直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計 電子技術(shù)課程設(shè)計

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1、課程設(shè)計名稱：電子技術(shù)課程設(shè)計 題 目：直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計 專業(yè)：自動化 班級：自動化09—7班 姓 名：高慶 學(xué) 號：0916030108 課 程 設(shè) 計 成 績 評 定 表 學(xué) 期 第四學(xué)期 姓名 高慶 專 業(yè) 自動化 班級 自動09-7班 課題名稱 電子技術(shù)課程設(shè)計 論文題目 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計 評 定 標 準 評定指標 分值 得分 知識創(chuàng)新性 20 理論正確性 20 內(nèi)容難易性 15 綜合實際性 10 知識掌握程度

2、15 書寫規(guī)范性 10 工作量 10 總成績 100 評語： 任課教師 馬耀明 時間 2011年6月23日 備 注 課程設(shè)計任務(wù)書 一、設(shè)計題目 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計 二、設(shè)計任務(wù) 1. 設(shè)計一個能輸出12V的直流穩(wěn)壓電源； 2. 根據(jù)設(shè)計要求和技術(shù)指標設(shè)計好電路圖，選好元件參數(shù)； 3. 測量支流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)； 4. 測量直流穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻； 5. 擬訂方案和設(shè)計步驟。 三、設(shè)計計劃 電子技術(shù)課程設(shè)計共1周 第1天：選題，查資料 第2天：確定設(shè)計方案 第3～4天：電路原理設(shè)計 第5天：設(shè)計說明書編輯輸出 四、

3、設(shè)計要求 1．系統(tǒng)工作原理 2． 畫出整個系統(tǒng)電路原理圖 3．功能仿真分析,仿真分析結(jié)果圖形曲線 4．心得體會，發(fā)展方向 5．電路中圖形符號必須電腦繪制,并符合國家制圖標準 指 導(dǎo) 教 師： 馬耀明 教研室主任： 時 間：2011 年6月23日 摘要 本設(shè)計設(shè)計了一個簡單的直流穩(wěn)壓電源。設(shè)計主要分為四部分，它們是變壓器電路，整流電路，濾波電路和穩(wěn)壓電路。變壓器部分采用典型的降壓變壓器，完全能夠滿足設(shè)計要求?？梢詾橐恍┴撦d提供足夠大的電壓。整流部分采用典型的單相橋式整流電路，可以很好地克服其它整流電路的缺點。單相橋式整流電路具有脈動小效率高等

4、優(yōu)點，可以用于一些脈動程度要求較高的電路。濾波部分采用常用的電容濾波電路，很好地得到直流信號。穩(wěn)壓電路采用具有放大環(huán)節(jié)的電路，另外還采用了保護措施。很好的得到穩(wěn)定的直流信號，還保護了電路中的元件。 本設(shè)計包含了原理說明，方案設(shè)計，參數(shù)計算等主要環(huán)節(jié)。原理采用參考書中的說明。參數(shù)計算機算了各部分的主要元件的參數(shù)。 由于理論知識尚淺，肯定會有不當(dāng)之處望老師批評指正。 關(guān)鍵詞：直流穩(wěn)壓電源，變壓器，放大電路 目錄 1方案設(shè)計………………………………………………………… 4 1.1 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的原理……………………………………4 1.2 直流穩(wěn)壓電源方案的確定…………………………

5、…………2 電源變壓器…………………………………………………2 整流電路……………………………………………………2 濾波電路……………………………………………………4 穩(wěn)壓電路……………………………………………………4 保護電路的選取……………………………………………6 2 主電路部分設(shè)計…………………………………………………7 2.1 主電路結(jié)構(gòu)圖…………………………………………………8 2.2 主電路參數(shù)計算………………………………………………9 變壓器部分…………………………………………………8 整流二極管及濾波電路部分………………………………6 穩(wěn)

