線性可調(diào)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

2010級(jí)通信工程通信工程《模擬電路》課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)嚴(yán)瓊20100343048姓名及胡蓉20100343009學(xué)號(hào)斯春玲20100343034學(xué)院工程技術(shù)學(xué)院專業(yè)通信工程班級(jí)2010級(jí)4班胡新新指導(dǎo)教師胡新新2012年5月30日題目：線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)一、 設(shè)計(jì)題目及要求1、 設(shè)計(jì)題目利用運(yùn)放和分立元器件設(shè)計(jì)一線性可調(diào)穩(wěn)壓電源。2、 設(shè)計(jì)要求（1） 基本要求輸出電壓：V=4.5~12.0V；o輸出電流：I21A；o輸出紋波：VWIOmV；P-P電壓調(diào)整率：KW5%；u電流調(diào)整率：KW3%。（輸出為12V時(shí)）。i（2） 發(fā)揮部分①①增加過(guò)流保護(hù)；增加電壓顯示功能；進(jìn)一步提高指標(biāo)精度，盡量提高效率。指導(dǎo)教師簽名： 2012年月日二、 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)指導(dǎo)教師簽名： 2012年月日三、成績(jī)驗(yàn)收蓋章2012年月日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、設(shè)計(jì)要求： 4\o"CurrentDocument"二、 設(shè)計(jì)任務(wù)： 4\o"CurrentDocument"三、實(shí)驗(yàn)原理： 4（一）、線性穩(wěn)壓電源的基本原理： 4\o"CurrentDocument"1．電源變壓器 5\o"CurrentDocument"2．整流電路 5\o"CurrentDocument"3．濾波電路 5\o"CurrentDocument"4．穩(wěn)壓電路 5（二）、穩(wěn)壓電源的性能指標(biāo)及測(cè)試方法 51、穩(wěn)壓系數(shù)及電壓調(diào)整率 5\o"CurrentDocument"2、輸出電阻（也稱等效內(nèi)阻或內(nèi)阻） 6\o"CurrentDocument"3、 紋波電壓 6\o"CurrentDocument"四、電路設(shè)計(jì)： 6（1）變壓部分設(shè)計(jì) 6\o"CurrentDocument"變壓器的主要參數(shù)有： 7\o"CurrentDocument"變壓部分參數(shù)設(shè)計(jì)： 7（2）整流、濾波電路 7整流部分的設(shè)計(jì)： 8（3）穩(wěn)壓電路 8電路參數(shù)計(jì)算如下： 8（1） 確定穩(wěn)壓電路的最低輸入直流電壓Ui,min 9（2） 確定電源變壓器副邊電壓、電流及功率。 9（3） 選整流二極管及濾波電容。 9（4） 電阻以及變位器的選擇。 9（5） 運(yùn)算放大器選擇 9\o"CurrentDocument"五、 完整電路圖： 9\o"CurrentDocument"六、 電路板的制作及電路焊接與調(diào)試： 10\o"CurrentDocument"七、 在調(diào)試及組裝電路過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法： 10\o"CurrentDocument"八、 設(shè)計(jì)心得體會(huì)： 10\o"CurrentDocument"九、元器件清單： 11\o"CurrentDocument"十、參考文獻(xiàn)： 11\o"CurrentDocument"十一、鳴謝： 11\o"CurrentDocument"十二、附錄： 121、元件清單 122、 原理圖和PCB圖 123、 作品照片 錯(cuò)誤!未定義書簽。通信工程專業(yè)《模擬電路》課程設(shè)計(jì)

