(論文)集成穩(wěn)壓源課程設(shè)計(jì)最新優(yōu)秀畢業(yè)論文資料搜集嘔血奉獻(xiàn)

模擬電子課程設(shè)計(jì)說明書 1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 工作單位：工作單位： 信息信息工程學(xué)院工程學(xué)院 題題 目目: : 集成直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)集成直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 初始條件：電阻器初始條件：電阻器 10和和240、100和和5k滑動(dòng)電阻器、滑動(dòng)電阻器、IN4001IN4001 型號(hào)型號(hào) 和和 IN4148IN4148 型號(hào)的二極管、型號(hào)的二極管、0.1uF0.1uF 和和 0.33uF0.33uF 的電容、的電容、2200uF2200uF 的電解電容、集的電解電容、集 成穩(wěn)壓器成穩(wěn)壓器 CW7812CW7812、LM317LM317、散熱片、電壓跟隨器、電路板、導(dǎo)線若干、散熱片、電壓跟隨器、電路板、導(dǎo)線若干 要求完成的主要任務(wù)要求完成的主要任務(wù): : 已知條件：集成穩(wěn)壓器已知條件：集成穩(wěn)壓器 CW7812CW7812 及及 CW317CW317。 性能指標(biāo)要求：輸出電壓性能指標(biāo)要求：輸出電壓 V Vo o 及最大輸出電流（及最大輸出電流（檔檔 Vo=(+3Vo=(+3+9+9）V V 連續(xù)連續(xù) 可調(diào)，可調(diào)，Iomax=200mAIomax=200mA，紋波電壓，紋波電壓 Vop-p5mV,Vop-p5mV,穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù) Sv5*10-Sv5*10-；檔檔 Vo=+5V,Iomax=300mA)Vo=+5V,Iomax=300mA)。 要求：在集成穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)過程中，要求學(xué)會(huì)要求：在集成穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)過程中，要求學(xué)會(huì)選擇合適的變壓器、整選擇合適的變壓器、整 流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源；流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源；掌握直流穩(wěn)壓電源掌握直流穩(wěn)壓電源 的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法。的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法。 設(shè)計(jì)要求合理選擇集成穩(wěn)壓器；完成電路的理論設(shè)計(jì)、繪制電路圖；撰寫設(shè)計(jì)要求合理選擇集成穩(wěn)壓器；完成電路的理論設(shè)計(jì)、繪制電路圖；撰寫 實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告 模擬電子課程設(shè)計(jì)說明書 2 時(shí)間安排：第時(shí)間安排：第 1919 周理論講解，時(shí)間：禮拜一周理論講解，時(shí)間：禮拜一 5 5、6 6、7 7、8 8 節(jié)，地點(diǎn)：節(jié)，地點(diǎn)： 鑒三鑒三 204204：第：第 2020 周理論設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)室安裝調(diào)試，地點(diǎn)：鑒主周理論設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)室安裝調(diào)試，地點(diǎn)：鑒主 1313 樓通信工程樓通信工程 綜合實(shí)驗(yàn)室、鑒主綜合實(shí)驗(yàn)室、鑒主 1515 樓通信工程實(shí)驗(yàn)室（樓通信工程實(shí)驗(yàn)室（1 1） 指導(dǎo)教師簽名：指導(dǎo)教師簽名： 年年 月月 日日 系主任（或責(zé)任教師）簽名：系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年年 月月 日日 模擬電子課程設(shè)計(jì)說明書 3 集成直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 目目 錄錄 1.