6、壓部分……………………………………………………5 3 元件的確定………………………………………………………5 心得體會……………………………………………………………10 致謝…………………………………………………………………11 參考文獻……………………………………………………………1 1 方案設(shè)計 1.1串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的原理 本設(shè)計由四部分組成，他們分別是：變壓電路，整流電路，濾波電路和穩(wěn)壓電路。 1、電網(wǎng)電壓供電是交流220V（有效值）、50HZ，要獲得低壓直流輸出，首先須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需的交流電壓。 2、降壓后的交流電壓，通過整流電路整流成單向

7、的支流電，但其幅值變化大（即脈動大）。 3、脈動大的直流電壓再通過濾波電路的作用變換成平滑的、脈動小的直流電，即交流成分濾掉，保留直流成分。 4、濾波后的直流電再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可以得到基本上不受外界影響流器的穩(wěn)定的直流電，便可以供給。原理框圖如圖2-1-1所示。 220V ～ 變壓器 整流器 濾波器 穩(wěn)壓器 圖1-1-1 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源原理框圖 1.2 直流穩(wěn)壓電源方案的確定 根據(jù)設(shè)計的要求，電路分為四個模塊，每個模塊的選擇如下： 1.2.1電源變壓器 78系列的芯片要求輸入電壓VI比輸出電壓VO高2~3V，輸出的電壓為12V，所以輸入的電壓要在

8、15V左右，在橋式整流電路以前的電壓是15V的1/1.5倍，在13V左右，考慮到實際元器件與理論值的差別，最終選用15V的變壓器。 1.2.2 整流電路 整流是穩(wěn)壓電源的一個重要組成部分，它的主要作用是進行波形變換即將交流信號變成直流信號。 （1）半波整流 半波整流電路如圖2-2-1所示。為分析方便起見，可設(shè)二極管為理想的。 圖1-2-1 半波整流電路 該電路工作原理：設(shè)變壓器次級電壓U2=U2msinwt=U2sinwt，其中U2m為其幅值，U2為有效值。當(dāng)U2變化的正半周期時，二極管D受正向電壓偏置而導(dǎo)通，UL=U2；當(dāng)U2變化的負半周期時，二極管D處于反向偏置狀態(tài)而截止，

9、UL=0。U2和UL的波形如圖2-2-2所示，顯然，輸入電壓是雙極性，而輸出電壓是單極性，且是半波波形，輸出電壓與輸入電壓的幅值基本相等。 由理論分析可得，輸出單向脈沖電壓的平均值即直流分量為： UL0=U2m/p=≈0.45 U2（1） 顯然，輸出電壓中除了直流成分外，還含有豐富的交流成分基波和諧波（這里可通稱為諧波），這些諧波的總和稱為紋波，它疊加與直流分量之上。常用紋波系數(shù)g來表示直流輸出電壓中相對紋波電壓的大小，即 （2） 式中，ULg為諧波電壓總有效值，其值應(yīng)為 ==

10、 （3）由式（1）、(2）和（3）通過計算可得，g比較大。由結(jié)果可見，半波整流電路的輸出電壓紋波較大。 o L ωt o U 一 U 圖1-2-2 半波整流電路波形 半波整流電路中的二極管安全工作條件為： a）二極管的最大整流電流必須大于實際流過二極管平均電流，即 IF＞ID0=UL0/RL=0.45U2/RL b）二極管的最大反向工作電壓UR必須大于二極管實際所承受的最大反向峰值電壓URM，即 UR＞URM =U2 （2）．全波橋式整流電路 全波橋

11、式整流電路如圖(a)所示，圖中4個二極管接成電橋的形式，故有橋式整流之稱。圖(b)所示為該電路的簡化畫法。 圖1-2-3 全波橋式整流電路 圖1-2-4 全波橋式整流電路 該電路工作原理：參見圖2-2-3，設(shè)變壓器次級電壓U2=U2msinwt=U2sinwt，其中U2m為其幅值，U2為有效值。在電壓U2的正半周期時，二極管D1、D3因受正向偏壓而導(dǎo)通，D2、D4因承受反向電壓而截止；在電壓U2的負半周期時，二極管因受D2、D4正向偏壓而導(dǎo)通，D1、D3因承受反向電壓而截止。U2和UL的波形如下圖所示，顯然，輸入電壓是雙極性，而輸出電壓是單極性，且是全波波