線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

引言穩(wěn)壓電源通常分為線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。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(diǎn)是：輸出電壓比輸入電壓低；反應(yīng)速度快，輸出紋波較??；工作產(chǎn)生的噪聲低：效率較低，產(chǎn)生的熱量大。本文將對(duì)現(xiàn)有線性穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)方法進(jìn)行總體的綜述，并分析穩(wěn)壓電源的組成及其功能做簡(jiǎn)要說(shuō)明和設(shè)計(jì)。一、設(shè)計(jì)要求：基本要求輸出電壓：Vo=4.5~12.0V；輸出電流：Io±lA；輸出紋波：VP-PW10mV；電壓調(diào)整率：KuW5%；電流調(diào)整率：KiW3%。(輸出為12V時(shí))。發(fā)揮部分增加過(guò)流保護(hù)；增加電壓顯示功能；進(jìn)一步提高指標(biāo)精度，盡量提高效率。二、設(shè)計(jì)任務(wù)：根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求選擇電路形式，畫出原理電路圖；選擇元器件型號(hào)及參數(shù)，并列出器件清單；利用protel99軟件仿真，并在通用板上組裝焊接電路；完成電路的測(cè)試與調(diào)整，使有關(guān)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求；寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。三、實(shí)驗(yàn)原理：(一)、線性穩(wěn)壓電源的基本原理：

線性穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流、濾波電路及穩(wěn)壓電路組成，基本框圖如下所示：輸入AC1．電源變壓器電源變壓器T的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui。變壓器的副邊與原邊的功率比為P2/Pi=n，式中n為變壓器的效率。2．整流電路整流電路將交流電壓Ui變換成脈動(dòng)的直流電壓。3．濾波電路濾波電路通過(guò)電容將脈動(dòng)直流電壓的紋波減小或?yàn)V除。4．穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用就是穩(wěn)定輸出電壓。（二）、穩(wěn)壓電源的性能指標(biāo)及測(cè)試方法穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來(lái)衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)或電壓調(diào)整率、輸出電阻或電流調(diào)整率、溫度系數(shù)及紋波電壓等。1、穩(wěn)壓系數(shù)及電壓調(diào)整率穩(wěn)壓系數(shù)：在負(fù)載電流、環(huán)境溫度不變的情況下，輸入電壓的相對(duì)變化引起輸出電壓的相對(duì)變化，即S_AUU2U.I I電壓調(diào)整率：輸入電壓相對(duì)變化為正負(fù)10%時(shí)的輸出電壓相對(duì)變化量，即K-竺AU穩(wěn)壓系數(shù)S和電壓調(diào)整率K均說(shuō)明輸入電壓變化對(duì)輸出電壓的影響，因此只需測(cè)試其中之一即可。2、輸出電阻（也稱等效內(nèi)阻或內(nèi)阻）在額定電網(wǎng)電壓下，由于負(fù)載電流變化AIL引起輸出電壓變化AUo,則輸出電阻為AUoAIL3、 紋波電壓（1）最大紋波電壓在額定輸出電壓和負(fù)載電流下，輸出電壓的紋波（包括噪聲）的絕對(duì)值大小通常以峰—峰值或有效值表示。（2） 紋波系數(shù)Y在額定負(fù)載電流下，輸出紋波電壓的有效值Urms與輸出直流電壓Uo之比Y=tmsX100%Uo（3） 紋波電壓抑制比紋波電壓抑制比是指在規(guī)定的紋波頻率（例如50Hz）下，輸入電壓中的紋波電壓Ui~與輸出電壓中的紋波電壓Uo~之比，即紋波電壓抑制比二四、電路設(shè)計(jì)：總電路部分的設(shè)計(jì)方案：1）變壓部分設(shè)計(jì)T2T1IRONCOREXFORMERT2T1IRONCOREXFORMER鐵心變壓器— A定CO變壓器Ormer鐵氧體芯變壓器 自耦變壓器圖1變壓器的圖形符號(hào)變壓器的主要參數(shù)有：變壓比變壓器的變壓比是初級(jí)電壓與次級(jí)電壓的比值。額定功率額定功率，是變壓器在指定頻率和電壓下能連續(xù)工作而不超過(guò)規(guī)定溫升的輸出功率。效率效率是輸出功率與輸入功率之比，它反映了變壓器的自身?yè)p耗。空載電流變壓器在工作電壓下次級(jí)空載時(shí)(次級(jí)電流為零)，初級(jí)線圈流過(guò)的電流稱為空載電流?？蛰d電流大的變壓器損耗大、效率低。絕緣電阻和抗電強(qiáng)度絕緣電阻，指變壓器線圈之間、線圈與鐵心之間及引線之間的電阻?？闺姀?qiáng)度是在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)變壓器可承受的電壓，它是變壓器特別是電源變壓器安全工作的重要參數(shù)。電源變壓器T的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要P2=耳的交流電壓Ui。變壓器的副邊與原邊的功率比為P ，式中n為變壓器的效率。變壓部分參數(shù)設(shè)計(jì)：選擇交流220V、50Hz的變壓器，電壓波動(dòng)范圍±10%。根據(jù)需要，我們選取了15v的變壓器。(2)整流、濾波電路整流電路將交流電壓Ui變換成脈動(dòng)的直流電壓。它是靠穩(wěn)壓管的單向?qū)щ娞匦詠?lái)實(shí)現(xiàn)的。濾波電路通過(guò)穩(wěn)壓管將脈動(dòng)直流電壓的紋波減小或?yàn)V除，輸出直流電壓UI。容性負(fù)載橋式整流電路如圖2所示，它的四個(gè)臂是由四只二極管組成的。整流部分的設(shè)計(jì)：選取1A的整流橋當(dāng)變壓器“1”端為正、“2”端為負(fù)時(shí)，二極管VD2和VD4承受正向電壓而導(dǎo)通，VD1和VD3承受反向電壓而截止。此時(shí)，變壓器“1”端通過(guò)VD4流經(jīng)RL，再經(jīng)過(guò)VD2返回至“2”端。當(dāng)“1”端為負(fù)、“2”端為正時(shí)，二極管VD1和VD3導(dǎo)通，VD2和VD4截止，電流則由“2”端通過(guò)VD3流經(jīng)RL，再經(jīng)過(guò)VD1返回至T端。穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用就是穩(wěn)定輸出電壓。穩(wěn)壓器把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。它利用調(diào)節(jié)流過(guò)穩(wěn)壓管自身的電流大小(端電壓基本不變)來(lái)滿足負(fù)載電流的改變，并與限流電阻配合將電流的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，以適應(yīng)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。在電網(wǎng)電壓不變時(shí),負(fù)載電流的變化范圍就是穩(wěn)壓管電流的調(diào)節(jié)范圍。負(fù)載不變時(shí)，電網(wǎng)電壓的波動(dòng),在波動(dòng)至最低時(shí)必須保證穩(wěn)壓管工作在反向擊穿狀態(tài)，在波動(dòng)至最高時(shí)，要保證管子的功耗不超過(guò)允許的最大管耗。散熱片的選取：選取一個(gè)散熱片安裝到復(fù)合管上。器件選擇：電路參數(shù)計(jì)算如下：