設(shè)計(jì)目的1 2.設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 .2 3.設(shè)計(jì)步驟及原理說明 .3 4.安裝調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決 10 5.性能測(cè)試要求及數(shù)據(jù) 11 6.收獲、體會(huì)及建議 12 7.元器件清單 13 8.注意事項(xiàng).14 9.主要參考文獻(xiàn)資料.15 模擬電子課程設(shè)計(jì)說明書 1 1設(shè)計(jì)目的 1.1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)，掌握模擬電路設(shè)計(jì)的基本方法、設(shè)計(jì) 步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計(jì)與調(diào)試能力。 1.2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。 1.3培養(yǎng)實(shí)踐技能，提高分析和解決實(shí)際問題的能力。 模擬電子課程設(shè)計(jì)說明書 2 2設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 2.1設(shè)計(jì)并制作一個(gè)連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，主要技術(shù)指標(biāo)要求： 2.1.12.1.1檔： 輸出電壓可調(diào)：Uo=+3V+9V 最大輸出電流：Iomax=200mA 紋波電壓 Vop-p5mV 穩(wěn)壓系數(shù)：SV5*10- 2.1.22.1.2檔：Vo=+5V； Iomax=300mA 2.2 設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)，選擇電路元件； 計(jì)算確定元件參數(shù)，畫出實(shí)用原理電路圖。 2.3自擬實(shí)驗(yàn)方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測(cè)試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，交指 導(dǎo)教師審核。 2.4批準(zhǔn)后，進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行組裝、調(diào)試，并測(cè)試其主要性能參數(shù)。 模擬電子課程設(shè)計(jì)說明書 3 3設(shè)計(jì)步驟及原理說明 3.1 方案的選擇 3.1.1檔： 3.1.1.1 方案一： 圖一 方案一 在第一檔的設(shè)計(jì)過程中，就是按照通常的設(shè)計(jì)方案，經(jīng)變壓器變壓獲得所需的電壓 值，然后通過整流電路將交流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓，整流電路有四個(gè)二極管 （IN4001）組成；在此脈動(dòng)的直流電壓中還含有較大的紋波，所以必須通過濾波電路加 以濾除，選用 C1、C2 用來濾波，從而可以得到平滑的直流電壓；經(jīng)濾波之后也并不能保 證輸出穩(wěn)定的電壓，它還會(huì)隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度的變化而變化，故在整流、濾 波電路之后，還需要接穩(wěn)壓電路，這里采用 LM317 可變?nèi)思煞€(wěn)壓器，用以穩(wěn)定輸出 直流電壓。R1 與 Rp 組成電壓調(diào)節(jié)電路，輸出電壓 Vo=1.25(1+RP1/R1),通過調(diào)節(jié) RP1 就 能改變輸出電壓。D5 為保護(hù)二極管當(dāng)輸入端短路時(shí)，給輸出電容 C3 一個(gè)放電通路，防止 C3 兩端電壓作用于調(diào)整管的 be 結(jié)，擊穿損壞穩(wěn)壓器。輸出電壓的可變就是通過調(diào)節(jié) Rp1 來實(shí)現(xiàn)的。 3.1.1.2 方案二： 模擬電子課程設(shè)計(jì)說明書 4 圖圖二二 方方案案二二 LM317輸出電流為1.5A，輸出電壓可在1.2537V 之間連續(xù)調(diào)節(jié)，其輸出電壓由兩只 外接電阻 R1、RP1決定，輸出端和調(diào)整端之間的電壓差為1.25V，這個(gè)電壓將產(chǎn)生幾毫安 的電流，經(jīng) R1、RP1到地，在 RP1上分得的電壓加到調(diào)整端，通過改變 RP1就能改變輸出 電壓。