可調(diào)直流穩(wěn)壓電源模擬電子技術(shù)課程設(shè)計

1、直 流 穩(wěn) 壓 電 源 設(shè) 計目 錄第一章、設(shè)計任務(wù)與要求11.1輸出電壓可調(diào)11.2最大輸出電流11.3輸出電壓變化量11.4穩(wěn)壓系數(shù)1第二章、方案設(shè)計與論證22.1方案一：單相半波整流電路：22.2方案二：單相全波整流電路：22.3方案三：單相橋式整流電路：2第三章、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算33.1選擇集成三端穩(wěn)壓器33.2選擇電源變壓器43.3選用整流二極管和濾波電容53.4濾波電容5第四章、總原理圖及元器件清單74.1總原理圖、PCB圖74.2元件清單7第五章、安裝與調(diào)試(使用multisim 調(diào)試)9第六章、性能測試與分析116.1輸出電壓與最大輸出電流的測試116.2紋波電壓的測試1

2、26.3穩(wěn)壓系數(shù)的測量13第七章、結(jié)論與心得15參考文獻16致 謝16第一章、設(shè)計任務(wù)與要求1.1輸出電壓可調(diào)：Uo=+3V+9V1.2最大輸出電流：Iomax=800mA1.3輸出電壓變化量：Vop_p5mV1.4穩(wěn)壓系數(shù)：SV第二章、方案設(shè)計與論證穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成，Error! Reference source not found.所示。 + 電 源 + 整 流 + 濾 波 + 穩(wěn) 壓 + u1 u2 u3 uI U0 _ 變壓器 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _圖1. 1穩(wěn)壓電源的組成框圖 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t

3、0 t 0 t 0 t （b）整流與穩(wěn)壓過程圖1. 2穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過程2.1方案一：單相半波整流電路：單相半波整流簡單，使用器件少，它只對交流電的一半波形整流，只要橫軸上面的半波或者只要下面的半波。但由于只利用了交流電的一半波形，所以整流效率不高，而且整流電壓的脈動較大，無濾波電路時，整流電壓的直流分量較小，Vo=0.45Vi，變壓器的利用率低。2.2方案二：單相全波整流電路：使用的整流器件較半波整流時多一倍，整流電壓脈動較小，比半波整流小一半。無濾波電路時的輸出電壓Vo=0.9Vi，變壓器的利用率比半波整流時高。變壓器二次繞組需中心抽頭。整流器件所承受的反向電壓較高。2.3

4、方案三：單相橋式整流電路：使用的整流器件較全波整流時多一倍，整流電壓脈動與全波整流相同，每個器件所承受的反向電壓為電源電壓峰值，變壓器利用率較全波整流電路高。綜合3種方案的優(yōu)缺點:決定選用方案三。第三章、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算整流電路采用橋式整流電路，電路如Error! Reference source not found.所示。在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2的負(fù)半周內(nèi)，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2截止。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過的負(fù)載電阻RL，且方向是一致的。電路的輸出波形如Error! Reference source not found.所示。圖3. 1整流電路

5、圖3. 1輸出波形圖在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即 。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為(U2是變壓器副邊電壓有效值)。在設(shè)計中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點，將電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián)，以達到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo1=(1.11.2)U2，直流輸出電流： （I2是變壓器副邊電流的有效值。），穩(wěn)壓電路可選集成三端穩(wěn)壓器電路?？傮w原理電路見Error! Reference source not found.。 圖3. 2穩(wěn)

6、壓電路原理圖3.1選擇集成三端穩(wěn)壓器因為要求輸出電壓可調(diào)，所以選擇三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器。可調(diào)式集成穩(wěn)壓器，常見主要有CW317、CW337、LM317、LM337。317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，337系列穩(wěn)壓器輸出連可調(diào)的負(fù)電壓，可調(diào)范圍為1.2V37V，最大輸出電流為1.5A。穩(wěn)壓內(nèi)部含有過流、過熱保護電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點。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)成的可調(diào)電壓穩(wěn)壓電源。LM317系列和lM337系列的引腳功能相同，管腳圖和典型電路如Error! Reference source not found.和圖3.5。圖3. 3 腳圖

7、圖3. 4典型電路輸出電壓表達式為:式中，1.25是集成穩(wěn)壓塊輸出端與調(diào)整端之間的固有參考電壓，此電壓加于給定電阻兩端，將產(chǎn)生一個恒定電流通過輸出電壓調(diào)節(jié)電位器，電阻常取值，在這里，因為只買到10K的電位器，再串聯(lián)一個R2，根據(jù)LM317輸出電壓表達式，?。篟1=2.2k,R2=2k。我們一般使用精密電位器，與其并聯(lián)的電容器C可進一步減小輸出電壓的紋波。圖中加入了二極管D，用于防止輸出端短路時10F大電容放電倒灌入三端穩(wěn)壓器而被損壞。LM317其特性參數(shù)：輸出電壓可調(diào)范圍：1.2V37V輸出負(fù)載電流：1.5A輸入與輸出工作壓差U=Ui-Uo：340V能滿足設(shè)計要求,故選用LM317組成穩(wěn)壓電路

