可調(diào)直流穩(wěn)壓電源模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)

1、直 流 穩(wěn) 壓 電 源 設(shè) 計(jì)目 錄第一章、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求11.1輸出電壓可調(diào)11.2最大輸出電流11.3輸出電壓變化量11.4穩(wěn)壓系數(shù)1第二章、方案設(shè)計(jì)與論證22.1方案一：?jiǎn)蜗喟氩ㄕ麟娐罚?2.2方案二：?jiǎn)蜗嗳ㄕ麟娐罚?2.3方案三：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐罚?第三章、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算33.1選擇集成三端穩(wěn)壓器33.2選擇電源變壓器43.3選用整流二極管和濾波電容53.4濾波電容5第四章、總原理圖及元器件清單74.1總原理圖、PCB圖74.2元件清單7第五章、安裝與調(diào)試(使用multisim 調(diào)試)9第六章、性能測(cè)試與分析116.1輸出電壓與最大輸出電流的測(cè)試116.2紋波電壓的測(cè)試1

2、26.3穩(wěn)壓系數(shù)的測(cè)量13第七章、結(jié)論與心得15參考文獻(xiàn)16致 謝16第一章、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1輸出電壓可調(diào)：Uo=+3V+9V1.2最大輸出電流：Iomax=800mA1.3輸出電壓變化量：Vop_p5mV1.4穩(wěn)壓系數(shù)：SV第二章、方案設(shè)計(jì)與論證穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)部分組成，Error! Reference source not found.所示。 + 電 源 + 整 流 + 濾 波 + 穩(wěn) 壓 + u1 u2 u3 uI U0 _ 變壓器 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _圖1. 1穩(wěn)壓電源的組成框圖 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t

3、0 t 0 t 0 t （b）整流與穩(wěn)壓過(guò)程圖1. 2穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過(guò)程2.1方案一：?jiǎn)蜗喟氩ㄕ麟娐罚簡(jiǎn)蜗喟氩ㄕ骱?jiǎn)單，使用器件少，它只對(duì)交流電的一半波形整流，只要橫軸上面的半波或者只要下面的半波。但由于只利用了交流電的一半波形，所以整流效率不高，而且整流電壓的脈動(dòng)較大，無(wú)濾波電路時(shí)，整流電壓的直流分量較小，Vo=0.45Vi，變壓器的利用率低。2.2方案二：?jiǎn)蜗嗳ㄕ麟娐罚菏褂玫恼髌骷^半波整流時(shí)多一倍，整流電壓脈動(dòng)較小，比半波整流小一半。無(wú)濾波電路時(shí)的輸出電壓Vo=0.9Vi，變壓器的利用率比半波整流時(shí)高。變壓器二次繞組需中心抽頭。整流器件所承受的反向電壓較高。2.3

4、方案三：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐罚菏褂玫恼髌骷^全波整流時(shí)多一倍，整流電壓脈動(dòng)與全波整流相同，每個(gè)器件所承受的反向電壓為電源電壓峰值，變壓器利用率較全波整流電路高。綜合3種方案的優(yōu)缺點(diǎn):決定選用方案三。第三章、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算整流電路采用橋式整流電路，電路如Error! Reference source not found.所示。在u2的正半周內(nèi)，二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2的負(fù)半周內(nèi)，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2截止。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過(guò)的負(fù)載電阻RL，且方向是一致的。電路的輸出波形如Error! Reference source not found.所示。圖3. 1整流電路

5、圖3. 1輸出波形圖在橋式整流電路中，每個(gè)二極管都只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過(guò)每個(gè)二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即 。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為(U2是變壓器副邊電壓有效值)。在設(shè)計(jì)中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過(guò)電感器的電流不能突變的特點(diǎn)，將電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo1=(1.11.2)U2，直流輸出電流： （I2是變壓器副邊電流的有效值。），穩(wěn)壓電路可選集成三端穩(wěn)壓器電路?？傮w原理電路見Error! Reference source not found.。 圖3. 2穩(wěn)