注意，為了得到穩(wěn)定的輸出電壓，流經(jīng) R1的電流小于3.5mA。LM317在不加散熱 器時(shí)最大功耗為2W，加上2002004mm3散熱板時(shí)其最大功耗可達(dá)15W。VD1為保護(hù)二極 管，防止穩(wěn)壓器輸出端短路而損壞 IC，VD2用于防止輸入短路而損壞集成電路。 總的來說，方案一的設(shè)計(jì)步驟清晰，簡(jiǎn)單明了，方案二與方案一基本類似，在經(jīng)過 考慮之后，決定采用常見的電路設(shè)計(jì)形式，這個(gè)方案性能好、工作穩(wěn)定、體積小、制作 安裝簡(jiǎn)單方便無論從經(jīng)濟(jì)方面還是從實(shí)際操作方面來說，應(yīng)該是不錯(cuò)的。在實(shí)際焊接電 路時(shí)，并沒有安裝負(fù)載。 3.1.2檔： 3.1.2.1 方案一： 圖三 方案一 U O u i W7812 C1 0.3 3u F C2 0.1 uF 10 100 10 + + 模擬電子課程設(shè)計(jì)說明書 5 3.1.2.2 方案二：是直接用 CW7805 來代替 CW7812，這樣可以不必使用滑動(dòng)變阻器，是 電路變得很簡(jiǎn)單。 從簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的方面來說，方案二確實(shí)要優(yōu)于方案一，但綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求， 我還是選擇了方案一，這個(gè)方案盡管有些復(fù)雜，焊接時(shí)也顯得麻煩，但可以鍛煉自己， 掌握更多的知識(shí)。 3.2 圖形 3.2.1 完整的電路圖 圖四 實(shí)驗(yàn)原理圖 3.2.2輸入電壓的波形 圖六 輸入電壓波形圖 3.2.3經(jīng)變壓器降壓后的電壓波形 模擬電子課程設(shè)計(jì)說明書 6 圖七 降壓后電壓波形圖 3.2.4未加濾波電容時(shí) LM317輸入端電壓的波形 圖八 3.2.5加入濾波電容后 LM317輸入端電壓的波形 模擬電子課程設(shè)計(jì)說明書 7 圖九 3.2.6LM317輸出端電壓即輸出電壓的波形 圖十 3.3、原理說明 3.3.1 3.1.1.1 電源變壓器： 如圖方案一中，電源變壓器的作用就是將電壓 U1 變?yōu)檎麟娐芬蟮慕涣麟妷海?3.1.1.2 整流濾波電路： 濾波電路通常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，由于電抗元 件在電路中有儲(chǔ)能的作用，并聯(lián)的電容 C 在電源供給的電壓升高時(shí)，可以把部分能量儲(chǔ) 存起來，而當(dāng)電源電壓降低時(shí)，又可以把電場(chǎng)能量釋放出來，使負(fù)載電壓比較平滑，即 電容 C 具有平波的作用。濾波電路形式多種多樣，依不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)又可進(jìn)行不同的分 電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路 模擬電子課程設(shè)計(jì)說明書 8 類，在此不一一列舉。此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，采用的是單相橋式整流、電容濾波電路，在實(shí)際 焊接時(shí)，要特別注意，不要將電解電容的正負(fù)端搞反，整流元件只有受正向電壓作用時(shí) 才導(dǎo)通，否則便截止。RL、C 對(duì)充放電的影響：電容充電時(shí)間常數(shù)為 rDC，因?yàn)槎O管的 rD 很小，所以充電時(shí)間常數(shù)小，充電速度快；RLC 為放電時(shí)間常數(shù)，因?yàn)?RL 較大，放電 時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于充電時(shí)間常數(shù)，因此，濾波效果取決于放電時(shí)間常數(shù)。電容 C 愈大，負(fù) 載電阻 RL 愈大，濾波后輸出電壓愈平滑，并且其平均值愈大。 3.1.1.3 穩(wěn)壓電路： 三端集成穩(wěn)壓器分為固定式和可調(diào)式兩種。在此選用了 LM317 可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓 器，主要是考慮到要輸出范圍可變的輸出電壓，它主要是依靠外接電阻來調(diào)節(jié)輸出電壓 的，為保證輸出電壓的精度和穩(wěn)定性，要選擇高精度的電阻，同時(shí)，電阻要緊靠穩(wěn)壓器， 防止輸出電流在連線電阻上產(chǎn)生誤差。