串聯(lián)穩(wěn)壓型直流電源訓(xùn)練報(bào)告

1、科學(xué)技術(shù)學(xué)院SCIENCE & TECHNOLOGY COLLEGE OF NANCHANG UNIVERSITY 工 程 訓(xùn) 練報(bào) 告REPORT ON ENGINEERING TRAINING題 目 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與制作 學(xué)科部、系： 信息學(xué)科部 電子系 專業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 起訖日期： 2014/04/202014/04/30 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源專業(yè)：學(xué)號(hào)：7學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 摘要：直流穩(wěn)壓電源一般由變壓器、整流器、濾波器和穩(wěn)壓器四部分組成。變壓器把220V交流電（市電）變?yōu)榉€(wěn)壓所需的低壓交流電；整流器把低壓交流電變?yōu)橹绷麟?；整流后的直流電中仍?huì)含

2、有交流成分，可以通過(guò)濾波電路將交流成分濾除；經(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。穩(wěn)壓電源的分類方法繁多，按輸出電源的類型分有直流穩(wěn)壓電源和交流穩(wěn)壓電源；按穩(wěn)壓電路與負(fù)載的鏈接方式分有串聯(lián)穩(wěn)壓電源和并聯(lián)穩(wěn)壓電源；按調(diào)整管的工作狀態(tài)分有線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源；按電路類型分有簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電源和反饋型穩(wěn)壓電源，等等。如此繁多的分類方式往往讓初學(xué)者摸不著頭腦，不知道從哪里入手。其實(shí)應(yīng)該說(shuō)這些看似繁多的分類方法之間有著一定的層次關(guān)系，只要理清了這個(gè)層次自然可以分清楚電源的種類了。直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)可以分為兩大類：一類是特性指標(biāo)，反映直流穩(wěn)壓電源的固有特性，如輸入電壓、輸出電壓、

3、輸出電流、輸出電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類是質(zhì)量指標(biāo)，反映直流穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻（輸出電阻）、紋波電壓及溫度系數(shù)等。并聯(lián)穩(wěn)壓電源有效率低、輸出電壓調(diào)節(jié)范圍小和穩(wěn)定度不高這三個(gè)缺點(diǎn)。而串聯(lián)穩(wěn)壓電源正好可以避免這些缺點(diǎn)，所以現(xiàn)在廣泛使用的一般都是串聯(lián)穩(wěn)壓電源。關(guān)鍵詞：串聯(lián)穩(wěn)壓直流可調(diào)電源，Altium Designer軟件，PCB板目 錄第一章 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的的概述11.1 制作串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電源的目的要求11.1.1基本目的11.1.2設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1第二章 設(shè)計(jì)方案的選擇和確定22.1、整體框架圖22.2、方案比較及單元電路設(shè)計(jì)2第三章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)74.1電路中封裝的設(shè)計(jì)7

4、4.1.1 從封裝庫(kù)中導(dǎo)入封裝74.1.2 人工繪制封裝74.2 PCB板電路的元器件的導(dǎo)入和連線84.3印刷電路板8第四章 性能測(cè)試和分析10第五章心得體會(huì)11第一章 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的的概述1.1 制作串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電源的目的要求1.1.1基本目的此次工程訓(xùn)練選擇使用分立式元器件構(gòu)成串聯(lián)反饋型直流穩(wěn)壓電源。學(xué)生通過(guò)實(shí)訓(xùn)了解相關(guān)分立式元器件的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、特性和參數(shù)以及由它們構(gòu)成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的工作原理、原理圖的設(shè)計(jì)和參數(shù)的計(jì)算、元器件的選用、計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)硬件的仿真、PCB板的設(shè)計(jì)、電路的安裝和調(diào)試，最后完成達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。1.1.2設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)

5、一個(gè)串聯(lián)直流穩(wěn)壓可調(diào)電源，電路具體參數(shù)要求為： 直流輸出電壓UO：3V15V； 最大輸出電流IO：1A； 電網(wǎng)電壓變化10時(shí)，輸出電壓變化小于1； 三穩(wěn)壓電源直流輸出電壓U：+5V；+9V；-9V。 設(shè)計(jì)任務(wù)在布局完成的基礎(chǔ)上完成實(shí)物焊接，制作實(shí)物時(shí)應(yīng)盡量避免使用跳線。各種功能模的構(gòu)成器件盡量緊湊排布。在制作實(shí)物時(shí)，電源及地需預(yù)留端口出來(lái)，以便儀器的測(cè)量。制板時(shí)需大家把學(xué)號(hào)、姓名也一同制作出來(lái)。格式如：B 張某某。要求焊接電路時(shí)，分模塊進(jìn)行焊接。焊接完一個(gè)功能模塊進(jìn)行測(cè)試成功后再進(jìn)行下一個(gè)模塊的焊接。第二章 設(shè)計(jì)方案的選擇和確定2.1、整體框架圖 直流穩(wěn)壓電源由變壓器、整流、濾波、和穩(wěn)壓電路四

