模電課程設(shè)計(jì)串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源

1、課程設(shè)計(jì)課程名稱模電課程設(shè)計(jì) 題目名稱串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源 學(xué)生學(xué)院物理光電工程 專業(yè)班級電子科學(xué)與技術(shù)3班 學(xué) 號 3111008474 學(xué)生姓名郭忠迪指導(dǎo)教師劉力斌2012年10月27日串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源一. 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求要求：設(shè)計(jì)并制作用晶體管和集成運(yùn)算放大器組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。指標(biāo)：1、輸出電壓6v、9v兩檔，正負(fù)極性輸出；2、輸出電流：額定電流為150ma，最大電流為500ma;3、在最大輸出電流的時(shí)候紋波電壓峰值 vop-p<5mv；任務(wù)：1、了解帶有放大環(huán)節(jié)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成和工作原理；2、識圖放大環(huán)節(jié)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的電路圖；3、仿真電路并選取元件；4、安裝調(diào)試帶有

2、放大環(huán)節(jié)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路；5、用儀器儀表對電路調(diào)試和測量相關(guān)參數(shù)；6、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告、調(diào)試二. 原理電路設(shè)計(jì)1、整理電路框圖的設(shè)計(jì)；釆用變壓器、二極管、集成運(yùn)放，電阻、穩(wěn)壓管、三極管等元器件。220v 的交流電經(jīng)變壓器變壓后變成電壓值較小的交流，再經(jīng)橋式整流電路和濾波電路 形成直流,穩(wěn)壓部分采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。比例運(yùn)算電路的輸入電壓為穩(wěn)定電壓, 且比例系數(shù)可調(diào)，所以其輸出電壓也可以調(diào)節(jié)；同時(shí)，為了擴(kuò)大輸出大電流，集 成運(yùn)放輸出端加晶體管，并保持射極輸出形式，就構(gòu)成了具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型 穩(wěn)壓電路。如下圖。2、方案的比較；方案一：用晶體管和集成運(yùn)放組成的基本申聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。如閣方案二：用晶體管和

3、集成運(yùn)放組成的具有保護(hù)環(huán)節(jié)的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓 電源。如圖。方案三：用晶體管和集成運(yùn)放組成的實(shí)用串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。如圖。方案的可行性分析：方案一最簡單，但功能也最少，沒有保護(hù)電路和比較放大電路，因而不夠?qū)?用，故拋棄方案一；方案三功能最強(qiáng)大，侃是由于實(shí)驗(yàn)室條件和經(jīng)濟(jì)成木的限制， 我們也拋棄方案三，因?yàn)樗菭奚顺杀緛頁Q取方便。所以從簡單、合理、可靠、 經(jīng)濟(jì)從簡單而且便于購買的前提出發(fā)，我們選擇方案二為我們最終的設(shè)計(jì)方案。三、單元電路設(shè)計(jì)及元件選擇；交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流 電。下面就各個(gè)部分的作用和功能來選擇合適的元器件。(1) 電源變壓器直流電源的輸入

4、為220v的電網(wǎng)電壓，一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值和 電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需耍通過電源變壓器降壓后，再對交流電壓處 理。變壓器副邊電壓有效值決定于后面電路的需要。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，穩(wěn)壓電路的輸入 電壓一般選取仏=(23)u。所以選擇15v10w的變壓器。具體的mulitism仿 真用 ts_power_1o_1<,(2) 整流電路。通過整流電路把交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，即將正弦波電壓轉(zhuǎn)換成單一方向 的脈動電壓。斉閱資料知有，有半波整流電路和全波整流電路。全波整流電路和 半波整流電路相比，在相同的變壓器的副邊電壓下，對二極管的要求參數(shù)是一樣 的，并且還具有輸出電壓高、變壓器利用率高、脈

