直流穩(wěn)壓電源設(shè)計報告multisim

1、WORD格式整理西安文理學(xué)院機械與材料工程學(xué)院專業(yè)課程設(shè)計報告專業(yè)班級測控技術(shù)與儀器一班課 程題 目學(xué) 號學(xué)生姓名指導(dǎo)教師2017年3月西安文理學(xué)院機械與材料工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)班級15級測控技術(shù)與儀器1班學(xué) 號2807150120指導(dǎo)教師_22職稱教研室測控課 程題目直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計任務(wù)與要求使用Multisim仿真軟件，設(shè)計一個采用220V, 50Hz交流電網(wǎng)供電，固定輸出的集成穩(wěn)壓電源，其指標(biāo)為 UO=+12V I (max=800mA設(shè)計要求：設(shè)計系統(tǒng)總體框架設(shè)計電路繪制電路圖并仿真撰寫設(shè)計報告開始日期2017.3.10完成日期2017.3.242017年2月24日直流

2、穩(wěn)壓電源的設(shè)計摘要本設(shè)計是設(shè)計一個由220V,50Hz交流電源供電，輸出為12V電壓，限制電流800mA 的交流穩(wěn)壓電源。首先使用電源變壓器將220V的電網(wǎng)電壓變成所需要的交流電壓，經(jīng)過由二極管組 成的橋式整流電路，將正負(fù)交替的正弦交流電壓變成單方向的脈動電壓，再經(jīng)過濾波電 容使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓，在以三端固定式集成穩(wěn)壓器7812為核心構(gòu)成的 直流穩(wěn)壓電路，使輸出的直流電壓在電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時保持穩(wěn)定。這類穩(wěn) 壓器有輸入，輸出和公共端三個端口，輸出電壓固定不變，所以輸出穩(wěn)定性極好。本設(shè) 計就是應(yīng)用上述原理實現(xiàn)了直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計。關(guān)鍵詞：直流穩(wěn)壓電源；三端穩(wěn)壓器；變壓器；

3、濾波電容；整流二極管專業(yè)知識分享目錄第一章任務(wù)與要求 1第二章總體布局與各部分電路分析 12.1系統(tǒng)模塊 12.2總體設(shè)計 12.3直流電源的組成及各部分的篩選與作用 22.3.1 變壓電路 22.3.2 整流電路 22.3.3濾波電路 62.3.4穩(wěn)壓電路 7第三章制作和調(diào)試 8第四章實驗心得體會及致謝 9第五章參考文獻(xiàn) 10第一章任務(wù)與要求使用Multisim 仿真軟件，設(shè)計一個采用220V, 50Hz交流電網(wǎng)供電，固定輸出的集成穩(wěn)壓電源，其指標(biāo)為 UO=+12V I cmax=800mA設(shè)計要求:(1)設(shè)計系統(tǒng)總體框架設(shè)計電路(3) 繪制電路圖并仿真(4) 撰寫設(shè)計報告第二章總體布局與各

4、部分電路分析2.1系統(tǒng)模塊此系統(tǒng)包括電源變壓器、整流電路、濾波電路、和穩(wěn)壓電路四大部分:2.2總體設(shè)計電子設(shè)備一般都需要直流電源供電。這些直流電除了少數(shù)直接利用干電池和直流發(fā)電機外，大多數(shù)是采用把交流電（帀電）轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷闹绷鞣€(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源框圖直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成，其原理框圖如圖所 示。電網(wǎng)供給的交流電壓廠 U1 （ 220V, 50HZ經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要 的交流電壓U2,然后由整流電路變換成方向不變、 大小隨時間變化的脈動電壓 U3,再用 濾波器濾去其交流分量，就可得到比較平直的直流電壓U4,但這樣的直流輸出電壓，還會隨交流電網(wǎng)電