6、部份組成，其原理框圖如圖1所示。電網(wǎng)供給的電壓經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓，然后由整流電路轉(zhuǎn)換成方向不變，大小隨時(shí)間變化的脈動(dòng)電壓，再用濾波器濾其分量，得到比較平直的直流電壓。但這樣的直流輸出電壓，還會(huì)隨交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或負(fù)載的變動(dòng)而變化。在對(duì)直流供電要求較高的場(chǎng)合，還需要使用穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定。圖1 直流穩(wěn)壓電源組成原理框圖電源變壓器：將交流電網(wǎng)電壓u1 變?yōu)楹线m的交流電壓u2整流電路：將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3濾波電路：將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4穩(wěn)壓電路：清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓u0的穩(wěn)定2.2、方案比較及單

7、元電路設(shè)計(jì)（1）變壓器 變壓器降壓電路是利用電源變壓器一、二次繞組匝數(shù)比的不同來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓變換的。電源變壓器一次繞組的線徑較細(xì)，匝數(shù)較多，二次繞組的線徑較粗，匝數(shù)較少，可以有多個(gè)繞組。當(dāng)變壓器的一次繞組接在220V交流電壓上時(shí)，二次繞組上就會(huì)感應(yīng)出一定值的交流電壓。（2）整流電路 直接在交流電路中串接一個(gè)合適的二極管，如圖2所示，利用二極管的單相導(dǎo)電性，把交流電轉(zhuǎn)換為直流電，產(chǎn)生圖3所示的電壓波形。 u1u2aTbDRLuouo 圖2單相半波整流電路 圖3 半波整流電路輸出電壓波形單相橋式整流電路：采用的是全波整流，它有四只二極管組成。其構(gòu)成原則就是利用二極管正向?qū)ǚ聪蚪刂沟墓ぷ髟?當(dāng)U2為

8、正半周時(shí)二極管D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止當(dāng)U2為負(fù)半周時(shí)二極管D2、D4導(dǎo)通, D1、D3截止。而流過(guò)負(fù)載的電流的方向是一致的，在負(fù)載形成單方向的全波脈動(dòng)電壓。.從而實(shí)現(xiàn)將交流的電壓變?yōu)橹绷麟妷骸ｋ娐啡鐖D4所示。其輸出電壓波形如圖5。圖4單相橋式整流電路 uo 圖5橋式整流電路輸出電壓波形圖 單相半波整流電路的優(yōu)點(diǎn)是使用元器件少，電路簡(jiǎn)單：缺點(diǎn)是效率低，輸出電壓脈動(dòng)系數(shù)大。這種電路僅適用于電流較小，對(duì)電流脈動(dòng)程度要求不高的場(chǎng)合。 而橋式整流電路，對(duì)二極管的參數(shù)要求與半波整流一樣，但有輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用；但它所需要二極管的數(shù)量多，由于實(shí)際二極管的正

9、向電阻不為零，必然會(huì)使整流電路的內(nèi)阻增大，從而使損耗較大。故本設(shè)計(jì)選擇單相橋式整流電路。（3）濾波電路 電容濾波電路是最常見(jiàn)也是最簡(jiǎn)單的濾波電路，在整流電路的輸出端并聯(lián)一個(gè)電容（區(qū)分正負(fù)極）即構(gòu)成電容濾波電路，電容在電路中也有儲(chǔ)能的作用，并聯(lián)的電容器在電源供給的電壓升高時(shí)，能把部分能量存儲(chǔ)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。電路如圖6所示。其輸出電壓波形如圖7。圖6 電容濾波電路原理圖圖7電容濾波電路輸出電壓波形圖 電容濾波電路簡(jiǎn)單易行，輸出電壓平均值高，但它僅適用于負(fù)載電流較小且其變化也較小的場(chǎng)合。本次設(shè)計(jì)使用電容濾波電路。（4）穩(wěn)壓電路圖8 串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電路

