模電課程設計報告書

PAGE8課程設計報告書題目：連續(xù)輸出的直流穩(wěn)壓電源課程：模擬電路課程設計院系：電氣與電子工程學院專業(yè)：通信工程專業(yè)班級：電1105-3班學號：20112534姓名：張浩設計期限：2013年6月29日—2013年7月4日指導教師：馬月輝目錄一·摘要――――――――――――――――――――――――――――――2二·設計目的—————―――――――――――――――――――――――2三·設計任務及基本要求―――――――――――――――――――――――2四·關鍵字―――――――――――――――――――――――――――――2五·正文――――――――――――――――――――――――――――――35.1所用器材――——————————―――――――――――――——35.2設計原理——————――――――――――――――———————35.3設計原理圖―――――――――――――――――――———————45.4設計步驟———————————————————————————45.5電路圖————————————————————————————65.6電路仿真圖——————————————————————————6六·心得體會――――――――――――――――――――――――――――8七·參考文獻――――――――――――――――――――――――――――9一、摘要：當今社會，人們極大的享受著電子設備為人們帶來的便利，但是每一個電子設備都有一個共同的核心部分——電源電路。大到超級計算機，小到袖珍計算器，所有的電子設備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。當然，這些電源的樣式、復雜程度也是千差萬別。本實驗所設計的是一款可調節(jié)的連續(xù)輸出的直流穩(wěn)壓電源。該類電源優(yōu)點是穩(wěn)定性高，紋波小，可靠性高，易做成多路，輸出連續(xù)可調的成品。連續(xù)輸出的直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流、濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，從電網(wǎng)輸出的交流電通過整流電路流入該電源，經(jīng)過整流后成為單一方向直流電，再經(jīng)過濾波電路進行濾波，最后再進行穩(wěn)壓，輸出穩(wěn)定的符合要求的電壓。該可調節(jié)的連續(xù)輸出的直流穩(wěn)壓電源能夠根據(jù)負載的要求輸出相應的電壓值，而且通常這個電壓值是穩(wěn)定的直流電能。因為在生產(chǎn)生活中，我們的生活越來越趨向于自動化，也就越來越簡便，所以就產(chǎn)生了對可調連續(xù)輸出的直流電源的需求，這種電源在各種電子產(chǎn)品中也起著核心作用，因此，直流穩(wěn)壓電源在電源中占有十分重要的地位。二、設計目的學習基本理論在實踐中綜合運用的初步經(jīng)驗，掌握模擬電路的基本設計方法、設計步驟，培養(yǎng)綜合設計與調試能力。學會直流穩(wěn)壓電源的設計方法和性能指標測試方法。培養(yǎng)實踐能力，提高分析和解決實際問題的能力。使學生在理論計算、結構設計、工程繪圖、查閱設計資料、標準與規(guī)范的運用和計算機應用方面的能力得到訓練和提高。三、設計任務及基本要求可調節(jié)的連續(xù)輸出的直流穩(wěn)壓電源輸出電壓：6~7v最大輸出電流：I=500（mA）四、關鍵字穩(wěn)壓管發(fā)光二極管二極管電阻滑動變阻器電容五、正文5.1所用器材器材規(guī)格數(shù)量穩(wěn)壓管LM3171個二極管IN40076個發(fā)光二極管LED1個電阻120Ω1個電阻2KΩ1個電阻2.2KΩ1個可變電阻20KΩ1個可變電阻2.2KΩ1個電容3300uF1個電容220uF1個電容）0.01uF1個電容0.1uF1個5.2設計原理采用輸出電壓可調且內部有過載保護功能的三端集成穩(wěn)壓器（LM317），輸出電壓調整范圍較寬，帶負載能力強，該電路采用器件較少成本低且組裝方便、可靠性高。穩(wěn)壓部分采用三端穩(wěn)壓器等分立元器件，元器件先進，技術成熟，完全能夠達到題目要求，該電路采用器件較少成本低且組裝方便、可靠性高。本實驗包括三部分，整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路。整流電路：整流電路的主要作用是把經(jīng)過變壓器降壓后的交流電通過整流變成單個方向的直流電，但是這一種直流電的幅值變化很大。它主要是通過二極管的截止和導通來實現(xiàn)的。常見的整流電路主要有全波整流電路、橋式整流電路、被壓整流電路，而我們選取的是單相橋式整流電路來實現(xiàn)設計中的整流功能。濾波電路：基本上是采用電容濾波電路。由于電容在電路中也有儲能作用，并聯(lián)的電容器在電源供給的電壓升高時，把部分能量儲存起來，而當電源電壓降低時，就把能量釋放出來，使負載電壓比較平滑。