可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計

1、存檔資料 成績： *學(xué)院課 程 設(shè) 計 報 告 書所屬課程名稱 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計 題 目 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計 分 院 *分院 專業(yè)班級 *級 班 學(xué)號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 年 月 日 * 學(xué)院課 程 設(shè) 計（ 論 文 ）任 務(wù) 書專 業(yè) 班 級 姓 名 一、課程設(shè)計（論文）題目 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計 二、課程設(shè)計（論文）工作：自2011 年6 月20 日起至 2011年6月23 日止。三、課程設(shè)計（論文）的內(nèi)容要求：1、設(shè)計目的通過集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計、安裝和調(diào)試，要求學(xué)會：(1)選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器來設(shè)計直流穩(wěn)壓電源；(2)掌握直流穩(wěn)壓電路的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)

2、的測試方法。2、設(shè)計要求(1)電源變壓器只做理論設(shè)計；(2)合理選擇集成穩(wěn)壓器；(4)撰寫設(shè)計報告、調(diào)試總結(jié)報告及使用說明書。學(xué)生簽名： 年 月 日課程設(shè)計（論文）評閱意見序號項 目等級優(yōu)秀良好中等及格不及格1課程設(shè)計態(tài)度評價2出勤情況評價3任務(wù)難度評價4工作量飽滿評價5設(shè)計中創(chuàng)新性評價6論文書寫規(guī)范化評價7綜合應(yīng)用能力評價綜合評定等級 評閱人 職稱 年 月 日 目錄第一章 設(shè)計內(nèi)容及要求 2 1.1 設(shè)計目的 2 1.2 設(shè)計任務(wù) 2 1.3 設(shè)計要求 2 第二章 設(shè)計方法與步驟 3 2.1設(shè)計方法 32.2設(shè)計步驟 3第三章 電路的設(shè)計 3 3.1 電源變壓器 4 3.2 整流電路 4 3

3、.3 濾波電路 7 3.4 穩(wěn)壓電路 10 第四章 制作與調(diào)試 12 4.1 安裝與檢查12 4.2 穩(wěn)壓電源各項性能指標(biāo)的測試14 第五章 結(jié)論和心得 15 參考文獻(xiàn) 16 第一章： 設(shè)計內(nèi)容及要求 1.1設(shè)計目的1、 學(xué)習(xí)小功率直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與調(diào)試方法。2、 掌握小功率直流穩(wěn)壓電源有關(guān)參數(shù)的測試方法。3、通過集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計、安裝和調(diào)試，要求學(xué)會： (1)選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器來設(shè)計直流穩(wěn)壓電源； (2)掌握直流穩(wěn)壓電路的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測試方法。(3)通過電路的設(shè)計可以加深對該課程知識的理解以及對知識的綜合運用。1.2設(shè)計內(nèi)容設(shè)計一波形直流穩(wěn)壓電源，滿

4、足：(1)當(dāng)輸入電壓在220V10%時，輸出直流電壓為312V，輸出電流大于1A； (2)輸出紋波電壓小于5mV，穩(wěn)壓系數(shù)小于5%，輸出內(nèi)阻小于0.1歐。1.3設(shè)計要求(1)電源變壓器只做理論設(shè)計；(2)合理選擇集成穩(wěn)壓器；(3)完成全電路理論設(shè)計、計算機輔助分析與仿真、安裝調(diào)試、繪制電路圖，自制印刷板；(4)撰寫設(shè)計報告、調(diào)試總結(jié)報告及使用說明書。 第二章：設(shè)計方法與步驟2.1設(shè)計方法單元電路設(shè)計、印制板設(shè)計、電路的組裝與調(diào)試。2.2設(shè)計步驟（1）功能和性能指標(biāo)分析：對題目的各項要求進(jìn)行分析，整理出系統(tǒng)和具體電路設(shè)計所需的更具體、更詳細(xì)的功能要求和技術(shù)性指標(biāo)數(shù)據(jù)，以求得設(shè)計的原始依據(jù)。（2）