5、動小等優(yōu)點(diǎn)。而且更重耍的是 我們要求輸出正負(fù)兩檔的電壓的，如果將全波整流電路變壓器的副邊接地，并將 兩個(gè)負(fù)載電阻電阻接地。那么負(fù)載上就分別獲得正負(fù)電源了。因此選擇全波整流電路。如圖。整流電路的主要參數(shù)：主要參數(shù)：輸出電壓平均值負(fù)載電阻上電壓的平均值o(av) =u2 si續(xù)d)"( =. 0.9(/兀兀輸出電流平均值/uav):負(fù)載電阻上電流的平均值 7_ u0.9u2l(av) 一rt整流輸出電壓的脈動系數(shù)s:整流輸出電壓的基波峰值與輸出電壓平 均值"之比，因而s愈大，脈動愈大。"rmax=抽2d(av)l(av) _ 0.45"2二極管的選擇：考慮到

6、電網(wǎng)電壓波動范圍為±10%，整流二極管的極限參數(shù)最高反向工作電 壓和最大整流平均電流應(yīng)滿足："r1.1加2>1.1-0a5u2if > l.lx0.45x151000-0.007x所以選擇 ur>l.lxv2 x15&23v，實(shí)際選擇整流橋來整流，型號為kbp307,額定電流為3a電壓力700v.(3)濾波電路整流電路輸出電壓雖然是單一方向的，但是含有較大的交流成分。所以還需 耍利用濾波電路將脈動的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷骸榱双@得較好的濾波效 果，在實(shí)際電路中電容容量滿足rlc=(35)t/2.由于采用電解電容，考慮到電 網(wǎng)電壓的波動范圍為&#

7、177;10%，電容的耐壓值應(yīng)大于1. 1斤(/2 .實(shí)際采用電路是電容濾波電路。電解電容為2200uf,耐壓值為25v.(4)穩(wěn)壓電路雖然整流濾波電路能將正弦交流電壓變換成較為平滑的直流電壓，但是但電 網(wǎng)電壓波動時(shí)，輸岀電壓將隨之產(chǎn)生波動。故此采用穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路來穩(wěn)定輸出 電壓。 穩(wěn)壓原理：若上圖的電網(wǎng)電壓增大，則(7z增大，增大，g增大， 增大，輸出電壓久減少。當(dāng)電網(wǎng)電壓卜降時(shí)，各電量的變化與上述過程的相反。 可見，當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時(shí)，穩(wěn)壓電路通過限流電阻r上電壓的變化來抵消(7,的變化，從而輸出電壓基本不變。 輸出電壓范圍r' + rr、+ k + h七7/?2 + /?3

8、6; r3而我們要求輸出電壓有6v檔，因此uz6v,選擇uz=4.3v,型號為 /?2是可調(diào)電阻為1000 q, /?3=910q,經(jīng)計(jì)算穩(wěn)壓值為4.81v<uz<10.10v.符合我們要求輸出的6v，9v檔。 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路調(diào)整管：調(diào)整管是核心元件。調(diào)整管常為大功率管。基準(zhǔn)電壓：是的參考電壓。采樣電阻：對的采樣，與基準(zhǔn)電壓共同決定。比較放大：將的采樣電壓與基準(zhǔn)電壓比較后放大，決定電路的穩(wěn)壓性能。 申聯(lián)型穩(wěn)壓電源中調(diào)整管的選擇：根據(jù)極限參數(shù)7cm、(br) ceo、7u1選擇調(diào)整管！emax = r1 + linax lmax< cm ceinax = iinax_ oini

9、n < (br) ceo tmax _ einax cemax < cm輸出電流不能大于500ma, j1輸出電壓調(diào)節(jié)為4. 8v到10v,輸入電壓為15v, 波動范圍為±10%，測極限參數(shù)應(yīng)為icm > il =500ma, ucf>au- uomin =1.1x15-4.8 = 11.7vpew0.5xll.7 = 5.8w。實(shí)際選擇的npn調(diào)整管是tip41c, s大集電流-基極直流電壓：最大值120v .最大耗散率65w，lcmmax = 700ma，符合要求。選擇的pnp調(diào)整管 是tip42c.參數(shù)跟tip41c 一樣。限流電阻的選擇:保證穩(wěn)壓管既穩(wěn)