集成穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性高和內(nèi)部電路具有完善的保 護(hù)措施，又使用方便、可靠、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，使得它得以廣泛被應(yīng)用。 3.3.2 其原理和上面一樣，所不同的就是這里采用的是固定式的三段集成穩(wěn)壓器 CW7812， 其輸出電壓的可調(diào)性是由穩(wěn)壓管和電壓跟隨器 A 來實(shí)現(xiàn)的，電壓跟隨器的輸入電壓也就 是電阻 R1 與 Rp 上部分的電壓之和，當(dāng)調(diào)節(jié) Rp 的動(dòng)端位置時(shí)，輸出電壓隨之變化，實(shí)現(xiàn) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，可根據(jù)輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍和輸出電流的大小來選擇三段集成穩(wěn)壓器、 運(yùn)放和取樣電阻。 3.4、元件參數(shù)的選擇 3.4.1選可調(diào)式三端穩(wěn)壓器 LM317，其特性參數(shù) V0=+1.2V+37V,I0max=1.5A,最小輸入 輸出壓降（Vi-V0）min=3V,最大輸入輸出壓降（Vi-V0）max=40V。由式子 Vo=1.25(1+RP1/R1)，可取 R1=240，那么 Rp1 最小為 336，其最大值為 1.49k，故 取 Rp1 為 4.7k 的精密繞線可調(diào)電位器。 3.4.2電源變壓器的選擇先求輸入電壓 Vi 的范圍：根據(jù) V0max+(Vi-V0) minViV0min+(Vi-V0)max 9V+3VVi3V+40V 12VVi43V。 副邊電壓 V2V1/1.1取 V212/1.1=11V。 副邊電流 I2I0max=0.8A，取 I2=1A，變壓器副邊輸出功率 P2I2U2=11W。 電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路 模擬電子課程設(shè)計(jì)說明書 9 變壓器的效率 =0.7，則原邊輸入功率 P1P2/=15.7W。 由上分析，副邊輸出電壓為12V，輸出電流為1A，為留有余地，一般選擇功率為20W 的變壓器。 3.4.3整流二極管及濾波電容的選擇：整流二極管 D 選1N4001，其極限參數(shù)為 URM50V，而2U2=15.4V，則 URM 滿足要求。IF=1A，而 I0max=0.8A，則 IF 亦滿足要求； 濾波電容 C 可由紋波電壓V0p-p 和穩(wěn)壓系數(shù) Sv 來確定。已知 V0=9V，Vi=12V,V0p- p=5mA,Sv=0.003, 則Vi=V0p-p* Vi/( V0* Sv)=2.2V,則 C=Ict/Vi=3636F。電容 C 的耐壓應(yīng)大于2U2=15.4V。故取兩只2200F/25V 的電容相并聯(lián)。如圖6中 C1、C2所示。 3.4.44Ci 用來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，可選用 0.1uF 的電容，防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激高頻震蕩 和抑制電路引入的高頻干擾，輸出電容 Co 是大小為 10uF 的電解電容，以減少穩(wěn)壓電源 輸入端由輸入電源引入的低頻干擾，D 用于保護(hù) LM317，其型號(hào)是 IN4148。 模擬電子課程設(shè)計(jì)說明書 10 4安裝調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決 4.1在第一次調(diào)試時(shí)，不能輸出結(jié)果，因?yàn)樵趧?dòng)手焊接之前做過認(rèn)真的思考，所以首先 想到的是，會(huì)不會(huì)是線路焊接有問題，在哪個(gè)地方?jīng)]焊接好，當(dāng)用萬用表檢測(cè)完之后， 并沒有這類問題，另一個(gè)同學(xué)也出現(xiàn)了同樣的情況，接著便考慮到是不是某個(gè)元件接錯(cuò) 了位置，以致電路無法正常運(yùn)行，最后發(fā)現(xiàn)是在把 LM317 連入電路時(shí)發(fā)生了錯(cuò)誤，一腳 應(yīng)該是對(duì)地端，二腳為接輸出端，三腳接輸入端，而我都弄錯(cuò)啦，經(jīng)改正之后，通過調(diào) 節(jié)滑動(dòng)變阻器，可以是輸出電壓可變。由于調(diào)試時(shí)試驗(yàn)條件有限，經(jīng)變壓之后得到的電 壓并不是 11V，為 5V 左右，輸出電壓在 1.53.2 之間。 