確定穩(wěn)壓電路的取低輸入直流電壓Ui,minUo,max+(Ui-Uo)minUi,min心 °?9我們選取15v。確定電源變壓器副邊電壓、電流及功率。輸出電流＞=1A，輸出電壓＜12V，由上分析，可選購(gòu)副邊電壓為15V,功率為20VA的變壓器。選整流二極管及濾波電容。因電路形式為橋式整流電容濾波，通過(guò)每個(gè)整流二極管的反峰電壓和工作電流求出濾波電容值。濾波電容選擇2200u/50V。整流二極管選擇整流橋堆為2A/100V。電阻以及變位器的選擇。根據(jù)電壓的調(diào)節(jié)范圍選擇電位器為1K。電阻分別有2.9K、300、200等。運(yùn)算放大器選擇LM324集成電路，三極管選擇TIP9012。五、完整電路圖：二zm二zm六、電路板的制作及電路焊接與調(diào)試：采用分別調(diào)試各個(gè)單元模塊的方法，分別用示波器、12V直流電源、萬(wàn)用表等等儀器。電路板運(yùn)用protel99se軟件首先畫好電路原理圖，然后找出每個(gè)電路元器件的封裝形式，在進(jìn)行ERC校驗(yàn)看是否有錯(cuò)，確定沒(méi)錯(cuò)再生成PCB圖，由于有兩個(gè)元器件是自己做的封裝首先必須先添加自己的庫(kù)文件然后在生成PCB版。接下來(lái)就是對(duì)PCB進(jìn)行布線的操作，由于電路圖簡(jiǎn)單所以采用手動(dòng)布線布線。實(shí)際電路板的制作運(yùn)用已經(jīng)布線好的PCB到實(shí)驗(yàn)機(jī)房制作電路板，電路板經(jīng)過(guò)了鋸面包板、鉆孔、打印、高溫附印、電解液腐蝕、防腐蝕等幾個(gè)步驟，對(duì)做好的PCB電路板進(jìn)行元器件的安裝，然后就是焊接，焊接要防止虛焊脫焊、也要防止?fàn)C傷等等。七、 在調(diào)試及組裝電路過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法：由于負(fù)載未完全連接上。導(dǎo)致輸出電壓不對(duì)，經(jīng)過(guò)一步一步的檢查，終于檢查出來(lái)未接通的地方，并把他焊接上，最后電路完全導(dǎo)通，用萬(wàn)用表測(cè)試電壓正確。當(dāng)各個(gè)模塊連接到一起時(shí)。由于要把輸入輸出線連接在一起從新焊接，導(dǎo)致焊錫脫落，與另一底線端連接。發(fā)生短路現(xiàn)象，導(dǎo)致無(wú)電壓輸出，無(wú)顯示。后經(jīng)檢查電路發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并改正，電壓表顯示部分顯示正常。由于滑動(dòng)變阻器接觸不良，導(dǎo)致無(wú)論如何都測(cè)不出電壓，最后經(jīng)過(guò)薛世華老師的知道就解決了這個(gè)問(wèn)題。八、 設(shè)計(jì)心得體會(huì)：通過(guò)線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)、安裝、和調(diào)試，要求學(xué)會(huì)：1．選擇變壓器、穩(wěn)壓管、濾波電容及運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源；2．掌握直流穩(wěn)壓電路的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法；3．系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率、散熱、提高效率及長(zhǎng)期工作安全性和可靠性等諸因素的考慮；4．掌握電路的基本調(diào)試能力。