5、壓的波動或負(fù)載的變動而變化。在對直流供電要求較高的場合，還需要 使用穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定。2.3直流電源的組成及各部分的篩選與作用UInZ電曲!-0*0全波斷半波魏1）負(fù)皴化黜電壓 減小狀動基本不變2）電網(wǎng)應(yīng)變化輸出電壓基本不克2.3.1 變壓電路變壓電路相對簡單，僅有一個單相變壓器，變壓器將220V市電轉(zhuǎn)化為電路能承擔(dān)的電壓2.3.2 整流電路整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娦裕?將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的電路。 有半波整流、 全波整流以及橋式整流，最常用的是單相橋式整流電路。1) 半波整流電路半波整流電路如圖321 a所示，變壓器的次級繞組與負(fù)載相接，中間串聯(lián)一個整流二 極管

6、就是半波整流電路。利用二極管的單向?qū)щ娦裕挥邪雮€周期內(nèi)有電流流過負(fù)載， 另半個周期被阻，沒有電流。這種電路，變壓器中有直流分量流過，降低了變壓器的效 率，整流電流的脈動成分太大，對濾波電路的要求只適用于小電流整流電路。圖中T為電源變壓，RL為電阻性負(fù)載。2.工作原理電路的工作過程是在U2的正半周(3 t=0n)，二極管因加正向偏壓而導(dǎo)通，有電流 iL流過負(fù)載電阻RL。由于將二極管看作理想器件，故 RL上的電壓UL與U2的正半周電 壓基本相同?？僧嫵稣鞑ㄐ稳鐖D 3.2.1(b)所示J2 ( '.-sifH-iMrV«31* *99中暑電m 3L 1 單相平池橋濤電路3.優(yōu)缺

7、點優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，使用元件少。缺點：只利用了電源的半個周期，輸出直流分量較低，且輸出電壓波動較大，電源變壓 器的利用率也比較低。2) 全波整流1.電路組成全波整流電路如圖3.2.2(a)所示，它是在半波整流電路的基礎(chǔ)加以改進(jìn)而得到的。它的指導(dǎo)思想是利用具有中心抽頭的變壓器與兩個二極管配合，使兩個二極管在正半周 和負(fù)半周內(nèi)輪流導(dǎo)電，而且二者流過RL的電流保持同一方向，從而使正、負(fù)半周在負(fù)載 上均有輸出電壓。2.工作原理電路的工作過程是在u2的正半周（3 t=0n）, D1正偏導(dǎo)通，D2反偏截止，RL上有 自上而下的電流流過，RL上的電壓u21相同，在u2的負(fù)半周（3 t = n2n），D1反 偏

8、截止，D2正偏導(dǎo)通RL上也有自上而下的電流流過，RL上的電壓與U2相同。可畫出整 流波形如圖3.2.2（b）所示。可見，負(fù)載RL上得到的也是一單向脈動電流和脈動電壓。即3.2.2 單招全波般流屯略5.優(yōu)缺點優(yōu)點：電源利用率高，輸出電壓波動小，輸出電壓比半波整流提高了1倍，且每個管子通過的電流僅為負(fù)載電流的1/2。缺點：該電路輸出電壓的直流成分（較半波）增大；整流二極管需承受的反向電壓高，要 求管子的耐壓值比半波整流的耐壓值提高了 1倍；且需要個有中心抽頭的變壓器，工藝 復(fù)雜，成本高。3) 橋式整流1. 電路組成橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⑺膫€二極管分為兩組，根據(jù)變壓器 副邊電

9、壓的極性分別導(dǎo)通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負(fù)載電阻的上端相連，負(fù)極 性端與負(fù)載電阻的下端相連，使負(fù)載上始終可以得到一個單方向的脈動電壓。橋式整流 電路如圖3.2.3所示，圖中變壓器的作用是將交流電網(wǎng)壓，U1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，四只整流二極管D1D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。2. 工作過程單相橋式整流電路的工作原理可分析如下。為簡單起見，二極管用理想模型來處理，即 正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。在U2的正半周，電流從變壓器副邊線圈的上端流出，只能經(jīng)過二極管D1流向RL，再由二極管D3流回變壓器，所以D1、D3正向?qū)?，D2、D4反偏截