6、壓電路原理圖3.1選擇集成三端穩(wěn)壓器因?yàn)橐筝敵鲭妷嚎烧{(diào)，所以選擇三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器。可調(diào)式集成穩(wěn)壓器，常見主要有CW317、CW337、LM317、LM337。317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，337系列穩(wěn)壓器輸出連可調(diào)的負(fù)電壓，可調(diào)范圍為1.2V37V，最大輸出電流為1.5A。穩(wěn)壓內(nèi)部含有過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)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(diǎn)。其電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構(gòu)成的可調(diào)電壓穩(wěn)壓電源。LM317系列和lM337系列的引腳功能相同，管腳圖和典型電路如Error! Reference source not found.和圖3.5。圖3. 3 腳圖

7、圖3. 4典型電路輸出電壓表達(dá)式為:式中，1.25是集成穩(wěn)壓塊輸出端與調(diào)整端之間的固有參考電壓，此電壓加于給定電阻兩端，將產(chǎn)生一個(gè)恒定電流通過(guò)輸出電壓調(diào)節(jié)電位器，電阻常取值，在這里，因?yàn)橹毁I到10K的電位器，再串聯(lián)一個(gè)R2，根據(jù)LM317輸出電壓表達(dá)式，取：R1=2.2k,R2=2k。我們一般使用精密電位器，與其并聯(lián)的電容器C可進(jìn)一步減小輸出電壓的紋波。圖中加入了二極管D，用于防止輸出端短路時(shí)10F大電容放電倒灌入三端穩(wěn)壓器而被損壞。LM317其特性參數(shù)：輸出電壓可調(diào)范圍：1.2V37V輸出負(fù)載電流：1.5A輸入與輸出工作壓差U=Ui-Uo：340V能滿足設(shè)計(jì)要求,故選用LM317組成穩(wěn)壓電路

8、。3.2選擇電源變壓器 電源變壓器的作用是將來(lái)自電網(wǎng)的220V交流電壓u1變換為整流電路所需要的交流電壓u2。電源變壓器的效率為：其中：是變壓器副邊的功率，是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率如Error! Reference source not found.所示：表3. 1 小型變壓器的效率 副邊功率 效率0.60.70.80.85 因此，當(dāng)算出了副邊功率后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率。由于LM317的輸入電壓與輸出電壓差的最小值，輸入電壓與輸出電壓差的最大值，故LM317的輸入電壓范圍為： 即 ， 取 變壓器副邊電流： ，取，因此，變壓器副邊輸出功率： 由于變壓器的效率，所以變壓器原

9、邊輸入功率，為留有余地，選用功率為的變壓器。3.3選用整流二極管和濾波電容由于：，。IN4001的反向擊穿電壓，額定工作電流，故整流二極管選用IN4001。3.4濾波電容根據(jù) ，和公式可求得： 所以，濾波電容： 電容的耐壓要大于，故濾波電容C取容量為，耐壓為的電解電容。第四章、總原理圖及元器件清單4.1總原理圖、PCB圖圖4. 1 總原理圖圖4. 2 PCB圖4.2元件清單表4. 1 元件清單元件序列型號(hào)元件參數(shù)值數(shù)量備注Ji變壓器12V1實(shí)際輸入電壓大于12VD1 D2 D3 D4 D5 D6二極管1N4001，1A6也可用1N4007D7發(fā)光二極管1FUSH熔斷絲1A1C1 C2電解電容4

10、700uF/25V2C5電解電容01uF1C9電解電容1uF/25V1C7電解電容10uF/25V1SW開關(guān)1R3電阻22k1R4電阻1K1R1電阻2k1R2電位器10K1U三穩(wěn)壓器LM317可調(diào)范圍1.2V37V1第五章、安裝與調(diào)試(使用multisim 調(diào)試) 按PCB圖所示，制作好電路板。安裝時(shí)，先安裝比較小的元件，所以先安裝整流電路，再安裝穩(wěn)壓電路，最后再裝上濾波電路（電容）。安裝時(shí)要注意，二極管和電解電容的極性不要接反。經(jīng)檢查無(wú)誤后，才將電源變壓器與整流濾波電路連接，通電后，用萬(wàn)用表檢查整流后輸出LM317輸入端電壓UI的極性，若UI的極性為負(fù)，則說(shuō)明整流電路沒有接對(duì)，此時(shí)若接入穩(wěn)壓