12、形，輸出電壓與輸入電壓的幅值基本相等。 由理論分析可得，輸出全波單向脈沖電壓的平均值即直流分量為： ωt o ωt o UL0=2U2m/p=U2≈0.9U2（4） U U 圖1-2-5 全波整流電路波形圖 其紋波系數(shù)g為： （5） 式中，ULg為諧波（只有偶次諧波）電壓總有效值，其值應(yīng)為： （6） 由式（4）、（5）和（6）通過計算可得g比較小。由結(jié)果可見，全波整流電路的輸出電壓紋波比半波整流電路小得多，但仍然較大，故需用濾波電路來濾除紋波電壓。 全波整流電路中的二極管安全工作條件為： a）二極管的最大整流電流必須大于實際流過二極管平均電。由于4

13、個二極管是兩兩輪流導(dǎo)通的，因此有 IF＞ID0=0.5UL0/RL=0.45U2/RL b）二極管的最大反向工作電壓UR必須大于二極管實際所承受的最大反向峰值電壓URM，即 UR＞URM =U2 為了克服半波整流的缺點，故我們常采用橋氏整流電路。如圖2-2-6所示： B A + - ～ 220V 50HZ D3 D2 D1 D4 圖1-2-6 橋式整流電路 濾波電路 整流部分整流出來的直流含有大量的紋波。 方案一：電容濾波 電容是一個能儲存電荷的元件。有了電荷，兩極板之間就有電壓UC=Q/C。 在電容量不變時，要改變兩端電壓

14、就必須改變兩端電荷，而電荷改變的速度，取決于充放電時間常數(shù)。時間常數(shù)越大，電荷改變得越慢，則電壓變化也越慢，即交流分量越小，也就“濾除”了交流分量。 采用電容濾波電路不僅可以使輸出電壓變得平滑、紋波顯著減小，同時輸出電壓的平均值也增大了，輸出電壓平均值U0的大小不僅與濾波電容C及負載電阻RL的大小有關(guān)，C的容量一定，RL越大，C的放電時間t就越大，因此放電速度約慢，輸出電壓越平滑，U0就越大。為了取得良好的濾波效果，一般取RlC>（3~5）T/2。 方案二：電感濾波 電感濾波是利用電感的儲能來減小輸出電壓紋波的。當(dāng)電感中電流增大時，自電感電動勢的方向與原電流方向相反，自感電動勢阻礙電位增

15、加的同時，也將能量儲存起來，使電流的變化減?。环粗?，當(dāng)電感中電流減少時，自感電動勢的作用阻礙電流的減少，同時釋放能量，使電流變化減小，因此，電流的變化小，電壓的紋波得到抑制。 電感濾波電路中的電感L起著阻止負載電流變化使之趨于平直的作用，一般它只使用于低電壓，大電流的場合，而且考慮到電感體積比較大，危險性高的特點。 以上分析知，采用電容濾波（方案一）比較好！ 穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路采用串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。串聯(lián)性穩(wěn)壓電路以穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路為基礎(chǔ)，利用晶體管的電流放大作用，增大負載電流；在電路中引入深度電壓負反饋使輸出電壓穩(wěn)定；并且，通過改變反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)使輸出電壓可調(diào)。調(diào)整管與負載相串聯(lián)，故