10、止。在負(fù)載上產(chǎn)生一個 極性為上正下負(fù)的輸出電壓。其電流通路可用圖3.2.3 (a)中實線箭頭表示。在U2的負(fù)半周，電流從變壓器副邊線圈的上端流出，只能經(jīng)過二極管D2流向RL再由二極管D4流回變壓器，所以D1、D3反偏截止，D2 D4,正向?qū)?。電流流過 RL時產(chǎn)生的電壓 極性仍是上正下負(fù)，與正半周時相其電流通路如圖3.2.3 (b)中虛線箭頭所示。a)Dl > D3正向?qū)?、D4正向?qū)╓ 3.2.4 單相橋式整流工件流程圖根據(jù)上述分析，可得橋式整流電路的工作波形如圖。 由圖325可見，通過負(fù)載RL的電 流IL以及電壓UL的波形都是單方向的全波脈動波形。5.優(yōu)缺點由上述可以看出，橋式整流

11、具有全波整流的全部優(yōu)點， 而且避免了全波整流的缺點 橋式整流的缺點是需要四只二極管。目前，橋式整流應(yīng)用最廣泛。2.3.3濾波電路濾波電路通常有電容濾波，電感濾波，復(fù)式濾波1）電容濾波電路1*1 3. 3- 2 屯客謔垃屯賂廠越九&越尢越 丸放電越慢，曲線越平泓 瞅動越小。WORD格式整理由于電容濾波后，輸出直流電流提高了，而導(dǎo)電角卻減小了，故整流管在短暫的導(dǎo)電時 間內(nèi)將流過一個很大的沖擊流，這樣易損壞整流管，所以應(yīng)選擇If較大的整流二極管，一般選用二極管IF （23）為了獲得較好的濾波效果，實際工作應(yīng)按下式選擇濾波電容的容量，其中T為交流電網(wǎng)電壓的周期，一般電容值較大（幾十至幾千微法）

12、，故選用電解電容器，其耐壓值應(yīng)大于U2RC （3 5）電容濾波整流電路，其輸出電壓U0在U0.9U2之間。當(dāng)滿足上式時，可按下式進(jìn)行估算：U01.2U22.電容濾波電路的特點：電路結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。2）電感濾波電路專業(yè)知識分享由于電感的直流電阻小，交流阻抗大，因此直流分量經(jīng)過電感后基本沒有損失，但是對 于交流分量，經(jīng)jL和R.分壓后，大部分降在電感上，因而降低了輸出電壓的脈動成分 L愈大，R.愈小，濾波效果愈佳，所以電感濾波適用于負(fù)載電流比較大和電流變化較大 的場合3）復(fù)式濾波電路。(b)(a)i>2.3.4穩(wěn)壓電路交流電經(jīng)過整流濾波可得平滑的直流電壓，但當(dāng)輸入電網(wǎng)電壓波動和負(fù)載變化時

13、， 輸出電壓也隨之而變。因此，需要一種穩(wěn)壓電路，使輸出電壓在電網(wǎng)波動，負(fù)載變化時 基本穩(wěn)定在某一數(shù)值。常見的有硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路。隨著工藝的發(fā)展，穩(wěn)壓電路也制成了集成器件。它具有體積小，重量輕，使用方便， 運行可靠和價格低等一系列優(yōu)點，因而得到廣泛應(yīng)用。目前最簡便的是三端集成穩(wěn)壓電 路，它只有三個引線端：不穩(wěn)定電壓輸入端，穩(wěn)定電壓輸出端和公共接地端。只要按需 要選定型號，再配上適當(dāng)?shù)纳崞?，就可以接成穩(wěn)壓電路。這里選擇三端集成穩(wěn)壓器7812。如圖，其輸出為固定電壓，其中，電容C2是在輸入 引線較長時抵消其電感效應(yīng)以防止產(chǎn)生自激；C1用來減小輸出脈動電壓并改善負(fù)載的瞬 態(tài)效應(yīng)，