10、壓又不損壞。限流電阻選1.2h1 電網(wǎng)電壓最低且負(fù)載電流最大時(shí)，穩(wěn)壓管的電流最小。1_ "imin - "z _ jjn "imin "z1 dz min 一1 lmax l l八弋 r_k'z + lmax電網(wǎng)電壓最高xl負(fù)載電流最小時(shí)，穩(wěn)壓管的電流最人。j "lmax - "z _ jrp . "lmax "z1 dz max d1 lmin 1zm八 3kzm + min運(yùn)算放大器的選擇：實(shí)際選擇運(yùn)放是lm324n.lm324內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償 的運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍

11、很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源 電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放 大器的場合。lm324的封裝形式為塑封14引線雙列直插式。其特點(diǎn)為：內(nèi)部頻率補(bǔ)償 直流電壓增益高(約loodb)單位增益頻帶寬(約1mhz)電源電壓范圍寬：單電源(332v);雙電源(±1.5±16v)低功耗電流，適合于電池供電 低輸入偏流低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 輸出電壓擺幅大(0至vcc-1.5v)極限參數(shù)敦參u5值位幅觀vcc或oo4土v

12、ir-入繊rn-rrs132v幅xv幢ri£sir對 w鼬vcc刪卜i 1oproi;,!'7f 3ymh1ccvr-管腳如圖:詠出1 1 hl k-) 2hl a.31414 |詠出4 13! h) k 4(.) 12|詠、4令vm313自己做了才知道，其實(shí)根木沒有用到lm324n的幾個(gè)引腳的。其實(shí)可以選擇 lm324ad的，才8個(gè)引腳，對排版有很大的好處。四、元器件清單元件類型元件序號型號主耍參數(shù)數(shù)量變壓器t1雙 15v30w1個(gè)集成運(yùn)算 放大器u1a、 u2alm324n2個(gè)穩(wěn)壓管d2、d31n4731a4.3v2個(gè)整流橋d1kbp3073a 700v1個(gè)三極管ql、q

13、2、q5、 q6tip41c、tip42c中功率各2個(gè)電解電容cl、c22200uf/25v2個(gè)電阻rl、r2、r3、r5、 r6、 r7、r8 、 r10 、rll、r121.2k,1 ,240 0,910 q33 q2個(gè)、2個(gè)、2 個(gè)、2個(gè)，2個(gè)電位器r4、r9、精密電位器1 kq2個(gè)排針五、電路總圖，及調(diào)試過程、結(jié)果v1r>>5o hz .|-bovver ±6v檔輸出結(jié)果如下圖q1t1p41c 參±9v檔輸出結(jié)果如下圖v1qgjlll最大輸出電流吋的紋波電壓輸出結(jié)果，仿真數(shù)據(jù)最大的紋波電壓小于5mv最大電流也小于要求的500ma，分別是306.2ma和3

14、06.246ma,紋波電壓分別是 986.462uv 和 1.027mv。q1t1p41covzer 10 tolm324n06-w>42cm.2kr11tip42c-wv-1qmultimeter-xmm266h h el h 11multimeter-xmm4306.2 ma986.462 uvul:0%u1a1kqkey=a240q910qmultimeter-xmm3306.246 maset.multimeter-xmml1.027 mvees®1 jset.仿真屮電壓可調(diào)范圍4.815v彡uo<10. 104v, -4.815v彡uo彡10. 106v,imu

