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直流穩(wěn)壓電源實驗報告 模擬電子技術(shù)

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直流穩(wěn)壓電源實驗報告 模擬電子技術(shù)

國家電工電子實驗教學(xué)中心模擬電子技術(shù)實 驗 報 告實驗題目: 集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計 學(xué) 院:電子信息工程學(xué)院專 業(yè):通信工程學(xué)生姓名:王斯宇學(xué) 號:11211116任課教師:佟毅老師 2013 年 6 月 2 日目 錄1、實驗題目及要求11.1實驗題目11.2設(shè)計要求12 實驗?zāi)康呐c知識背景12.1 實驗?zāi)康?2.2 知識點13 實驗過程63.1 選取的實驗電路及輸入輸出波形63.2 每個電路的討論和方案比較83.3 分析研究實驗數(shù)據(jù)114 總結(jié)與體會124.1 通過本次實驗?zāi)芰Φ玫教岣?,解決問題印象深刻,創(chuàng)新點124.2 對本課程的意見與建議135 參考文獻131、實驗題目及要求1.1實驗題目:集成穩(wěn)壓電源的設(shè)計1.2設(shè)計要求(1)設(shè)計一個雙路直流穩(wěn)壓電源。(2)輸出電壓Vo=12V,+5V最大輸出電流Iomax=1A(3)輸出紋波電壓Vop-p5mV, 穩(wěn)壓系數(shù)Sv510-3。2 實驗?zāi)康呐c知識背景2.1 實驗?zāi)康模?)掌握集成穩(wěn)壓電源的實驗方法。(2)掌握用變壓器、整流二極管、濾波電容和集成穩(wěn)壓器來設(shè)計直流穩(wěn)壓電源。(3)掌握直流穩(wěn)壓電源的主要性能參數(shù)及測試方法。(4)進一步培養(yǎng)工藝素質(zhì)和提高基本技能。2.2 知識點 (1)實驗設(shè)計思想 本實驗基本設(shè)計思想是根據(jù)設(shè)計要求,從后向前依次設(shè)計電路。小功率穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分電路組成。變壓器將220V電壓轉(zhuǎn)換為所需低電壓,整流橋可將正負交流電轉(zhuǎn)換為只有正向,而濾波電路通過利用電容充放電的功能使電壓趨向于平滑。最后再由三端穩(wěn)壓器,使輸出電壓穩(wěn)定為所需值。設(shè)計過程根據(jù)要求選擇三端穩(wěn)壓器。確定電源變壓器副邊電壓V2的值根據(jù)穩(wěn)壓器的輸入電壓和橋式整流濾波電路的電壓關(guān)系,設(shè)計、計算出變壓器付邊的電壓值。濾波電容的選用可根據(jù)技術(shù)要求和電網(wǎng)變化情況,設(shè)計、計算其電容量和耐壓值,然后查有關(guān)手冊選定電容的標(biāo)稱值和耐壓值以及電容型號。橋式整流二極管的型號確定:根據(jù)橋式整流和電網(wǎng)變化情況,計算或估算出二極管的最高反向電壓VRM和最大工作電流Iomax,再查有關(guān)手冊確定所選用的二極管型號。電源變壓器的選擇根據(jù)付邊電壓和輸出電流選擇變壓器。(2)直流穩(wěn)壓電源的基本原理直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器T、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成?;究驁D如下。各部分作用:直流穩(wěn)壓電源的原理框圖和波形變換(3)各單元電路原理:電源變壓器T的作用是將220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui。變壓器副邊與原邊的功率比為P2/P1=n,式中n是變壓器的效率。電源變壓器的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需的低電壓。由于輸出有12V,因此變壓器擇雙輸出,如下圖。整流電路:整流電路將交流電壓Ui變換成脈動的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的波紋成分,輸出波紋較小的直流電壓U1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。全橋的正向電流有0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、5A、10A、20A等多種規(guī)格,耐壓值(最高反向電壓)25V、50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、800V、1000V等多種規(guī)格。長腳對應(yīng)1。整流電路參數(shù):輸出電壓平均值:輸出電流平均值:平均整流電流:最大反向電壓:整流二極管的選擇(考慮電網(wǎng)%波動):濾波電路:各濾波電路C滿足RL-C=(35)T/2,式中T為輸入交流信號周期,RL為整流濾波電路的等效負載電阻。濾波電路參數(shù)T/2二極管導(dǎo)通角:濾波電容的選擇:一般選擇幾十至幾千微法的電解電容,耐壓值應(yīng)大于。