九、元器件清單：線性穩(wěn)壓電源元件清單（1套）元件參數(shù)元件序號(hào)元件封裝元件類型50V/1AD12W10整流橋LM324U1DIP14運(yùn)放220V-15V變壓器1000u/25VC2RB.2/.4電解電容1N4729Dz1DIODE0.4穩(wěn)壓管1N4729Dz2DIODE0.4穩(wěn)壓管2200u/50VC1RB.2/.4電解電容2.9KR1AXIAL0.3電阻91R2AXIAL0.3電阻200R3AXIAL0.3電阻1KRpRP500滑動(dòng)變阻器TIP141Q1TO220V復(fù)合管390R0AXIAL0.3電阻9012T1TO-92晶體管300R4AXIAL0.3電阻CON2J1CON2插座CON2J2CON2插座十、參考文獻(xiàn)：1、康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版），高等教育出版社2、LM324、TIP141、1N4729、TIP9012的pdf資料十一、鳴謝：本課程設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過(guò)程中得到胡新新老師和薛世華老師的悉心指導(dǎo)，為我們指點(diǎn)迷津，并且及時(shí)幫助我們指出并改正設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。老師們一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，教會(huì)了我們對(duì)待一件事情的應(yīng)有的正確的態(tài)度，同時(shí)也讓我們順利的完成了課程設(shè)計(jì)。在此，深深的感謝胡新新老師和薛世華老師對(duì)我們的悉心的指導(dǎo)。

十二、附錄:1、元件清單兀件參數(shù)元件序號(hào) 元件封裝兀件類型組別220V-15V變壓器C11N4729Dz2DIODE0.4穩(wěn)壓管C11N4729Dz1DIODE0.4穩(wěn)壓管C1TIP141Q1復(fù)合管C1390R0AXIAL0.4電阻C12.9KR1AXIAL