模電課程設計(直流穩(wěn)壓電源)

1、 題目名稱：直流穩(wěn)壓電源 姓 名： 吳金光 班 級： 電氣132 學 號： 201333495207 日 期： 2015-7-9 模擬電子技術課程設計任務書 適用專業(yè)：電子信息工程專業(yè) 設計周期：一周一、設計題目：直流穩(wěn)壓電源二、 設計目的及要求 1.1 設計目的 1、通過集成直流穩(wěn)壓電源的設計，安裝和調試，學會選擇變壓器、整流二極管、濾波電路、集成穩(wěn)壓器及相關元器件設計直流穩(wěn)壓電源；2 、仿真并焊接直流穩(wěn)壓電源。3、掌握直流穩(wěn)壓電路的調試及主要技術指標的測試方法。 1.2 設計要求 1、要求設計制作一個直流穩(wěn)壓電源，可將220V/50HZ交 流電源輸出±12V(±5V)直

2、流電壓； 2、仿真直流穩(wěn)壓電源； 3、電網供給的交流電壓U1為220V，50HZ。 變壓器輸出電壓U2為18V20V，50HZ。 4、穩(wěn)壓電源輸出直流電壓可調，且輸出電流可擴展。5、安裝調試后焊接并書寫課程設計報告書。6、答辯驗收。三、 設計原理及方案比較 四、設計報告總結（要求自己獨立完成，不允許抄襲）。1、 對所測結果（如：變壓器的輸出，濾波輸出，穩(wěn)壓輸出進行測量）進行全面分析，總結穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓的條件條件。 2、 分析討論測試中出現(xiàn)的故障及其排除方法。 3、 體會與收獲。一、 方案論證與比較1.1方案提出方案一：三端穩(wěn)壓電源方案二：線性穩(wěn)壓穩(wěn)流電源方案三：半橋式直流穩(wěn)壓電源1.2設計方案的

3、論證和選擇方案一中三端穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端，組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件少。器件體積小，性能高，操作簡單，電路簡單，使用方便。內部電路具有過壓保護、過流保護、過熱保護功能，這使它的性能很穩(wěn)定，并且能防止過載，能夠實現(xiàn)1A以上的輸出電流。器件具有良好的溫度系數，因此產品的應用范圍很廣泛。三端穩(wěn)壓芯片的內部含有限流保護、過熱保護和過壓保護電路，采用了噪聲低、溫度漂移小的基準電壓源，工作穩(wěn)定可靠。解決了與單點調節(jié)相關的分散問題，而且成本低廉。方案二中線性穩(wěn)壓電源是比較早使用的一類直流穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓直流電源的特點是：輸出電壓比輸入電壓低；反應速度快，輸出紋波較??；工作產生的噪聲低；效率

4、較低（現(xiàn)在經常看的LDO就是為了解決效率問題而出現(xiàn)的）；發(fā)熱量大（尤其是大功率電源），間接地給系統(tǒng)增加熱噪聲。方案三中半橋式直流穩(wěn)壓電源的優(yōu)點是體積小，重量輕，穩(wěn)定可靠，缺點是相對于線性電源來說波紋較大。二、 系統(tǒng)的功能及設計框圖2.1 系統(tǒng)的全部功能、要求及技術指標交流電經整流濾波電路轉換為直流電，再經濾波電路濾去整流輸出電壓中的紋波，最終輸出平穩(wěn)的直流電。且輸出直流電壓可調，輸出電流可擴展，輸出紋波電壓與穩(wěn)壓系數均小于一定值。1、電網供給的交流電壓U1為220V，50HZ； 2、變壓器輸出電壓U2為18V20V，50HZ； 3、穩(wěn)壓電源輸出直流電壓可調，最大負載電流100mA左右；4、輸出

5、紋波電壓小于5mv，穩(wěn)壓系數<=0.01；5、驅動負載可調（如：120<RL<240）；6、適當考慮如何采取短路保護功能。 穩(wěn)壓電源的技術指標分為兩種：一種是特性指標，包括允許輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調節(jié)范圍等；另一種是質量指標，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數（或電壓調整率）、輸出電阻（或電流調整率）、紋波電壓（紋波系數）及溫度系數。2.2確定設計框圖（系統(tǒng)包含的單元電路及結構）和總體設計方案穩(wěn)壓模塊濾波模塊整流模塊三端穩(wěn)壓電源圖 1三端穩(wěn)壓電源系統(tǒng)框圖總設計方案：220V的電壓經變壓器變壓后變成電壓值較小的交流，再經橋式整流電路和濾波電路形成直流

6、，穩(wěn)壓部分采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。比例運算電路的輸入電壓為穩(wěn)定電壓，且比例系數可調，集成運放輸出端加晶體管，并保持射極輸出形式，就構成了具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。2.3單元電路的分析與設計：1、電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。2、整流電路：利用單向導電元件，把50Hz的正弦交流電變換成脈動的直流電，單相橋式整流電路如圖2。由圖可見，U2正半周時D1、D4導通，D3、D2截止，在負載電阻RL上形成上正下負的脈動電壓；而在U2負半周時，D2、D3導通，D1、D4截止，在RL上仍形成上正下負的脈動電壓。如