8、。3.2選擇電源變壓器 電源變壓器的作用是將來自電網(wǎng)的220V交流電壓u1變換為整流電路所需要的交流電壓u2。電源變壓器的效率為：其中：是變壓器副邊的功率，是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率如Error! Reference source not found.所示：表3. 1 小型變壓器的效率 副邊功率 效率0.60.70.80.85 因此，當(dāng)算出了副邊功率后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率。由于LM317的輸入電壓與輸出電壓差的最小值，輸入電壓與輸出電壓差的最大值，故LM317的輸入電壓范圍為： 即 ， 取 變壓器副邊電流： ，取，因此，變壓器副邊輸出功率： 由于變壓器的效率，所以變壓器原

9、邊輸入功率，為留有余地，選用功率為的變壓器。3.3選用整流二極管和濾波電容由于：，。IN4001的反向擊穿電壓，額定工作電流，故整流二極管選用IN4001。3.4濾波電容根據(jù) ，和公式可求得： 所以，濾波電容： 電容的耐壓要大于，故濾波電容C取容量為，耐壓為的電解電容。第四章、總原理圖及元器件清單4.1總原理圖、PCB圖圖4. 1 總原理圖圖4. 2 PCB圖4.2元件清單表4. 1 元件清單元件序列型號元件參數(shù)值數(shù)量備注Ji變壓器12V1實際輸入電壓大于12VD1 D2 D3 D4 D5 D6二極管1N4001，1A6也可用1N4007D7發(fā)光二極管1FUSH熔斷絲1A1C1 C2電解電容4

10、700uF/25V2C5電解電容01uF1C9電解電容1uF/25V1C7電解電容10uF/25V1SW開關(guān)1R3電阻22k1R4電阻1K1R1電阻2k1R2電位器10K1U三穩(wěn)壓器LM317可調(diào)范圍1.2V37V1第五章、安裝與調(diào)試(使用multisim 調(diào)試) 按PCB圖所示，制作好電路板。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，最后再裝上濾波電路（電容）。安裝時要注意，二極管和電解電容的極性不要接反。經(jīng)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(fù)，則說明整流電路沒有接對，此時若接入穩(wěn)壓

11、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(biāo)，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(biāo)的測試。因在multisim沒有LM317元件，故用同一系列的LM117代替。圖5. 1 電位器R2取最大值時，Uo=9.088V 圖5. 2電位器R2取最小值時,Uo=2.983V電位器在0到10K之間，輸出電壓連續(xù)可調(diào)：約為3V9V。第六章、性能測試與分析6.1輸出電壓與最大輸出電流的測試 圖6. 1穩(wěn)壓電源性能指標(biāo)的測試電路測試時，先使，交流輸入電壓為220V，用數(shù)字電壓表測量的電壓值就是Uo。然后慢慢調(diào)小，直到Uo的值下降5%，此時流經(jīng)的電流就是，記

12、下后，要馬上調(diào)大的值，以減小穩(wěn)壓器的功耗。圖6. 2 R5（RL）=20歐姆，Uo=8.78V, Io=438.979mA 圖6. 3Uo下降5%（8.332V）時，Io=846.644mA,即Iomax=Io.6.2紋波電壓的測試 用示波器觀察Uo的峰峰值，（此時Y通道輸入信號采用交流耦合AC），測量Uop-p的值（約幾mV）。 由示波器得出：Uop-p=106。845uV6.3穩(wěn)壓系數(shù)的測量 按圖5所示連接電路， 在時，測出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo。然后調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓，測出穩(wěn)壓電源對應(yīng)的輸出電壓Uo1 ；再調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓，測出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo2。則穩(wěn)壓系數(shù)為： 因為

13、，在本調(diào)試中，無法得到自耦變壓器，所以只能把電壓歸算到降壓器的輸出電壓(Ui):U1=198V, Ui=10.8VU1=220V, Ui=12.0VU1=242V, Ui=13.2V 圖6. 4Ui=12時，Uo=8.726V 圖6. 5 Ui=10.8V時，Uo=8.72V 圖6. 6Ui=13.2V時，Uo=8.740V所以，穩(wěn)壓系數(shù)：=0.0022表6. 1設(shè)計要求測試結(jié)果誤差分析Uo=+3V+9V2.983V 9.088V 0.01%Iomax=800mA846.644mA0.05%Vop_p5mV106。845uV106845uV 5mVSV0.00222%在允許的誤差范圍內(nèi)，本設(shè)計

14、已達到要求。第七章、結(jié)論與心得1、通過這次課程設(shè)計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。2、在設(shè)計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。3、我認(rèn)為做課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識。4、平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時看課本，這次

15、看了，下次就忘了，通過動手實踐讓我們對各個元件印象深刻。認(rèn)識來源于實踐，實踐是認(rèn)識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以課程設(shè)計對我們的作用是非常大的。4、在學(xué)習(xí)PCB和制作PCB圖時時，發(fā)現(xiàn)細(xì)心、耐心、恒心一定要有才能做好事情，首先是線的布局上既要美觀又要實用和走線簡單，兼顧到方方面面去考慮是很需要的，否則只是一紙空話。5、在畫好原理圖后的做PCB板時，由于我對板不熟悉，導(dǎo)致布線后元件出現(xiàn)在另一邊，增加了布線難度，也產(chǎn)生很多不曾注意的問題，今后要牢記這個教訓(xùn)，使以后布線更加順利。6、通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。7、由于我的水平有限、本學(xué)期學(xué)習(xí)任務(wù)