模電實(shí)訓(xùn)直流穩(wěn)壓電源

1、桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院模擬電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)報(bào)告指導(dǎo)教師:2011年12月30日實(shí)訓(xùn)題目：直流穩(wěn)壓電源1整機(jī)設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)要求1.1.1設(shè)計(jì)任務(wù)結(jié)合所學(xué)的模擬電子技術(shù)知識(shí)，設(shè)計(jì)并制作完成一直流穩(wěn)壓電源。1.1.2性能指標(biāo)要求(1 )輸出電壓 Uo (I 檔 Uo=+5V，檔 Uo= +12V，川檔 Uo= (- 15V + 15V)可 調(diào))；(2)輸出紋波電壓w 5mV。1.2整機(jī)實(shí)現(xiàn)的基本原理及框圖1.2.1基本原理基本原理如圖一所示，現(xiàn)將個(gè)電路功能介紹如下電源變壓器：將電網(wǎng)電壓220V經(jīng)過(guò)電源變壓器變換成符合后面整流電路要求的交流電壓(通常是低壓)，并滿足一定的功率輸出要求。整流電路：是利

2、用二極管等具有單向?qū)щ娞匦缘钠骷⒄医涣麟妷鹤儞Q為脈動(dòng)的直流電壓的電路。根據(jù)交流電的相數(shù)，整流電路可分為單相整流和三相整流兩類。在小功率(1KW以下)的直流電源中，主要采用單相整流電路，常見(jiàn)的電路有半波整流、全波整流及倍壓整流。本次實(shí)訓(xùn)采用整流橋整流電路。濾波電路：禾U用儲(chǔ)能元件盡可能濾除單向脈動(dòng)電壓中的交流成分，供給負(fù)載比較平滑 的直流電壓。穩(wěn)壓電路：采取某些措施本次實(shí)訓(xùn)采用穩(wěn)壓芯片，使輸出的直流電壓在電網(wǎng)電壓或負(fù)載變化時(shí)保持穩(wěn)定不變。1.2.2總體框圖圖一2各功能電路實(shí)現(xiàn)原理及電路設(shè)計(jì)2.2變壓電路變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，它利用電磁感應(yīng)原理，從一個(gè)電路向另一個(gè)電路傳遞電能

3、或傳輸信號(hào)。變壓器兩組線圈圈數(shù)分別為N1和N2, N1為初級(jí)，N2為次級(jí)。在初級(jí)線圈上加一交流電壓，在次級(jí)線圈兩端就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)N2N1時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)要比初級(jí)所加的電壓還要高，這種變壓器稱為升壓變壓器；當(dāng)N2N1時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)要比初級(jí)所加的電壓要低，這種變壓器為降壓變壓器。變壓器的效率與變壓器的功率等級(jí)有密切關(guān)系，通常功率越大，損耗與輸出功率比就越小，效率也就越高。反之，功率越小，效率也就越低。這次電路設(shè)計(jì)中選用 30W雙 15V變壓器如圖圖2.2整流電路單相橋式如下圖三所示，圖中Tr為電源變壓器，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓 vi變成整流電路要求的交流電壓，RL是要求直流供電的負(fù)載電阻，

4、四只整流二極管DD4接成電橋 的形式，故有橋式整流電路之稱。為了分析電路二極管采用理想模型，正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。在V2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D流向R，再由二極管0流回變壓器，所以 D、D3正向?qū)ǎ?、D4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。其電流通路可用圖三（b）中實(shí)線箭頭表示。在V2的負(fù)半周，其極性與圖示相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出；只能經(jīng)過(guò)二極管D2流向RL,再由二極管D4流回變壓器，所以 D、D3反偏截止，D、D4正向?qū)?。電流?過(guò)RL時(shí)產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負(fù)。其電流通路如圖三（b）中虛線箭頭所示。根據(jù)上