14、即瞬時增減負(fù)載電流時不致引起輸出電壓有較大的波動。使用時應(yīng)防止公共端 開路，因為當(dāng)公共端開路時，其輸出電位接近于不穩(wěn)定的輸出電位，有可能使負(fù)載過壓 而損壞。第三章制作和調(diào)試-37D.GOO¥T2-TII料冃卻丁 窪二ait狀主比例加g 比洌|托0 邊咅=檢BtFrtnH F”竝丘；2甩早J 阿*c| o （6c P ac| o Jk- _J 聲卻正2.Q2Db2.930 50.D00&1. 確定模塊組成：電網(wǎng)電壓，電源變壓器，整流電路，濾波器，穩(wěn)壓電路，負(fù)載。2. 系統(tǒng)分析：根據(jù)系統(tǒng)功能，選擇各模塊電路形式，即單相橋式整流電路，電容濾波電 路，三端集成穩(wěn)壓電路。3. 參數(shù)選擇

15、：根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)要求，確定各模塊中元件的參數(shù)C3為電解電容，它屬于濾波電容，根據(jù)公式FLC （35）故C3可選為120uF電容C2是在輸入引線較長時抵消其電感效應(yīng)以防止產(chǎn)生自激；電容C1用來減小輸出脈動電壓并改善負(fù)載的瞬態(tài)效應(yīng)。通過書籍查閱得出的經(jīng)驗值故 C2=300nF C1=1uF4設(shè)計電路第四章實驗心得體會及致謝這是我的第一次的課程設(shè)計，因為經(jīng)驗的不足，如果獨立完成這次課程設(shè)計極其困 難，感謝老師的督導(dǎo)和同學(xué)們的幫助，我順利的完成了這個課程設(shè)計。通過本次設(shè)計，讓我進(jìn)一步了解到直流穩(wěn)壓電源的工作原理以及它的要求和性能指 標(biāo)，也讓我認(rèn)識到此次設(shè)計電路中存在的問題， 并不斷努力去解決，我學(xué)到了很

16、多東西, 如耐心和細(xì)心。連接電路之前，一定要通過查資料把電路中的每個元件的作用弄明白， 功能弄清楚，明白如何正確選取。在電路設(shè)計中，應(yīng)該仔細(xì)認(rèn)證并不斷學(xué)習(xí)，可以提高 自己發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力，對自己的動手能力有一定的提高。出現(xiàn)故障時要積極面 對，不能因為麻煩就放棄和敷衍。遇見錯誤要一步步排除。理論與實際相結(jié)合是很重要 的，在了解理論的同時，查閱相關(guān)圖書和了解網(wǎng)上最新技術(shù)也是必要的。在連接電路圖 并不斷排查錯誤中，我吸取前人的經(jīng)驗和教訓(xùn)，努力做到正確和準(zhǔn)確。發(fā)現(xiàn)自己的不足 之處并及時更正。我發(fā)現(xiàn)自己對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固， 然而在這次設(shè)計中讓我更加深入的鞏固了過去所學(xué)

17、到的知識并增加了新的認(rèn)識。我深深 的明白一個道理，課本的知識是一定要積累的，能應(yīng)用到實際中才是最重要的。此次課 程對我以后的設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)，我相信在以后的設(shè)計中可以更加有規(guī)則，有目的的 操作。感謝老師的耐心指導(dǎo)和小組成員的幫助。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，豐富淵博的知識， 精益求精的工作態(tài)度和誨人不倦的師者風(fēng)范是我終身學(xué)習(xí)的楷模，老師高深精湛的造詣 和嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)精神將永遠(yuǎn)激勵著我，在這第一次課程設(shè)計的過程中，在老師的支持 和幫助之下，我成功順利的完成了這次課程設(shè)計，在此，謹(jǐn)向老師致以衷心的感謝和崇 高的敬意！另外感謝校方給予我這樣一次機會，能夠獨立的完成一個課程設(shè)計，使我們 能夠?qū)W(xué)到的知識應(yīng)用到實踐中，增強我們的實踐操作和動手能力，提高獨立思考的能