7、果忽略二極管內阻，有UoU2。橋式整流電路波形如圖3（b）所示。正負半周均有電流流過負載，而且電路方向是一致的，因而輸出電壓的直流成分提高，脈動成分降低。單相橋式整流電路主要參數：輸出直流電壓O(AV)U,脈動系數S，二極管正向平均電流ID(AV),二極管最大反向峰值電壓URM。橋式整流電路解決了單相整流電路存在的缺點，用一次級線圈的變壓器，達到了全波整流的目的。圖2單相橋式整流電路3、濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。設u2波形如圖3（b）所示，未接電容時，輸出電壓如圖3（b）中的虛線所示。在u2正半周，設u2由零上升，二極管D導通，u0

8、=u2，此時電源對電容充電，由于充電時間常數很小，電容充電很快，所以電容上升的速度完全跟得上電源電壓的上升速度，uC=u2。當u2上升到峰值時，電容充電達到1.4U2，二極管D截止，隨后u2下降，電容C向負載RL放電，放電時間常數為RLC，其值較大，所以電容電壓下降的速度比u2下降到速度慢得多，此時負載電壓靠電容C的放電電流來維持，u0=uC。當電容放電到b點時，uCu2，二極管D又導通，電容又被充電。充電至1.4U2后，又放電。如此重復進行，就得到輸出電壓的波形如圖3（b）中實線所示。圖3單向橋式整流電容濾波電路及其波形圖4、穩(wěn)壓電路：集成三端穩(wěn)壓器具有體積小，外圍元件少，調整簡單，使用方便

9、且性能好， 穩(wěn)定性高，價格便宜等優(yōu)點，因而獲得越來越廣泛的應用。常見的有固定式和可調式兩類集成三端穩(wěn)壓器，內部多以串聯(lián)型穩(wěn)壓電源為主，還有適當的過流、過熱等保護電路。一般固定式較便宜，可調式較貴，性能也好些，功率相對也較大。故本次設計采用固定式三端穩(wěn)壓器。主要有7800系列（輸出正電壓）和7900系列（輸出負電壓）。后兩位數字通常表示輸出電壓的大小。圖4是外形圖和電路符號。加散熱片后允許功耗達到7.5W，普通型穩(wěn)壓器最大輸出電流為1. 5A。圖4固定式集成三端穩(wěn)壓器外形及電路符號三、 系統(tǒng)調試分析3.1軟件仿真原理圖圖5直流穩(wěn)壓電源原理圖3.2模擬仿真過程圖6變壓后輸出電壓圖7整流后輸出電壓圖

10、8穩(wěn)壓輸出電壓及波形在完成了三端穩(wěn)壓電源電路的設計之后，將上述器材在電路板上焊接，焊接工作完成之后，用電流表和示波器對器件進行測量和調試。圖9焊接完成圖3.3各項指標測試主要測試空載、負載起震、負載穩(wěn)伏和達到最大負載時的電壓電流。測試結果如下表:空載負載起振負載穩(wěn)幅最大負載輸出電流0.0000A0.3854A0.5339A0.610A輸出電壓5.05V 4.98V4.46V2.05V表1空載、負載起震、負載穩(wěn)伏和達到最大負載時的電壓電流值圖10空載時電壓電流圖3.2負載起振時電壓電流圖3.3 負載穩(wěn)幅時電壓電流圖3.4最大負載時電壓電流四、結語 在這次模電課程設計中，我還是學到了不少知識，還接

11、觸了一款強大的軟件Multisim，它的仿真功能可以讓你還沒有做出實物前檢驗電路的正確性，大大減少了電路設計的出錯率，在仿真過程中遇到過幾次仿真錯誤，經過檢查發(fā)現(xiàn)是橋式整流處的輸出接錯了，改過后仿真正常了。通過這次實踐，我加深了對課本知識的理解，掌握了直流穩(wěn)壓電源的要點。也熟悉了焊接過程，也的到了一些解決問題的方法和經驗，也發(fā)現(xiàn)了自己不足的地方，理論與實踐轉換仍有待提高充分認識到了實踐的重要性，只有理論與實踐更好的結合，才能對知識更深層次的理解。五、參考文獻1.鄭步生. Multisim2001電路設計及仿真入門與應用.電子工業(yè)出版社.2002 2.康光華主編電子技術基礎-模擬部分.第六版北京，高等教育出版社，20133.高吉祥主編電子技術基礎實驗與課程設計北京，電子工業(yè)出版社，20024.陳大欽主編電子技術基礎實驗電子電路實驗設計仿真北京：高等教育出版社，2000 附錄1： 表 1 元器件清單參數代號數量參數代號數量100uFC3,C72發(fā)光二極管LED11470uFC1,C52穩(wěn)壓二極管D510.1uFC14三端穩(wěn)壓塊U1,U22散熱片13ND11電路板1接線柱J1,J22電位器RP11螺絲M31圖1 LM7812/791