5、選擇元器件：很好地理解電路的工作原理，正確利用計算公式，選擇合理的元件參數(shù)，且應(yīng)降低成本，減少器件品種，減少元器件的功耗和體積。（3）畫出總體電路圖，要求按相關(guān)規(guī)定，布局合理，圖面清晰，便于對圖的理解和閱讀，為印制電路板，并組裝、調(diào)試和維修時做好準(zhǔn)備。（4）按總電路圖安裝電路，調(diào)試并改進(jìn)。第三章：電路的設(shè)計圖3 整體電路圖3.1 電源變壓器 過整流電路將交流變?yōu)槊}動的直流電壓。由于此脈動的直流壓含有較的紋波，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?，然后通過的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載何溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，

6、還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載何溫度變化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。3.2 整流電路 利用二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⒔涣麟妷海娏鳎┳兂蓡蜗蛎}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。本節(jié)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。 為簡化分析，假定二極管是理想器件，即當(dāng)二極管承受正向電壓時，將其作為短路處理；當(dāng)承受反向電壓時，將其作為開路處理。單相橋式整流電路為了保留全波整流電路效率高、脈動系數(shù)小的優(yōu)點而克服其反向電壓高的缺點，若使二極管承受的反

7、向電壓和半波電路一樣，比全波整流電路減少一半，使二極管成本下降，可在此基礎(chǔ)上多用幾只二極管，如圖3.1所示電路就基本解決了上述問題。 圖3.1 單相橋式整流電路1）電路組成及工作原理 橋式整流電路由四只二極管組成的一個電橋，電橋的兩組相對節(jié)點分別接變壓器二次繞組和負(fù)載。這種電路有三種畫法，如圖所示。在工作時，D1、D2與D3、D4兩兩輪流導(dǎo)通。在u2正半周，二極管D1和D2正向?qū)ǎ鳧3、D4反向截止，形成負(fù)載電流i0，i0流通路徑為：aD1RLD2ba，u0=u2；在u2的負(fù)半周，二極管D3和D4正向?qū)?，而D1、D2反向截止，形成負(fù)載電流i0，i0流通路徑為：bD3RLD4ab， u0=

8、u2。 由此可見，不論哪兩只二極管導(dǎo)通，負(fù)載電流的方向都始終保持不變。電路各處電壓、電流波形如圖3.2 所示。2）輸出電流電壓U0 由橋式整流電路的波形可知，其輸出電壓及流過二極管的電流與全波整流的波形相同： U0=0.9U2 3）整流二極管的選擇 由橋式整流電路的波形可知，每只二極管截止時所承受的反向電壓為變壓器副邊電壓峰值，因此，各二極管所承受的最大反向電壓為 URM=U2 雖然是全波整流，由于二極管仍然是只有半個周期導(dǎo)通。此值與半波整流電路相同，負(fù)載上的電流是這個數(shù)值的2倍。 ID=I0/2 圖3.2 單相橋式整流電路的波形圖3.3濾波電路 經(jīng)過整流后，輸出電壓在正負(fù)方向上沒有變化，但輸

9、出電壓波形仍然保持正弦波的形狀，起伏很大。為了能夠得到平滑的直流電壓波形，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(fù)載電阻恰當(dāng)連接而構(gòu)成濾波電路。電容有通高頻、阻低頻的作用，將其直接并在整流電路后面，可以讓高頻電流通過電容流回電源，從而減少了流入負(fù)載的高頻電流，降低了負(fù)載電壓的高頻成分，減小了脈動。下面討論電容濾波電路的工作原理，為討論問題的方便，我們以半波整流電容濾波電路為例進(jìn)行分析，電路如圖3.3所示。 圖3.3 單向半波整流電容濾波電路及其波形圖（1）工作原理 設(shè)u2波形如圖3.3（b）所示，未接電容時，輸出電壓如圖3.3（b）中的虛線所示。