由于本電路后級是穩(wěn)壓電路，因此可以是有電容濾波電路進行簡單濾波。穩(wěn)壓電路：因為要求輸出電壓可調，所以選擇三端可調式集成穩(wěn)壓器壓內含有過濾、過熱保護電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良，不易損壞，使用方便等優(yōu)點。其電壓調整率和電流調整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構成的電壓穩(wěn)壓電源。5.3設計原理圖圖1原理圖5.4設計步驟電路圖設計確定目標：設計整體是有那幾部分構成，各個模塊之間的信號傳輸及處理過程，畫出直流穩(wěn)壓電源方框圖。系統(tǒng)分析：根據(jù)各模塊功能，選擇各個模塊所用的電路形式。參數(shù)選擇：根據(jù)系統(tǒng)指標的要求，確定各個模塊中元件的參數(shù)?？傠娐穲D：連接各個模塊的電路圖。2.分電路設計圖2整流電路圖3輸出波形圖圖2整流電路圖3輸出波形圖單相橋式整流電路如圖所示，四只整流二極管D1～D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。單相橋式整流電路的工作原理為簡單起見，二極管用理想模型來處理，即正向導通電阻為零，反向電阻為無窮大。在輸入正弦交流電壓的正半周，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D4流回變壓器，所以D1、D4正向導通，D2、D3反偏截止。在負載上產(chǎn)生一個極性為上正下負的輸出電壓。在輸入正弦交流電壓的負半周，其極性相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，只能經(jīng)過二極管D3流向RL，再由二極管D2流回變壓器，所以D1、D4反偏截止，D2、D3正向導通。電流流過RL時產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負，與正半周時相同。綜上所述，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向導電性，將四個二極管分為兩組，根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負載電阻的上端相連，負極性端與負載電阻的下端相連，使負載上始終可以得到一個單方向的脈動電壓。通過負載橋式整流電路的優(yōu)點是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向RL的電流iL以及電壓vL的波形都是單方向的全波脈動波形。電壓較低，同時因電源變壓器在正、負半周內都有電流供給負載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導體整流電路中得到了頗為廣泛的應用。電路的缺點是二極管用得較多，但目前市場上已有整流橋堆出售，如QL51A～G、QL62A～L等，其中QL62A～L的額定電流為2A，最大反向電壓為25～1000V。在這里由于：URM=/ˉ2U2＝/ˉ2×12＝16.968V,Iomax=0.2AIN4007的反向擊穿電壓URM≥50V，額定工作電流ID=1A，故整流二極管選用IN4007，用四個1N4001二極管組成橋式整流電路，將小電壓交流電進行全波整流變?yōu)橹绷鳌?2)濾波電路經(jīng)過整流后得到的脈沖直流紋波還是很大的，所以要經(jīng)過濾波電路的濾波，濾波電路通常有電容濾波，電感濾波，II型濾波等。電容濾波適應小電流負載VL＝1.2V2電感濾波適應大電流負載VL＝0.9V2LC濾波適應性較強VL＝0.9V2RC或LC∏型濾波適應小電流負載VL＝1.2V2由于電感的體積和制作成本等原因，我們多采用電容濾波，其作用是把脈動直流電壓中的大部分紋波加以慮除，一得到較平緩的直流電壓，在這里我選用3300μF的電容來濾波。（3）穩(wěn)壓電路由于穩(wěn)壓電路發(fā)生波動、負載和溫度發(fā)生變化，濾波電路輸出的直流電壓會隨著變化。因此，為了維持輸出電壓穩(wěn)定不變，還需加一級穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當外界因素（電網(wǎng)電壓、負載、環(huán)境溫度）等發(fā)生變化時，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)壓器設計的電源具有性能穩(wěn)定、結構簡單等優(yōu)點。集成穩(wěn)壓器的種類很多，在小功率穩(wěn)壓電源中，普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。按照輸出電壓類型可分為固定式和可調式，此外又可以分為正電壓輸出和負電壓輸出兩種類型。