16、稱這類殿祿為串聯(lián)型穩(wěn)壓電源；由于調(diào)整管工作在線性區(qū)，故稱這類電路為線性穩(wěn)壓電源。下圖所示為穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，負載電流最大變化范圍等于穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流和最小穩(wěn)定電流之差，擴大負載電流的最簡單方法是：利用晶體管的電流放大作用，將穩(wěn)壓管穩(wěn)定電路的輸出電流放大后，再作為負載電流。電路采用射極輸出形式，因而引入了電壓負反饋，可以穩(wěn)定輸出電壓，如圖1-2-7所示： + - T R 1-2-7基本調(diào)整管電路 基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路的輸出電壓仍然不可調(diào)，且輸出電壓將因的變化而變，穩(wěn)定性較差。為了使輸出電壓可調(diào)，也為了加深電壓負反饋，可在基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路的基礎(chǔ)上引入放大環(huán)節(jié)。

17、若通向比例運算電路的輸入電壓為穩(wěn)定電壓，且比例系數(shù)可調(diào)，則比例系數(shù)可調(diào)，則其輸入電壓就可調(diào)節(jié)；同時，為了擴大輸出電流，集成運放輸出端加晶體管，并保持射極輸出形式，就構(gòu)成具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。輸出電壓為： =（1+） （7） 由于集成運放開環(huán)差模增益可達80dB以上，電路引入深度負反饋，輸出電壓趨近于零，因而輸出電壓相當(dāng)穩(wěn)定。電路如2-2-8圖所示： + - R - + + - 圖1-2-8具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓原

18、理為：當(dāng)由于某種原因（如電網(wǎng)電壓波動或負載電阻的變化等）使輸出電壓升高（降低）時，取樣電路將這一變化趨勢送到的反相輸入端，并與同相輸入端電位進行比較放大；的輸入電壓，即調(diào)整管的基極電位降低（升高）；因為電路采用射極輸出形式，所以輸出電壓必然降低（升高），從而使得到穩(wěn)定?？梢?，電路是靠引入深度負反饋來穩(wěn)定輸出電壓的。 1.2.5 保護電路的選取 在集成穩(wěn)壓器電路內(nèi)部含有各種保護電路，使集成穩(wěn)壓器在出現(xiàn)不正常情況下不至于損壞。因為串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的調(diào)整管是其核心器件，調(diào)整管與負載串聯(lián)，它流過的電流金斯等與負載電流，且電網(wǎng)電壓波動或輸出電壓調(diào)節(jié)時管壓降將產(chǎn)生相應(yīng)的變化，調(diào)整管會因此電流過大或電壓過

19、高是管耗過大而被損壞。 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路至少包括調(diào)整管、基準電壓電路、取樣電路和比較防大電爐四個部分組成。為保護電路安全，還常在電路中加保護電路，方框圖如下圖所示： 過流保護電路能夠在穩(wěn)壓器輸出電流超過額定值時，限制調(diào)整管發(fā)射極電流在某一數(shù)值或使之迅速減小，從而保護調(diào)整管不會因電流過大而燒壞。凡在過流時使調(diào)整管發(fā)射極電流限制在某一數(shù)值的電路 ，稱為限流型過流保護電路；凡在過流時使調(diào)整管發(fā)射極電流迅速減小到較小數(shù)值的電路，稱為截流型（或減流型）過流保護電路。限流型保護電路組成簡單，但在保護電路起作用后調(diào)整管仍有較大的工作電流，因而也就有較大的功耗；而限流型保護電路就沒有以上的缺點，但是該電路形

20、式較復(fù)雜，并且參數(shù)計算較繁瑣。因為該電路為小功率電源，所以選用限流型保護電路。 調(diào)整管 比較電路 保護電路 取樣 基準電路 圖1-2-9 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的方框圖 如下圖所示為限流型過流保護電路，為調(diào)整管，和構(gòu)成保護電路。為電流取樣電阻，其電流近似等于穩(wěn)壓電源的輸出電流，故其電壓正比于。正常工作時，的b-e間電壓=<，為間的開啟電壓，因而處于截止狀態(tài)。當(dāng)過流，即輸出電流增大到議定數(shù)值時，上的電壓足以使導(dǎo)通，便從管的基極電流分流，因而限制了調(diào)整管的發(fā)射極電流。的取值不同，調(diào)整管發(fā)射極電流的限制值將不同，其表達式為： （8） 2 主電路部分設(shè)計 2.1 主電路結(jié)構(gòu)圖