10、圖8是串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電路電路圖，其中T1是調(diào)整管，D1和R2組成基準(zhǔn)電壓，T2為比較放大器，R3R5組成取樣電路，R6是負(fù)載。 假設(shè)由于某種原因引起輸出電壓UO降低時(shí)，通過(guò)R3R5的取樣電路，引起T2基極電壓（UT2）O成比例下降，由于T2發(fā)射極電壓（UT2）E受穩(wěn)壓管D1的穩(wěn)壓值控制保持不變，所以T2發(fā)射結(jié)電壓（UT2）BE將減小，于是T2基極電流（IT2）B減小，T2發(fā)射極電流（IT2）E跟隨減小，T2管壓降（UT2）CE增加，導(dǎo)致其發(fā)射極電壓（UT2）C上升，即調(diào)整管T1基極電壓（UT1）B將上升，T1管壓降（UT1）CE減小，使輸入電壓UI更多的加到負(fù)載上，這樣輸出電壓UO就上升。這個(gè)

11、調(diào)整過(guò)程可以使用下面的變化關(guān)系圖表示：UO（UT2）OUD1恒定（UT2）BE（IT2）B（IT2）E（UT2）CE（UT2）C（UT1）B（UT1）CEUO 當(dāng)輸出電壓升高時(shí)整個(gè)變化過(guò)程與上面完全相反，這里就不再贅述，簡(jiǎn)單的用下圖表示：UO（UT2）OUD1恒定（UT2）BE（IT2）B（IT2）E（UT2）CE（UT2）C（UT1）B（UT1）CEUO（4）增加輸出電流 當(dāng)輸出電流不能達(dá)到要求時(shí)，可以通過(guò)采用復(fù)合調(diào)整管的方法來(lái)增加輸出電流。圖9 復(fù)合管 圖9中的復(fù)合管是由一個(gè)小功率三極管T2和一個(gè)大功率三極管T1連接而成。復(fù)合管就可以看作是一個(gè)放大倍數(shù)為T1T2，極性和T2一致，功率為（P

12、T1）PCM的大功率管，而其驅(qū)動(dòng)電流只要求（IT2）B。 圖10是一個(gè)實(shí)用串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電源電路圖。此電路采用圖9中的復(fù)合管連接方法來(lái)增加輸出電流大小。另外還增加了一個(gè)電容C2，它的主要作用是防止產(chǎn)生自激振蕩，一旦發(fā)生自激振蕩可由C2將其旁路掉。圖10 串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電源電路（5）保護(hù)電路 圖10 限流型保護(hù)電路 在串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中,由于調(diào)整管與負(fù)載相串聯(lián),因此當(dāng)過(guò)載時(shí),特別是輸出端短路時(shí),調(diào)整管將要承受全部輸入電壓和流過(guò)很大的電流,致使調(diào)整管功耗劇增而燒毀。所以需要對(duì)調(diào)整管加以保護(hù)。保護(hù)電路通常有限留型保護(hù)電路和截流型保護(hù)電路。這里以限流型保護(hù)電路為例,介紹保護(hù)電路的分析。3、 設(shè)計(jì)總圖第三

13、章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)4.1電路中封裝的設(shè)計(jì)4.1.1 從封裝庫(kù)中導(dǎo)入封裝 點(diǎn)擊原理圖中的元器件，然后從封裝庫(kù)中搜索，看有沒(méi)有，有就導(dǎo)入，沒(méi)有需要繪制。4.1.2 人工繪制封裝先畫(huà)好封裝的邊框線，焊盤(pán)之間的距離根據(jù)元器件的腳的實(shí)際長(zhǎng)度而定，然后放上焊盤(pán)，標(biāo)號(hào)，設(shè)置好孔的內(nèi)徑，標(biāo)好正負(fù)極。然后安裝到元器件的封裝庫(kù)中。 此原理圖中需要繪制的封裝圖：1、小電容 2、3300uF電容 3、保險(xiǎn)盒 4、電位器 5、三極管 6、散熱片 7、功率管 8、帶鎖按鍵 4.2 PCB板電路的元器件的導(dǎo)入和連線1 元器件的導(dǎo)入 根據(jù)原理圖，設(shè)置PCB的長(zhǎng)度150mm寬為100mm，孔的內(nèi)徑為1.5mm,外徑為3mm，板

14、的厚度為2mm，其他使用默認(rèn)值。2 元器件之間的連接 把元器件連接起來(lái)，注意，導(dǎo)線之間最好不要出現(xiàn)交叉，如果需要，須設(shè)置焊盤(pán)，進(jìn)行跳線。3: 姓名學(xué)號(hào)的輸入4.3印刷電路板印刷電路板基本制作方法1 用Altium Designer繪制布線圖，線粗為2mm左右；2 將繪制好的圖用紙打印出，將打印出的布線圖復(fù)制到復(fù)銅墻鐵壁板上：復(fù)制前應(yīng)將銅面打磨，磨去氧化層，.用細(xì)砂布將印刷板復(fù)銅面擦至光亮為止。并用銼刀將復(fù)銅板四周邊緣銼至平直整齊，而且尺寸盡量與設(shè)計(jì)圖紙尺寸相符，并將布線圖裁成與復(fù)銅板一樣的尺寸，為了防止在復(fù)制過(guò)程中產(chǎn)生圖紙移動(dòng)，故要求用膠紙將圖紙左右兩端與印刷板貼緊；3 熱轉(zhuǎn)印。將覆蓋有圖紙的