5、述分析，可得橋式整流電路的工作波形如右圖四。由圖可見(jiàn)，通過(guò)負(fù)載FL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。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電壓較低,Tr圖三單項(xiàng)橋式整流電路圖四橋式整流電路的工作波形2.3濾波電路濾波電路就是利用電容和電感的儲(chǔ)能作用濾除交流分量而保留直流成分能，并把部分能量存儲(chǔ)起來(lái)，而當(dāng)電源電壓降時(shí)，就把能量釋放出來(lái)，使負(fù)載電壓比較平滑有平波作用.（1） 由于二極管僅在電容充電期間才導(dǎo)通，因此流過(guò)二極管的瞬時(shí)電流較大。故應(yīng)選擇較大的整流二極管，一般選擇1 f 23晉（2）放電的時(shí)間常數(shù)（d ） R l C 越大，電容的放電速度越慢

6、，負(fù)載上獲得的輸出電壓平均值越大，紋波成分越小。由于R內(nèi)阻很小為了獲得較好的濾波效果，一般是根據(jù)下式來(lái)選擇濾波電容的容量d R.C 35 般為幾百幾千微法，主要選用電解電容器， 且電容器的耐壓值應(yīng)大于2u2。（3） 負(fù)載獲得的直流電壓隨負(fù)載電流的增加而減小，u0在J2u2至0.9U2之間變化。如下圖0.r0 打當(dāng) C一定而 Rl時(shí)，Uo 2U2 1.4U2當(dāng)C 一定而Rl為一定值時(shí)，且滿足 R C 35 T的條件時(shí)，U 0 1-2U 2 。L 2結(jié)論：電容濾波電路簡(jiǎn)單，輸出直流電壓較高，紋波較小。但其輸出特性較差即帶負(fù)載 能力差。故適用于要求輸出電壓較高、負(fù)載電阻較大且變化較小的場(chǎng)合。圖五單相

7、橋式整流、電容濾波電路圖六仿真圖2.4穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素如電網(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)。2.4.1穩(wěn)壓芯片介紹本次實(shí)訓(xùn)所用穩(wěn)壓芯片圖如七所示。7805和7812輸出為正電壓，輸出電流可達(dá)1A。LM337輸出為負(fù)的可調(diào)直LM317為可調(diào)式三端穩(wěn)壓器芯片能夠連續(xù)輸出可調(diào)的直流正電壓。流電壓。TO-220仁輸入：23：矩出圖七集成穩(wěn)壓器2.4.2穩(wěn)壓芯片的應(yīng)用電路及分析圖八C2和C4電容作用同圖九電容作用相同。C5和C6起濾波

8、作用，用來(lái)濾除滑動(dòng)變阻器兩端的紋波電壓D3和D4對(duì)C7C8短路起保護(hù)穩(wěn)壓芯片的作用。 R2和R6應(yīng)小于或等于240歐,R5 和R4使用可調(diào)電阻，且RW/R1應(yīng)小于27.8，本次為22.7。輸出電壓V0=1.25*(1+R4/R2)+l*R4，其中I小于100uA 計(jì)算的輸出電壓為 -29.6V。圖九為了減少輸入和輸出電壓的紋波電壓，常在輸入端接一個(gè)濾波電容如圖c9和C10其容量一般為0.33UF。輸出端所接電容 C13和C14也起濾波作用，抑制高頻干擾，同時(shí)可以改善負(fù) 載的瞬態(tài)響應(yīng)使電路穩(wěn)定工作，其值一般為O.IUf。3制作與調(diào)試過(guò)程首先。畫原理圖時(shí)要認(rèn)真仔細(xì)特別是電解電容和二極管極性一定要畫