按照設計要求本設計要用到可調式三端穩(wěn)壓器。其常見產(chǎn)品有CW317、CW337、LM317、LM337。其中317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調的正電壓，337系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調的負電壓，可調范圍為1.2～37V，最大輸出電流為1.5A。在這里我們選擇LM317作為三端穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓器輸入端的電容用來進一步消除紋波,此外，輸出端的電容起到了頻率補償?shù)淖饔?，能防止自激振蕩，從而使電路穩(wěn)定工作。3.電路安裝調試自行設計電路板并焊接。在每個模塊的輸入端加一個輸入信號，測試其輸出信號，以驗證每個模塊是否能夠達到規(guī)定的指標。重點測試穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓系數(shù)。將各個模塊連接起來，整體調試，并測量各項指標進行對比。5.5電路圖說明：穩(wěn)壓器輸入端的電容用來進一步消除紋波,此外，輸出端的電容起到了頻率補償?shù)淖饔茫芊乐棺约ふ袷?，從而使電路穩(wěn)定工作。5.6電路仿真圖分別調節(jié)可變電阻，下圖為其分別在最左端、中點和最右端是的仿真結果：（1）當負載電阻R3和RL總值為24Ω時，輸出直流電壓為Uo=+12.0V，最大輸出電流接近500mA，紋波電壓即V(峰-峰)=△VOP-P≤5mV。（2）當RL增大時，負載上通過的電流減小，紋波電壓增大，最大時V(峰-峰)≤5mV,符合設計要求。（3）當負載電阻足夠大時，電路參數(shù)依然符合要求。（4）經(jīng)過測量計算最后得出：穩(wěn)壓系數(shù)：Sr≤1%，電源能夠輸出1~24V的可調電壓。六、心得體會之前本以為直流穩(wěn)壓電源設計會很簡單，而實際做起來發(fā)現(xiàn)并非想象中的那么簡單。但最終還是有所成功的?，F(xiàn)在覺得，作設計就應該有種踏實的態(tài)度，簡單也好，難做也罷，只要我們靜下心來投入到其中，也就成功了一半。而自己掌握的比較差，但我仔細看了看課本，所以在設計此次電源時，我腦海中就有了最初的單元電路，翻模電課本在結合自己的設計之后我完成了自己的設計，通過本次設計，懂得了制作過程中電路處理的方法，并了解了直流穩(wěn)壓電源的系統(tǒng)方案論證與選擇和各模塊方案設計與論證，讓我們更進一步的了解到直流穩(wěn)壓電源的工作原理以及它的要求和性能指標，也讓我們認識到在此次設計電路中所在的問題；而通過不斷的努力去解決這些問題。通過自己預先設計的電路，然后再參考一些書籍上的電路并經(jīng)過修改和創(chuàng)造，設計成了最終符合要求的電路原理圖，并進一步了解和學習了整個電路的各個部分的具體工作原理，達到了理想的要求。最后我用MultiSIM軟件對電路圖進行了部分仿真。經(jīng)過對前面部分電路的仿真我掌握了仿真的具體方法?？偟膩碚f我對仿真的結果還是比較滿意。這次的設計實驗我不僅進一步學習了穩(wěn)壓電路的原理和設計，以及對電路的更深一步的了解，特別是掌握了仿真的方法，學會了仿真軟件的應用，獲益匪淺。經(jīng)過這次的課程設計我收獲了很多，也學習到了很多有關專業(yè)方面的知識！在這次的實驗設計過程中，我初步掌握了直流穩(wěn)壓電源的調試方法，學會了直流穩(wěn)壓電源電路的安裝及使用，同時也熟悉了電子技術設計的一些基本方法和技巧，了解了穩(wěn)壓直流電源的組成部分和各部分的具體的作用，并且通過專研和實際的調試，測試，掌握了各級輸出級的電壓值以及各電壓的輸出波形的具體測量方法和誤差分析。學會了電路各部分元件參數(shù)的計算和確定，以及通過對實驗參數(shù)指標的要求和各部分電路各個元件之間的關系來準確的確定具體的電路和元件的實際參數(shù)。通過對電路的理論分析從而在一定程度上大致分析所得的試驗結果進行分析和確定正確與否，也通過實際的操作和對各元件的實際參數(shù)與理論值之間的差別了解了各影響因素對電路和試驗結果的影響。以及采取怎樣的措施來有效的減小以致消除外界不穩(wěn)定因素對試驗參數(shù)的影響，從而使測量的結果盡量準確，盡量與理論值之間的差別縮小到最小。雖然在這次的實驗設計和參數(shù)的確定以及試驗結果的測試的過程當中也遇到了一些困難和迷惑，但是通過查閱相關的資料和書籍，并且跟同學互相探討和研究，基本上解決了所遇到的問題。但是由于對專業(yè)知識具備的不足，所以在設計好的電路中難免會存在一定的差錯，而且由于對很多電子器件的實際性能和型號的不了解會在選擇器件的時候選不到最好的器件使電路工作在最佳狀態(tài)，所以試驗結果可能與理論值相差較大，但是經(jīng)過我的調試盡量使實驗結果與理論值間的差別減小到最小，從而達到了試驗的基本要求。在本次的課程設計中，遇到了一些困難，使自