15、銅版放入滾筒式加熱設(shè)備中轉(zhuǎn)印，重復(fù)三四次即可；4 將圖紙撕去，銅版放入腐蝕液中腐蝕，等到?jīng)]覆蓋線路圖的其他部位銅片腐蝕完后即可拿出，并清洗干凈；5 先用鉆床將元件插孔鉆好一般插孔直徑為0.9-1MM左右，可采用直徑為1MM的鉆頭較適中,如果鉆孔太大將影響焊點(diǎn)質(zhì)量,但對(duì)于少數(shù)元件腳較粗的插孔,例如電位器腳孔,則需用直徑為1.2MM以上的鉆頭鉆孔。第四章 性能測(cè)試和分析接入電源，旋轉(zhuǎn)電位器按鈕，觀察電壓表指針是否偏轉(zhuǎn)：1：指針不偏轉(zhuǎn)：（1）電壓表斷路；（2）變壓器部分開(kāi)路；（3）調(diào)整部分出問(wèn)題；2：指針?lè)聪蚱D(zhuǎn)：（1）電壓表接反；（2）整流部分接錯(cuò)；3：.指針偏轉(zhuǎn)范圍不正確：（1）調(diào)整部分；（2）

16、取樣部分第五章心得體會(huì)我們這樣短時(shí)間的集中實(shí)習(xí)，實(shí)際上并不是真正的要讓每一學(xué)生熟練掌握操作這項(xiàng)技術(shù)和軟件，從時(shí)間的安排來(lái)講這也是不可能的。而真正的目的在于，要我們?cè)诿刻炝鶄€(gè)小時(shí)的時(shí)間里接觸到了大量新的信息，從軟件到硬件去探索嘗試，甚至需要融入自己的創(chuàng)新思路。這些東西不是靠老師講出來(lái)的，而是要讓每個(gè)人在工程訓(xùn)練過(guò)程中去 “悟”的。設(shè)想兩年后我們的同學(xué)就業(yè)的時(shí)候，就業(yè)單位不會(huì)像老師一樣點(diǎn)點(diǎn)滴滴細(xì)致入微的把要做的工作告訴我們，更多的是需要我們自己去觀察、學(xué)習(xí)的。不具備這項(xiàng)能力就難以勝任未來(lái)的挑戰(zhàn)。 隨著科學(xué)的迅猛發(fā)展，新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，會(huì)有很多領(lǐng)域是我們未曾接觸過(guò)的，只有敢于去嘗試才能有所突破，有所

17、創(chuàng)新。就像我們接觸到altium designer軟件全是英文，PCB制板，要求每個(gè)同學(xué)都要去操作而且要作出成品，這樣就鍛煉了大家實(shí)踐能力。另外像看似簡(jiǎn)單的接線，都需要我們細(xì)心觀察，反復(fù)實(shí)踐。對(duì)于一名大學(xué)生，特別是一名工科的大學(xué)生，實(shí)踐和理論相結(jié)合顯得尤其重要，從小學(xué)到大學(xué)，十幾年的理論學(xué)習(xí)豐富了我們知識(shí)，開(kāi)闊了我們的視野，但我們?cè)趯⑺鶎W(xué)到的知識(shí)付諸實(shí)踐這一重要環(huán)節(jié)就比較薄弱，而工程訓(xùn)練就直接提供了這個(gè)橋梁，給了我們一次實(shí)際掌握知識(shí)的機(jī)會(huì)。久在課堂中的我們感受到了動(dòng)手能力重要性，只憑著腦子的思考、捉摸是不能完成實(shí)際的工作的，只有在擁有科學(xué)知識(shí)體系的同時(shí)，熟練掌握實(shí)際能力，才能把知識(shí)靈活、有效的運(yùn)用到實(shí)際工作中工程訓(xùn)練成績(jī)?cè)u(píng)定表專業(yè)： 通信工程 班級(jí)： 131班 學(xué)號(hào)： 姓名： 項(xiàng)目名稱串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)一個(gè)串聯(lián)直流穩(wěn)壓可調(diào)電源，電路具體參數(shù)要求為： 直流輸出