10、在u2正半周，設(shè)u2由零上升，二極管D導(dǎo)通，u0=u2，此時電源對電容充電，由于充電時間常數(shù)很小，電容充電很快，所以電容上升的速度完全跟得上電源電壓的上升速度，uC=u2。當(dāng)u2上升到峰值時，電容充電達(dá)到1.4U2，二極管D截止，隨后u2下降，電容C向負(fù)載RL放電，放電時間常數(shù)為RLC，其值較大，所以電容電壓下降的速度比u2下降到速度慢得多，此時負(fù)載電壓靠電容C的放電電流來維持，u0=uC。當(dāng)電容放電到b點時，uCu2，二極管D又導(dǎo)通，電容又被充電。充電至1.4U2后，又放電。如此重復(fù)進(jìn)行，就得到輸出電壓的波形如圖3.3（b）中實線所示。由圖可見，經(jīng)電容濾波后，負(fù)載電壓變得平穩(wěn)，且平均值提高了

11、。橋式整流電容濾波電路的原理與半波時相同，其電路和波形如圖3.4所示。 圖3.4 單相橋式整流電容濾波電路及其波形圖第1章 輸出直流電壓 在有濾波電容的整流電路中，要對其輸出直流電壓進(jìn)行準(zhǔn)確的計算是很困難的，工程上一般按下列經(jīng)驗公式進(jìn)行估算。當(dāng)電容的容量足夠大，滿足RLC（35）T/2（T為電網(wǎng)電壓的周期）時， 對于半波整流電容濾波： U0 U2 對于全波或橋式整流電容濾波： U01.2 U2 （3）濾波電容的選擇 為了得到比較好的濾波效果，在實際工作中常根據(jù)下式選擇濾波電容的容量。 對于半波整流： RLC（35）T 對于全波或橋式整流： RLC（35）T/2 由于電容值比較大，約為幾十至幾千

12、微法，一般選用電解電容，接入電路時，注意極性不要接反，電容器的耐壓值應(yīng)大于1.4U2 。（4）整流二極管的選擇 對于半波整流濾波電路：ID=I0 ，URM=1.4U2 對于全波或橋式整流電容濾波電路：ID=I0/2 ，橋式整流URM=U2 ，全波整流URM=2.8U2 由圖3.3、圖3.4可見，加上電容濾波，流過整流管的電流變成脈沖電流，由于電源接通的瞬間，電容相當(dāng)于短路，有一個很大的沖擊電流流過二極管，其瞬間值可以是正常工作時的好幾倍，故在選擇整流管最大允許的正向平均電流時，應(yīng)留有充分的裕量，一般選IF = （2 3）ID 。 3.4 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

13、，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。常見的有固定式和可調(diào)式兩類集成三端穩(wěn)壓器，內(nèi)部多以串聯(lián)型穩(wěn)壓電源為主，還有適當(dāng)?shù)倪^流、過熱等保護(hù)電路。一般固定式較便宜，可調(diào)式較貴，性能也好些，功率相對也較大。故本次設(shè)計采用LM317是可調(diào)節(jié)3端正電壓穩(wěn)壓器 圖3.5是外形圖和電路符號。在輸出電壓范圍1.2伏到37伏時能夠提供超過1.5安的電流，此穩(wěn)壓器非常易于使用。 圖3.5 固定式集成三端穩(wěn)壓器外形及電路符號圖3.6 LM317示例圖穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計算，Vo1.25（1R2/R1）。僅僅從公式本身看，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

14、壓計算公式，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Vo1.25V37V（高輸出電壓的317穩(wěn)壓塊如LM317HVA、LM317HVK等，其輸出電壓變化范圍是Vo1.25V45V），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R10.83K。又因為R2/R1的最大值為28.6。所以R2的最大取值為R223.74K。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R10.83K，R223.74K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。 第四章： 制作與檢測4.1安裝與檢查對電路進(jìn)行組裝：按照自己設(shè)計的