4.2用示波器觀察波形時(shí)，沒看到有波形輸出，但輸出端確實(shí)有電壓，或許是示波器沒 正常工作，由于實(shí)驗(yàn)儀器有限，沒能用其他的示波器來實(shí)現(xiàn)波形的輸出。 模擬電子課程設(shè)計(jì)說明書 11 5性能測(cè)試數(shù)據(jù) 穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括允許輸入電壓、輸出電壓、 輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程 度，包括穩(wěn)壓系數(shù)（或電壓調(diào)整率） 、輸出電阻（或電流調(diào)整率） 、紋波電壓（紋波系數(shù)） 及溫度系數(shù)。 5.1輸出電壓 U0和最大輸出電流 Iomix的測(cè)量 穩(wěn)壓電源正常工作時(shí)能輸出的最大工作電流，用 Iomax 表示，一般情況下的工作電 流 IoIomax 時(shí)損壞穩(wěn)壓器。 實(shí)際測(cè)得最大輸出電流 Iomax= 823mA ，符合設(shè)計(jì)要求。 5.2輸出電壓 同時(shí)測(cè)量 Vo 與 Iomax.測(cè)試過程是：輸出端接負(fù)載 RL,輸入端接220V 的交流電壓 數(shù) 字電壓表的測(cè)量值為 Vo;使 RL 逐漸減小，直到 Vo 的值下降5%，此時(shí)流經(jīng)負(fù)載 RL 的電流 即為 Iomax. 5.3紋波電壓 疊加在輸出電壓上的交流電壓分量。用示波器觀測(cè)其峰峰值一般為毫伏量級(jí)。也可 用交流毫伏表測(cè)量其有效值，但因紋波不是正弦波，所以有一定的誤差。 5.4穩(wěn)壓系數(shù) S 的測(cè)量 穩(wěn)壓系數(shù)：在負(fù)載電流、環(huán)境溫度不變的情況下， ，輸入電壓的相對(duì)變化引起輸出電 壓的相對(duì)變化，即：Sv=(V-Vo)/(Vi/VI) 3） 電壓調(diào)整率：輸入電壓相對(duì)變化為10%時(shí) 的輸出電壓相對(duì)變化量，穩(wěn)壓系數(shù)和電壓調(diào)整率均說明輸入電壓變化對(duì)輸出電壓的影響， 因此只需測(cè)試其中之一即可。 5.5輸出電阻及電流調(diào)整率 輸出電阻與放大器的輸出電阻相同，其值為當(dāng)輸入電壓不變時(shí)，輸出電壓變化量與輸 出電流變化量之比的絕對(duì)值.電流調(diào)整率：輸出電流從0變到最大值時(shí)所產(chǎn)生的輸出電壓 相對(duì)變化值。輸出電阻和電流調(diào)整率均說明負(fù)載電流變化對(duì)輸出電壓的影響，因此也只 需測(cè)試其中之一即可 模擬電子課程設(shè)計(jì)說明書 12 6收獲、體會(huì)及建議 6.1通過一周多的忙碌，課程設(shè)計(jì)終于到了尾聲，讓我感觸最深的就是，理論和實(shí)踐確 實(shí)相差很多，我們可以在理論上呱呱奇談，說得如何如何完美，把原理搞得很清楚，但 當(dāng)自己把元件拿到手，開始做實(shí)物時(shí)，又是另一回事兒，因?yàn)樵谧龅倪^程中，我們會(huì)發(fā) 現(xiàn)許多新的問題，是在理論學(xué)習(xí)中所沒有考慮過的、沒想過的，正如那句老話：“實(shí)踐 出真知” ，在實(shí)踐操作中發(fā)現(xiàn)問題、尋找問題，把自己悶在課本里是不會(huì)有質(zhì)的飛躍的。 當(dāng)在實(shí)踐中碰上問題時(shí)，就要想方設(shè)法去弄明白，因?yàn)檫@樣最終才能得到自己想要的結(jié) 果，所以就會(huì)利用身邊可利用的資源去查閱資料，把問題解決掉，在這個(gè)過程中，會(huì)學(xué) 到很多東西，掌握很多東西，受益匪淺。 6.2焊接時(shí)要對(duì)各個(gè)功能模塊電路進(jìn)行單個(gè)測(cè)試，需要時(shí)可設(shè)計(jì)一些臨時(shí)電路用于 6.3測(cè)試電路時(shí)，必須要保證焊接正確，才能打開電源，以防元器件燒壞。 6.4注意 LM317 芯片的輸入輸出管腳和橋式整流電路中二極管的極性，不應(yīng)反接。 6.5 按照原理圖焊接時(shí)必須要保證可靠接地。 模擬電子課程設(shè)計(jì)說明書 13 7元器件清單 序號(hào)序號(hào)名稱名稱型號(hào)規(guī)格型號(hào)規(guī)格數(shù)量數(shù)量 1 1 電阻器 10 2 支 2 2 電阻器 240 1 支 3 3 滑動(dòng)變阻器 100 1 支 4 4 滑動(dòng)變阻器 5k 1 支 5 5 二極管 IN4001 4 支 6 6 二極管 I