21、 圖2-１-１　總體電路圖 2.2 主電路參數(shù)計算 2.2.1變壓器部分 但我們必須用7815的因為它經(jīng)過穩(wěn)壓電路后輸出直流12V,在輸入穩(wěn)壓電路之前到輸出穩(wěn)壓電路之后,它們之間相差2---3V. 所以我們必須選擇輸出的變壓器為15V. 2.2.2 整流二極管及濾波電容部分 由于：URM>1.414UI=14.14. IOMAX=7.5mA，IN4001的反向擊穿電壓，額定工作電流，故整流二極管選用IN4001或者用IN4007或者用整流橋代替亦可。 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。 2.２.３　穩(wěn)

22、壓部分 有上面分析可以知道，采用固定式的穩(wěn)壓電路，L7812CV，他們的輸出電壓為12V，輸出電流為0.5A，溫度系數(shù)為300，確定其電路形式 為了確定電路的接法是否正確，電路是否正常工作，輸出端接一個電阻和發(fā)光二極管。R12-0.7/0.5=22、6 取470歐姆即可。(我沒做這一步)可以省略. 為防止電路電容發(fā)生短路，在變壓器輸出端安一個保險管，防止器件燒壞。（但我沒有做這一步）。這也是我設(shè)計電路不完善的地方. .3 元件的確定 由上面參數(shù)計算可知，選取下列元件： 變壓器：輸出15 V一個 電容：2200μF、0.01μF、0.01μF、470μF各一個。 整流橋：一個

23、 固定電阻：1000Ω一個 滑動變阻：1kΩ一個 二極管：一個 其它電容電阻若干. 心得體會 此次設(shè)計的是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷闹绷鞣€(wěn)壓電源。直流電源看起來比較簡單，但是其實際上是比較復(fù)雜的，直流電源是通過交流電源通過電源變壓器，整流電路，濾波電路和溫服電路得到的。在設(shè)計過程中，經(jīng)過了一系列的方法的比較，我們最終選擇了用橋式整流電路來獲得直流穩(wěn)壓電源。再講過一系列的計算分析，元件的選擇還有性能的分析最終得到符合要求的直流穩(wěn)壓電源。在這次設(shè)計工程當(dāng)中用到了很多經(jīng)驗值。理論計算必須與經(jīng)驗值相結(jié)合起來，最后才能得到正確的結(jié)果。 致謝 在馬耀明導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下，經(jīng)過一個禮拜的努力，我們

24、的設(shè)計終于圓滿完成了。自始至終老師都能給與我們幫助，令大家十分感激。感謝導(dǎo)師在繁忙的工作中抽出時間來指導(dǎo)我們，您們辛苦了！ 我要感謝所有老師對我的幫助與教導(dǎo)。沒有他們細心的指導(dǎo)我的學(xué)習(xí)與研究，我就不會這樣順利的完成本次課程設(shè)計，在此，我要向我的導(dǎo)師表示深深的感謝，向他們表示我誠摯的謝意和崇高的敬意。感謝我的導(dǎo)師們！ 我還要感謝我小組的同學(xué)，沒有大家的共同努力就不可能完成這次設(shè)計?？傊兄x所有幫助我、支持我的人！ 參考文獻 [1].王振宇，李香萍，沈燕。實驗電子技術(shù). 北京：電子工業(yè)出版社，2004。 [2].胡宴如，耿蘇燕。模擬電子技術(shù)（第二版）.北京：高等教育出版社，2005. [3].熊幸明，王新輝，曹才開. 電工電子技能訓(xùn)練.北京：電子工業(yè)出版社，2004. [4].彭介華．電子技術(shù)課程設(shè)計．北京：. 高等教育出版社．2005. [5].華成英，童詩白，模擬電子技術(shù)（第五版），北京：高等教育出版社，2005。