流過(guò)RL時(shí)產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負(fù)，與正半周時(shí)相同。綜上所述，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦?，將四個(gè)二極管分為兩組，根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導(dǎo)通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負(fù)載電阻的上端相連，負(fù)極性端與負(fù)載電阻的下端相連，使負(fù)載上始終可以得到一個(gè)單方向的脈動(dòng)電壓。通過(guò)負(fù)載橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向RL的電流iL以及電壓vL的波形都是單方向的全波脈動(dòng)波形。電壓較低，同時(shí)因電源變壓器在正、負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導(dǎo)體整流電路中得到了頗為廣泛的應(yīng)用。電路的缺點(diǎn)是二極管用得較多，但目前市場(chǎng)上已有整流橋堆出售，如QL51A～G、QL62A～L等，其中QL62A～L的額定電流為2A，最大反向電壓為25～1000V。在這里由于：URM=/ˉ2U2＝/ˉ2×12＝16.968V,Iomax=0.2AIN4007的反向擊穿電壓URM≥50V，額定工作電流ID=1A，故整流二極管選用IN4007，用四個(gè)1N4001二極管組成橋式整流電路，將小電壓交流電進(jìn)行全波整流變?yōu)橹绷鳌?2)濾波電路經(jīng)過(guò)整流后得到的脈沖直流紋波還是很大的，所以要經(jīng)過(guò)濾波電路的濾波，濾波電路通常有電容濾波，電感濾波，II型濾波等。電容濾波適應(yīng)小電流負(fù)載VL＝1.2V2電感濾波適應(yīng)大電流負(fù)載VL＝0.9V2LC濾波適應(yīng)性較強(qiáng)VL＝0.9V2RC或LC∏型濾波適應(yīng)小電流負(fù)載VL＝1.2V2由于電感的體積和制作成本等原因，我們多采用電容濾波，其作用是把脈動(dòng)直流電壓中的大部分紋波加以慮除，一得到較平緩的直流電壓，在這里我選用3300μF的電容來(lái)濾波。（3）穩(wěn)壓電路由于穩(wěn)壓電路發(fā)生波動(dòng)、負(fù)載和溫度發(fā)生變化，濾波電路輸出的直流電壓會(huì)隨著變化。因此，為了維持輸出電壓穩(wěn)定不變，還需加一級(jí)穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素（電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度）等發(fā)生變化時(shí)，使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。集成穩(wěn)壓器的種類很多，在小功率穩(wěn)壓電源中，普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。按照輸出電壓類型可分為固定式和可調(diào)式，此外又可以分為正電壓輸出和負(fù)電壓輸出兩種類型。按照設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)要用到可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。其常見產(chǎn)品有CW317、CW337、LM317、LM337。其中317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，337系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的負(fù)電壓，可調(diào)范圍為1.2～37V，最大輸出電流為1.5A。在這里我們選擇LM317作為三端穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓器輸入端的電容用來(lái)進(jìn)一步消除紋波,此外，輸出端的電容起到了頻率補(bǔ)償?shù)淖饔茫芊乐棺约ふ袷?，從而使電路穩(wěn)定工作。3.電路安裝調(diào)試自行設(shè)計(jì)電路板并焊接。在每個(gè)模塊的輸入端加一個(gè)輸入信號(hào)，測(cè)試其輸出信號(hào)，以驗(yàn)證每個(gè)模塊是否能夠達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)。重點(diǎn)測(cè)試穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓系數(shù)。將各個(gè)模塊連接起來(lái)，整體調(diào)試，并測(cè)量各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。5.5電路圖說(shuō)明：穩(wěn)壓器輸入端的電容用來(lái)進(jìn)一步消除紋波,此外，輸出端的電容起到了頻率補(bǔ)償?shù)淖饔茫芊乐棺约ふ袷?，從而使電路穩(wěn)定工作。5.6電路仿真圖分別調(diào)節(jié)可變電阻，下圖為其分別在最左端、中點(diǎn)和最右端是的仿真結(jié)果：（1）當(dāng)負(fù)載電阻R3和RL總值為24Ω時(shí)，輸出直流電壓為Uo=+12.0V，最大輸出電流接近500mA，紋波電壓即V(峰-峰)=△VOP-P≤5mV。