9、正確不然會(huì)發(fā)生爆 電容的后果，畫三端穩(wěn)壓器要檢查三個(gè)腳連接是否正確。78XX系列1，2腳不要弄錯(cuò)，不然會(huì)使電流過(guò)大，導(dǎo)致芯片燒壞。原理圖沒(méi)錯(cuò)的情況下焊接也要特別注意那些要考慮正負(fù)極和 管腳的地方，特別注意變壓器的安裝與焊接其中綠色電線為接地端，千萬(wàn)不要把變壓器焊短路否則會(huì)發(fā)生爆炸。其次接通電源后，應(yīng)遠(yuǎn)離焊板四五分鐘以防爆電容傷到自己，帶沒(méi)有什么情況發(fā)生后聞一聞電路有沒(méi)有異味如果沒(méi)有可進(jìn)行電路測(cè)試，否則應(yīng)斷電檢查電路。 檢查電路應(yīng)一步步來(lái)從輸入段開始一步步仔細(xì)檢查。最后待電路一切正常后即可進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)的測(cè)量，要注意安全防止觸電， 測(cè)量時(shí)要防止發(fā)生短路現(xiàn)象。4電路測(cè)試4.1測(cè)試儀器與設(shè)備(1) 萬(wàn)

10、用表(2)交流毫伏表4.2性能指標(biāo)測(cè)試(1) +5V 輸出端：4.99V(2) +12V 輸出端：11.98V(3)止電壓可調(diào)部分：最低1.26V,最高 20.9V(4)負(fù)電壓可調(diào)部分：最低-1.27V, 最高-20.9V(5)紋波電壓0.03mV4.3誤差分析輸出誤差為：+5V輸出端=| (4.99-5 )|/5=0.2%+ 12V 輸出端=| (11.98-12 ) |/12=0.3%產(chǎn)生誤差因素有：(1) 元件本身存在誤差；(2) 焊接時(shí)，焊接點(diǎn)存在微小電阻；(3) 萬(wàn)用表本身的準(zhǔn)確度而造成的系統(tǒng)誤差；(4) 測(cè)得輸出電流時(shí)接觸點(diǎn)之間的微小電阻造成的誤差；(5) 讀數(shù)誤差；減小誤差的方法

11、：(1) PCB布線時(shí)要注意元器件可能產(chǎn)生的干擾和布線不規(guī)范產(chǎn)生的自激干擾;(2) 采用更高精度的儀器去測(cè)量；(3) 讀數(shù)時(shí)采用正確的量程和讀法。5實(shí)訓(xùn)心得體會(huì)本次實(shí)訓(xùn)，收獲頗多。也體會(huì)到態(tài)度決定一切。有什么樣的態(tài)度就有什么樣 的收獲。實(shí)訓(xùn)可分為查資料、畫原理圖，PCB圖、焊接調(diào)試三個(gè)階段?，F(xiàn)在看來(lái) 每一個(gè)過(guò)程都是必不可少，每一個(gè)過(guò)程都有收獲。查資料讓我知道怎樣或取我所 想要的知識(shí)，面對(duì)一些英文資料通過(guò)翻譯也提高了英語(yǔ)能力，查資料的過(guò)程中讓我讓我也明白原理在此過(guò)程中有從新鞏固了我模電的知識(shí)。畫原理圖和PCB圖讓我在次熟練的使用Protel軟件布線的能力在次提高，通過(guò)上網(wǎng)查看其他人的不 線，學(xué)會(huì)了怎樣樣不線更加優(yōu)化這次布線是我最滿意的，由于前面做了充分的準(zhǔn)備在焊接時(shí)也沒(méi)有出現(xiàn)什么大的問(wèn)題，只要注意一下元件的正負(fù)極和管腳的大小 即可。實(shí)訓(xùn)是一次把理論應(yīng)用到實(shí)踐的過(guò)程。總之本次實(shí)訓(xùn)又讓我學(xué)到了不少東 西。6參考文獻(xiàn)1 謝自美電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試(第二版)武漢：華中科技大學(xué)出版社，20002 童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，1992.3 李長(zhǎng)俊.模擬電子技術(shù).北京：科學(xué)出版社，20104 附錄附錄1 :元件明細(xì)表30W雙 15V變壓器1個(gè)LM317散熱片1套7805+散熱片1套LM337散熱片1套78