15、電路，在在通用板上焊接。焊接完畢后，應(yīng)對照電路圖仔細(xì)檢查，看是否有錯接、漏接、虛焊的現(xiàn)象。對安裝完成的電路板的參數(shù)及工作狀態(tài)進(jìn)行測量，以便提供調(diào)整電路的依據(jù)。經(jīng)過反復(fù)的調(diào)整和測量，使電路的性能達(dá)到要求。安裝前應(yīng)檢查元器件的質(zhì)量，安裝是特別要注意電解電容、集成芯片等主要器件的引腳和極性，不能接錯。從輸入級開始向后級安裝。 開始安裝穩(wěn)壓電源，檢查萬能板內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確定其內(nèi)部的電氣連接屬性1) 檢查元器件看是否有損壞，或者不符合規(guī)格的，要及時更換。2) 安裝一個元器件，先要用尖嘴鉗將其引腳成型，然后用鑷子把引腳放入孔內(nèi)高度要適中，符合電氣標(biāo)準(zhǔn)完畢后，要用萬用表測量元器件引腳和電路板之間是否接觸良好，然

16、后再安裝下一個元器件。3) 對于導(dǎo)線要用斜口鉗切成適當(dāng)?shù)拈L度，然后成型安裝安裝時必須采用絕緣良好的絕緣導(dǎo)線,在畫連線的時候要取好元件與元件的距離.連接的時候線與線之間不能交叉。4) 應(yīng)避免元器件損壞的發(fā)生，插元器件時候要垂直插拔以免行成不必要的損壞。 一最后結(jié)果沒有出來的原因主要有以下情況：1.操作不當(dāng)（如布線錯誤等）2.設(shè)計不當(dāng)（如電路出現(xiàn)險象等）3.元器件使用不當(dāng)或功能不正常4.儀器（主要指數(shù)字電路實驗箱）和集成元件本身出現(xiàn)故障。二檢查故障的方法主要有以下一些：1.查線法：由于在實驗中大部分故障都是由于布線錯誤引起的，因此，在故障發(fā)生時，復(fù)查電路連線為排除故障的有效方法。應(yīng)著重注意：有無漏

17、線、錯線，導(dǎo)線與插孔接觸是否可靠，集成電路是否插牢、集成電路是否插反等。2.觀察法：用萬用表直接測量各集成塊的Vcc端是否加上電源電壓；輸入信號，時鐘脈沖等是否加到實驗電路上，觀察輸出端有無反應(yīng)。重復(fù)測試觀察故障現(xiàn)象，然后對某一故障狀態(tài)，用萬用表測試各輸入/輸出端的直流電平，從而判斷出是否是插座板、集成塊引腳連接線等原因造成的故障。3.信號注入法在電路的每一級輸入端加上特定信號，觀察該級輸出響應(yīng)，從而確定該級是否有故障，必要時可以切斷周圍連線，避免相互影響。4.信號尋跡法在電路的輸入端加上特定信號，按照信號流向逐線檢查是否有響應(yīng)和是否正確，必要時可多次輸入不同信號。5.替換法對于多輸入端器件，

18、如有多余端則可調(diào)換另一輸入端試用。必要時可更換器件，以檢查器件功能不正常所引起的故障。 4.2 穩(wěn)壓電源各項性能指標(biāo)的測試一、電路的調(diào)試與檢測1) 靜態(tài)調(diào)試 當(dāng)連好電路板的線路時，先不要急著通電，而因該從以下幾個方面進(jìn)行檢測：A、對照原理圖，用萬用表一一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，因該及時改好電路連線。B、對照原理圖，檢查各元件是否接正確。2) 動態(tài)調(diào)試接通220V的電源，用數(shù)字萬用表對所設(shè)計的電路實物進(jìn)行測試,看電壓是否在正常的范圍內(nèi)變化第五章 結(jié)論和心得 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)計同時輸出12V電壓直流穩(wěn)壓電源。其結(jié)構(gòu)簡單，使用元器件較少；系統(tǒng)的可靠性好，其精度高，成本低，便于維修，且可作為一個獨立的模塊為其他