15、ltimeter-xmm422f-2200<-l>r72k1 g2t1p42cv1-t«-power 10 tollt1p42c4.815vhe®®set.multimeter-xmml-4.815 vsel 實(shí)測的電壓可調(diào)范圍是4.99v彡uo彡9. 94v?？赡苡捎陔娮璧膮?shù)的分散性 出現(xiàn)了誤差。但能正常輸出±6v, ±9v當(dāng)，基本是實(shí)現(xiàn)了要求。六、方案的問題與討論在選擇元器件的時(shí)候，自己因?yàn)橹皼]有認(rèn)真玩過運(yùn)算放大器，竟然買的 是11引腳的，但只用了兒個(gè)引腳，完全其他的運(yùn)放來代替，給自己焊板，走線 帶來了一點(diǎn)不便。七、課程設(shè)計(jì)

16、的心得與體會。通過這次課程設(shè)計(jì)，自己感觸很多，獲益匪淺。在這次課程設(shè)計(jì)中，我明白了課程設(shè)計(jì)的任務(wù)一般是設(shè)計(jì)、組裝并調(diào)試一個(gè) 簡單的電子電路裝置。需要我們綜合運(yùn)用“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程的知識，通過調(diào) 查研究、查閱資料、方案論證與選定；設(shè)計(jì)和選取電路和元器件；組裝和調(diào)試電 路，測試指標(biāo)及分析討論，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。一開始老師布罝任務(wù)給我們，但是我們沒有抓緊時(shí)間去做。我首先在網(wǎng)上下 載很多電路圖，穩(wěn)壓電源的，波形發(fā)生器的，功放的。咋一看，沒有一個(gè)電路圖 是自己能看懂的，然后自己又花了很多的時(shí)間去看模電書，慢慢冋憶起老師講過 的內(nèi)容，明白丫很多原理性的東西。然后就是選擇的問題了，一開始自己是把波 形發(fā)生器的

17、內(nèi)容看了幾遍，基本明白要怎么去動手了。但是后來又認(rèn)真看了一下 穩(wěn)壓電源的，覺得穩(wěn)壓的可能簡單一點(diǎn)，所以后來就開始準(zhǔn)備去做穩(wěn)壓了。我在 網(wǎng)上全力搜索著各種不同的電路圖，什么版木的都有。但怎么也不明白要怎么才 能輸出負(fù)的電壓。然后自己去找?guī)熜终劻艘粫?，再冋來認(rèn)真地看書。自己發(fā)現(xiàn) 模電書上其實(shí)也有寫到怎么輸出負(fù)電壓的。這時(shí)才覺得理論與實(shí)踐的結(jié)合是那么 重要，要不書上寫的東四你永遠(yuǎn)不知道它的實(shí)際作用。然后自己就用multism去仿真，但是之前沒有怎么用過仿真軟件，所以乂耗 費(fèi)了一段時(shí)間去熟悉各種基木操作。然后自己耐心地用nmltism仿真，一開始只 能輸出正電壓，后來跟同學(xué)討論才知道冇一個(gè)引腳接錯(cuò)正

18、負(fù)極了，以后要告誡自 己要學(xué)會檢查，做好細(xì)節(jié)。仿真成功后，自己就著手準(zhǔn)備買元器件了。跟己經(jīng)做 好的同學(xué)聊了一下，他們都是去小賽格買的。但自己最終還是在淘寶上買了元器 件。經(jīng)過兩周的電工電子實(shí)訓(xùn)后，自己的動手能力明顯有加強(qiáng)。買了元器件，就 認(rèn)真排版，花了一個(gè)晚上的功夫才把電路焊好，然后自己去測試功能，當(dāng)萬用表 能顯示出要求輸出的電壓值時(shí)，我覺得自己的付出都是值得的。在這次課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)會了怎樣去根據(jù)課題的要求去設(shè)計(jì)電路和調(diào)試電 路。動手能力得到很大的提高。從中我發(fā)現(xiàn)自己并不能很好的熟練去使用我所學(xué) 到的模電知識。在以后學(xué)習(xí)中我要加強(qiáng)對使用電路的設(shè)計(jì)和選用能力。但由于電 路比較簡單、定型，不是真實(shí)的生產(chǎn)、科研任務(wù)，所以我們基本