（2）當(dāng)RL增大時(shí)，負(fù)載上通過(guò)的電流減小，紋波電壓增大，最大時(shí)V(峰-峰)≤5mV,符合設(shè)計(jì)要求。（3）當(dāng)負(fù)載電阻足夠大時(shí)，電路參數(shù)依然符合要求。（4）經(jīng)過(guò)測(cè)量計(jì)算最后得出：穩(wěn)壓系數(shù)：Sr≤1%，電源能夠輸出1~24V的可調(diào)電壓。六、心得體會(huì)之前本以為直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)會(huì)很簡(jiǎn)單，而實(shí)際做起來(lái)發(fā)現(xiàn)并非想象中的那么簡(jiǎn)單。但最終還是有所成功的?，F(xiàn)在覺(jué)得，作設(shè)計(jì)就應(yīng)該有種踏實(shí)的態(tài)度，簡(jiǎn)單也好，難做也罷，只要我們靜下心來(lái)投入到其中，也就成功了一半。而自己掌握的比較差，但我仔細(xì)看了看課本，所以在設(shè)計(jì)此次電源時(shí)，我腦海中就有了最初的單元電路，翻模電課本在結(jié)合自己的設(shè)計(jì)之后我完成了自己的設(shè)計(jì)，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，懂得了制作過(guò)程中電路處理的方法，并了解了直流穩(wěn)壓電源的系統(tǒng)方案論證與選擇和各模塊方案設(shè)計(jì)與論證，讓我們更進(jìn)一步的了解到直流穩(wěn)壓電源的工作原理以及它的要求和性能指標(biāo)，也讓我們認(rèn)識(shí)到在此次設(shè)計(jì)電路中所在的問(wèn)題；而通過(guò)不斷的努力去解決這些問(wèn)題。通過(guò)自己預(yù)先設(shè)計(jì)的電路，然后再參考一些書籍上的電路并經(jīng)過(guò)修改和創(chuàng)造，設(shè)計(jì)成了最終符合要求的電路原理圖，并進(jìn)一步了解和學(xué)習(xí)了整個(gè)電路的各個(gè)部分的具體工作原理，達(dá)到了理想的要求。最后我用MultiSIM軟件對(duì)電路圖進(jìn)行了部分仿真。經(jīng)過(guò)對(duì)前面部分電路的仿真我掌握了仿真的具體方法。總的來(lái)說(shuō)我對(duì)仿真的結(jié)果還是比較滿意。這次的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)我不僅進(jìn)一步學(xué)習(xí)了穩(wěn)壓電路的原理和設(shè)計(jì)，以及對(duì)電路的更深一步的了解，特別是掌握了仿真的方法，學(xué)會(huì)了仿真軟件的應(yīng)用，獲益匪淺。經(jīng)過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)我收獲了很多，也學(xué)習(xí)到了很多有關(guān)專業(yè)方面的知識(shí)！在這次的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我初步掌握了直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試方法，學(xué)會(huì)了直流穩(wěn)壓電源電路的安裝及使用，同時(shí)也熟悉了電子技術(shù)設(shè)計(jì)的一些基本方法和技巧，了解了穩(wěn)壓直流電源的組成部分和各部分的具體的作用，并且通過(guò)專研和實(shí)際的調(diào)試，測(cè)試，掌握了各級(jí)輸出級(jí)的電壓值以及各電壓的輸出波形的具體測(cè)量方法和誤差分析。學(xué)會(huì)了電路各部分元件參數(shù)的計(jì)算和確定，以及通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)指標(biāo)的要求和各部分電路各個(gè)元件之間的關(guān)系來(lái)準(zhǔn)確的確定具體的電路和元件的實(shí)際參數(shù)。通過(guò)對(duì)電路的理論分析從而在一定程度上大致分析所得的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和確定正確與否，也通過(guò)實(shí)際的操作和對(duì)各元件的實(shí)際參數(shù)與理論值之間的差別了解了各影響因素對(duì)電路和試驗(yàn)結(jié)果的影響。以及采取怎樣的措施來(lái)有效的減小以致消除外界不穩(wěn)定因素對(duì)試驗(yàn)參數(shù)的影響，從而使測(cè)量的結(jié)果盡量準(zhǔn)確，盡量與理論值之間的差別縮小到最小。雖然在這次的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和參數(shù)的確定以及試驗(yàn)結(jié)果的測(cè)試的過(guò)程當(dāng)中也遇到了一些困難和迷惑，但是通過(guò)查閱相關(guān)的資料和書籍，并且跟同學(xué)互相探討和研究，基本上解決了所遇到的問(wèn)題。但是由于對(duì)專業(yè)知識(shí)具備的不足，所以在設(shè)計(jì)好的電路中難免會(huì)存在一定的差錯(cuò)，而且由于對(duì)很多電子器件的實(shí)際性能和型號(hào)的不了解會(huì)在選擇器件的時(shí)候選不到最好的器件使電路工作在最佳狀態(tài)，所以試驗(yàn)結(jié)果可能與理論值相差較大，但是經(jīng)過(guò)我的調(diào)試盡量使實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值間的差別減小到最小，從而達(dá)到了試驗(yàn)的基本要求。在本次的課程設(shè)計(jì)中，遇到了一些困難，使自