穩(wěn)壓電路:常用的穩(wěn)壓電路有兩種形式:一是穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路,二是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。二者的工作原理有所不同。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路其工作原理是利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化,會引起其電流有較大變化這一特點,通過調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。它一般適用于負載電流變化較小的場合。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是利用電壓串聯(lián)負反饋的原理來調(diào)節(jié)輸出電壓的。集成穩(wěn)壓電源事實上是串聯(lián)穩(wěn)壓電源的集成化。實驗中為簡化電路,我們選擇集成穩(wěn)壓器(三端穩(wěn)壓器)作為電路的穩(wěn)壓部分。集成穩(wěn)壓器的W7800系列輸出正電壓5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V,輸出電流為1.5A(W7800)、0.5A (W78M00)、0.1A(W78L00);W7900系列輸出負電壓-5V、-6V、-9V、-12V、-15V、-18V、-24V,輸出電流為1.5A(W7900)、0.5A (W79M00)、0.1A(W79L00)。L78、79系列集成穩(wěn)壓器是一種有廣泛用途的三端集成穩(wěn)壓器。W78系列三端集成穩(wěn)壓電路具有固定輸出正電壓,L79系列三端集成穩(wěn)壓電路具有固定輸出負電壓。這兩個系列穩(wěn)壓器都具有較完善的短路和限流保護、過熱保護和調(diào)整管安全工作區(qū)保護電路,因而他的工作是比較可靠的。字母后面的數(shù)字表示輸出電壓,電壓等級:5V、6V、8V、12V、15V、18V、24V 。如設(shè)計一個輸出的線性直流穩(wěn)壓電源,選擇L7812、L7912。實物示意圖以及管腳接法 3 實驗過程3.1 選取的實驗電路及輸入輸出波形(1)備選方案一:(2)備選方案二:3.2 每個電路的討論和方案比較一共列出兩個備選方案,其整流電路、濾波電路相同,穩(wěn)壓電路二者有所不同。備選方案一設(shè)計較為簡單,運用兩個三端穩(wěn)壓電路芯片;備選方案二設(shè)計較為復(fù)雜,運用了三個三端穩(wěn)壓電路并加入了輔助二極管元件,可以保證電路的安全。(1)先計算并確定元件參數(shù):變壓器選擇:變壓器選擇雙15V變壓,考慮到電流不需要太大,最大電流為2A,實際選擇變壓器輸出功率為30W,可以很好地滿足要求。整流橋:考慮到電路中會出現(xiàn)沖擊電流,整流橋的額定電流時工作電流的23倍。選取RS301(100V,3A)即可,實際購買過程中選擇了2W10也符合設(shè)計要求。濾波電路:考慮到對紋波電壓要求比較高,所以選擇了2200uF、耐壓值為25V的電解電容。為了防止負載產(chǎn)生沖擊電流,故在輸出端加入220uF、耐壓值為25V的電解電容。為防止電源輸出端短路,需安裝保險管;為防止W芯片因過熱而燒壞,需加裝散熱片。(2)在焊電路板之前先對整流電路、濾波電路以及方案一的穩(wěn)壓電路進行仿真。結(jié)果如下:整流電路輸出濾波電路輸出穩(wěn)壓電路輸出可以看到輸入的正弦信號經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓后最終得到我們所需要的直流電壓所以選取方案一便可滿足設(shè)計要求。(3)實驗中遇到的問題:但是在真實實驗過程中,電解電容發(fā)生了擊穿現(xiàn)象。(4)現(xiàn)象出現(xiàn)原因分析:其整流電路部分的保護部分欠缺,(5)解決方案:最后選取了備選方案二,使用三個三端整流電流,并在每個電路兩端加上一個二極管進行保護作用。實驗后未再出現(xiàn)擊穿燒毀現(xiàn)象。輔助二極管元件起到了作用。3.3 分析研究實驗數(shù)據(jù)(1)測量穩(wěn)壓電源輸出的穩(wěn)壓值及穩(wěn)壓范圍首先使調(diào)壓器的輸出為0V,通過示波器或萬用表觀測穩(wěn)壓電路的輸出,然后調(diào)節(jié)調(diào)壓器的輸出,使輸入到變壓器的交流電壓逐漸增加,當(dāng)穩(wěn)壓電路輸出的直流電壓值不再隨著調(diào)壓器輸出電壓的增加而改變時,此時電路輸出的直流電壓值即為穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓值。使穩(wěn)壓器輸出在穩(wěn)壓值上的輸入電壓范圍為穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓范圍。測得:輸出端正電壓Uo1=11.91V Uo2=5.05V ;輸出端負電壓Uo3=-12.05V 實驗數(shù)據(jù)與預(yù)期的“輸出端正電壓Uo1=+12.0V Uo2=+5.0V ;輸出端負電壓Uo3=-12.0V”有較小的差值,而Uo1、Uo3均有向下偏移現(xiàn)象。