11、電路， 就會(huì)損壞集成穩(wěn)壓器。然后接通電源，調(diào)節(jié)RW的值，若輸出電壓滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，說(shuō)明穩(wěn)壓電源中各級(jí)電路都能正常工作，此時(shí)就可以進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試。因在multisim沒有LM317元件，故用同一系列的LM117代替。圖5. 1 電位器R2取最大值時(shí)，Uo=9.088V 圖5. 2電位器R2取最小值時(shí),Uo=2.983V電位器在0到10K之間，輸出電壓連續(xù)可調(diào)：約為3V9V。第六章、性能測(cè)試與分析6.1輸出電壓與最大輸出電流的測(cè)試 圖6. 1穩(wěn)壓電源性能指標(biāo)的測(cè)試電路測(cè)試時(shí)，先使，交流輸入電壓為220V，用數(shù)字電壓表測(cè)量的電壓值就是Uo。然后慢慢調(diào)小，直到Uo的值下降5%，此時(shí)流經(jīng)的電流就是，記

12、下后，要馬上調(diào)大的值，以減小穩(wěn)壓器的功耗。圖6. 2 R5（RL）=20歐姆，Uo=8.78V, Io=438.979mA 圖6. 3Uo下降5%（8.332V）時(shí)，Io=846.644mA,即Iomax=Io.6.2紋波電壓的測(cè)試 用示波器觀察Uo的峰峰值，（此時(shí)Y通道輸入信號(hào)采用交流耦合AC），測(cè)量Uop-p的值（約幾mV）。 由示波器得出：Uop-p=106。845uV6.3穩(wěn)壓系數(shù)的測(cè)量 按圖5所示連接電路， 在時(shí)，測(cè)出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo。然后調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓，測(cè)出穩(wěn)壓電源對(duì)應(yīng)的輸出電壓Uo1 ；再調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓，測(cè)出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo2。則穩(wěn)壓系數(shù)為： 因?yàn)?/p>

13、，在本調(diào)試中，無(wú)法得到自耦變壓器，所以只能把電壓歸算到降壓器的輸出電壓(Ui):U1=198V, Ui=10.8VU1=220V, Ui=12.0VU1=242V, Ui=13.2V 圖6. 4Ui=12時(shí)，Uo=8.726V 圖6. 5 Ui=10.8V時(shí)，Uo=8.72V 圖6. 6Ui=13.2V時(shí)，Uo=8.740V所以，穩(wěn)壓系數(shù)：=0.0022表6. 1設(shè)計(jì)要求測(cè)試結(jié)果誤差分析Uo=+3V+9V2.983V 9.088V 0.01%Iomax=800mA846.644mA0.05%Vop_p5mV106。845uV106845uV 5mVSV0.00222%在允許的誤差范圍內(nèi)，本設(shè)計(jì)

14、已達(dá)到要求。第七章、結(jié)論與心得1、通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力。2、在設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的情況，就是心里想著這樣的接法可以行得通，但實(shí)際接上電路，總是實(shí)現(xiàn)不了，因此耗費(fèi)在這上面的時(shí)間用去很多。3、我認(rèn)為做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。4、平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問(wèn)題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問(wèn)題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時(shí)看課本，這次

15、看了，下次就忘了，通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐讓我們對(duì)各個(gè)元件印象深刻。認(rèn)識(shí)來(lái)源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的作用是非常大的。4、在學(xué)習(xí)PCB和制作PCB圖時(shí)時(shí)，發(fā)現(xiàn)細(xì)心、耐心、恒心一定要有才能做好事情，首先是線的布局上既要美觀又要實(shí)用和走線簡(jiǎn)單，兼顧到方方面面去考慮是很需要的，否則只是一紙空話。5、在畫好原理圖后的做PCB板時(shí)，由于我對(duì)板不熟悉，導(dǎo)致布線后元件出現(xiàn)在另一邊，增加了布線難度，也產(chǎn)生很多不曾注意的問(wèn)題，今后要牢記這個(gè)教訓(xùn)，使以后布線更加順利。6、通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。7、由于我的水平有限、本學(xué)期學(xué)習(xí)任務(wù)