(2)測量穩(wěn)壓電源的紋波電壓和紋波因數(shù)紋波電壓是指在額定負載條件下,穩(wěn)壓電源輸出直流電壓中所含的交流分量。在交流電壓為220V,負載電流最大(額定輸出電流)的條件下,用示波器分別測量穩(wěn)壓電源的輸入紋波電壓和輸出紋波電壓。輸出紋波電壓(正)Uop-p1=5.0 mV Uop-p2=0.06mV (負)Uop-p3=0.78uV 波紋電壓偏大,而仿真電路中比較正常,其原因可能是焊接技術(shù)不夠精準(zhǔn),導(dǎo)致誤差。4 總結(jié)與體會4.1 通過本次實驗?zāi)切┠芰Φ玫教岣?,那些解決的問題印象深刻,有那些創(chuàng)新點。本學(xué)期一開學(xué),模擬電子技術(shù)這門課就成為我的心頭第一件事。以前經(jīng)常聽學(xué)長學(xué)姐說:“模電”就是“電魔”,學(xué)不好就容易死。剛剛接觸這門課的時候,感覺跟上學(xué)期學(xué)的“電路分析”有相通之處,進一步解釋了二極管、三極管的原理,后來又引入了運算放大器等上學(xué)期十分神秘的器件,難度也隨之增大。從第七周開始就開始了有模擬電子技術(shù)實驗,懷著忐忑的心理來到實驗室,發(fā)現(xiàn)示波器的調(diào)節(jié)是最基本的一項技能,第一次負反饋實驗就令我焦頭爛額,沒出波形令人十分苦惱,在之后的補做實驗中才得以出現(xiàn)。之后兩次的實驗,我都做了十分充分的預(yù)習(xí),結(jié)果也是一喜一憂,模擬電子技術(shù)實驗的可怕之處已經(jīng)深深烙印到我的心上。經(jīng)過三次實驗之后,就到了設(shè)計性試驗。一開始得到的消息是做兩個設(shè)計性實驗,一個是本次論文的主角“集成直流穩(wěn)壓電源”,另一個是“語音放大器”??墒呛髞碛謱⒌诙€實驗改成了“非線性失真的研究”。集成直流穩(wěn)壓電源是我們所做的第一個設(shè)計性實驗,所以剛開始時都有些無從下手,總覺得有很多問題,比如電路如何設(shè)計,需要哪些元件,參數(shù)如何選取等等。后來,我們整理了下思緒,首先非常仔細的研究了下老師給的PPT里的內(nèi)容,借助老師所給的電路結(jié)構(gòu),確立了變壓電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四個部分,然后查閱模電實驗的教材,擬定了所需要的元件及元件的的參數(shù)。其中不得不要說一句,網(wǎng)上查找資料確實為我們提供了很多便利,許多參數(shù)前人都已有相關(guān)總結(jié),再加上電子信息工程學(xué)院科學(xué)技術(shù)協(xié)會有模擬電子技術(shù)實驗所需的元件庫。 元件庫中的元件型號也并不太多,這是我們眼前一亮。大一的時候曾經(jīng)學(xué)習(xí)過“電類工程素質(zhì)訓(xùn)練”,焊接過電路板以及萬用表,對焊接的基本知識還是比較了解的。但此次電源設(shè)計的焊接并不理想。起初買電路板時聽別人說有單聯(lián)板和三聯(lián)板,感覺三聯(lián)板更高級,但是買的時候買成了單聯(lián)板,曾經(jīng)很是郁悶。但是焊接后期聽到許多同學(xué)抱怨三聯(lián)板總是短路,一不細心就出問題,方知自己傻人有傻福,買單聯(lián)板踏踏實實焊接才是硬道理。此次焊接與萬用表焊接差別很大。需要自己布線。我一一將元件焊接好后選擇布線,總是把線弄得很長很不美觀,只好拆掉重新焊接。有了一些布線的經(jīng)驗后,電源焊接基本結(jié)束。但是發(fā)現(xiàn)買的芯片和散熱片無法緊密連接,于是就強行用焊錫、膠帶使他倆連接在一起。最后接上220V電壓進行測試。測試途中未斷掉電源就拔掉了示波器與導(dǎo)線相連的部分,結(jié)果產(chǎn)生大量電火花,電路中的元器件異常發(fā)熱,重新連接之后波形全部異常,我們了解到元件被燒壞了。也為我們提醒:連接電源時不能隨意拆卸導(dǎo)線。并且散熱器需要正確安裝。經(jīng)過這次教訓(xùn)之后,我們改進了電路,加入了二極管輔助,并且加入了保險管。最終測得了論文中的較令人滿意的數(shù)據(jù)。這才大功告成。此次電源設(shè)計,讓我們親身體驗了如何用空白的電路板,進行自己所需的電路設(shè)計。雖然過程十分艱辛,但是經(jīng)過老師的指導(dǎo)和伙伴的努力,終于完成了,同時對我們模擬電子技術(shù)這門課的學(xué)習(xí)有更好的幫助。4.2 對本課程的意見與建議 本課程對學(xué)生的實驗操作鍛煉有十分重大的幫助。前三個實驗感覺比課程進度稍微提前了些,可能對原理還不太清楚。并且模擬電子技術(shù)實驗期末焊電路板等工作工程量有些大,對期末復(fù)習(xí)相對有些影響,建議將焊電路、設(shè)計電路等工程訓(xùn)練類課程放到小學(xué)期踏踏實實訓(xùn)練。5 參考文獻1、電子電路實驗及仿真 路勇 北京交通大學(xué)出版社 清華大學(xué)出版社 2、電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計 高吉祥 電子工業(yè)出版社

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