可調(diào)集成直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì)報(bào)告.docVIP

目 錄一. 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求3二. 方案設(shè)計(jì)與論證3三 單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算8四 整體電路圖. 10五總原理圖及元器件清單11六性能測(cè)試與分析13七課程設(shè)計(jì)報(bào)告總結(jié)18八參考文獻(xiàn)18一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1.設(shè)計(jì)一集成穩(wěn)壓電路要求：(1)輸出電壓可調(diào)：(2)最大輸出電流： (3)輸出電壓變化量：(4)穩(wěn)壓系數(shù)： 2.通過設(shè)計(jì)集成直流穩(wěn)壓電源，要求掌握： (1)選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器來設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源。(2)掌握直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法。二、方案設(shè)計(jì)與論證 1.直流穩(wěn)壓電源的基本原理直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成。一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖如下：其中， (1)電源變壓器：是降壓變壓器，它的作用是將220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui。變壓器的變比由變壓器的副邊按確定，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。(2)整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?0HZ的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電。2、整流電路（1）直流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖3所示。圖3 單相橋式整流電路（2）工作原理設(shè)變壓器副邊電壓u2=2U2sint，U2為有效值。 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)部都有電流流過的負(fù)載電阻RL，且方向是一致的。如圖4于輸出電流的平均值的一半，即 電路中的每只二極管承受在橋式整流電路中，每個(gè)二極管都只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過每個(gè)二極管的平均電流等的最大反向電壓為 (U2是變壓器副邊電壓有效值)。(3)濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分濾除。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。 采用濾波電路可濾除整流電路輸出電壓中的交流成分，使電壓波形變得平滑。常見的濾波電路有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波等。 在整流電路的輸出端，即負(fù)載電阻RL兩端并聯(lián)一個(gè)電容量較大的電解電容C，則構(gòu)成了電容濾波電路，如圖5所示電路，由于濾波電容與負(fù)載并聯(lián)，也稱為并聯(lián)濾波電路。從圖4可以看出，當(dāng)u2為正半周時(shí), 電源u2通過導(dǎo)通的二極管VD1、VD3向負(fù)載RL供電，并同時(shí)向電容C充電（將電能存儲(chǔ)在電容里，如t1t2），輸出電壓uouc u2；uo達(dá)峰值后u2減小，當(dāng)uou2時(shí)，VD1、VD3提前截止，電容C通過RL放電，輸出電壓緩慢下降（如t2t3），由于放電時(shí)間常數(shù)較大，電容放電速度很慢，當(dāng)uC下降不多時(shí)u2已開始下一個(gè)上升周期，當(dāng)u2uo時(shí)，電源u2又通過導(dǎo)通的VD2、VD4向負(fù)載RL供電，同時(shí)再給電容C充電（如t3t4），如此周而復(fù)始。電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作后，負(fù)載上得到如圖中實(shí)線所示的近似鋸齒的電壓波形，與整流輸出的脈動(dòng)直流（虛線）相比，濾波后輸出的電壓平滑多了。顯然，放電時(shí)間常數(shù)RLC越大、輸出電壓越平滑。若負(fù)載開路（RL=），電容無放電回路，輸出電壓將保持為u2的峰值不變。（1）輸出電壓的估算 顯然，電容濾波電路的輸出電壓與電容的放電時(shí)間常數(shù)=RLC有關(guān)，應(yīng)遠(yuǎn)大于u2的周期T，分析及實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng) =RLC（35）T /2時(shí)，濾波電路的輸出電壓可按下式估算，即 UO1.2U2 （2）整流二極管導(dǎo)通時(shí)間縮短了，存在瞬間的浪涌電流，要求二極管允許通過更大的電流，管子參數(shù)應(yīng)滿足 IFM2IV=IO （3）在已知負(fù)載電阻RL的情況下，根據(jù)式子選擇濾波電容C的容量，即 C（35） T /2RL 若容量偏小，輸出電壓UO將下降，一般均選擇大容量的電解電容；電容的耐壓應(yīng)大于u2的峰值，同時(shí)要考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng)的因素，留有足夠的余量。電容濾波電路的負(fù)載能力較差，僅適用于負(fù)載電流較小的場(chǎng)合。 (4)穩(wěn)壓電路: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(huì)引起其電流有較大變化這一特點(diǎn)，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(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。由于穩(wěn)壓電路發(fā)生波動(dòng)、負(fù)載和溫度發(fā)生變化，濾波電路輸出的直流電壓會(huì)隨著變化。因此，為了維持輸出電壓穩(wěn)定不變，還需加一級(jí)穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素（電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度）等發(fā)生變化時(shí)，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(shè)計(jì)的電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。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2設(shè)計(jì)方案：擴(kuò)展應(yīng)用： LM317的輸出電壓可以從1.25V連續(xù)調(diào)節(jié)到37V。其輸出電壓可以由下式算出： 輸出電壓=1.25（1+ADJ端到地的電阻/ADJ端到+Vout端的電阻）。 如果你需要其它的電壓值，即可自選改變有關(guān)電阻的阻值來得到。值得注意的是，LM317T有一個(gè)最小負(fù)載電流的問題，即只有負(fù)載電流超過某一值時(shí)，它才能起到穩(wěn)壓的作用。這個(gè)電流隨器件的生產(chǎn)廠家不同在3-8mA不等。這個(gè)可以通過在直流穩(wěn)壓電源負(fù)載端接一個(gè)合適的電阻來解決。LM317是常見的可調(diào)集成穩(wěn)壓器，最大輸出電流為2.2A，輸出電壓范圍為1.2537V。其接法如下：1，2腳之間為1.25V電壓基準(zhǔn)。為保證穩(wěn)壓器的輸出性能，R1應(yīng)小于240歐姆。改變R2阻值即可調(diào)整穩(wěn)壓電壓值。D1，D2用于保1，2腳之間為1.25V電壓基準(zhǔn)。為保證穩(wěn)壓器的輸出性能，R1應(yīng)小于240歐姆。改變R2阻值即可調(diào)整穩(wěn)壓電壓值。D1，D2用于保Uo=(1+R2/R1)*1.25三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算1.集成三端穩(wěn)壓器選擇集成穩(wěn)壓器：集成穩(wěn)壓器選用CW317，其輸出電壓范圍為：，最大輸出電流為1.5A。所確定的穩(wěn)壓電源電路如圖4-1所示。 集成穩(wěn)壓器的輸出電壓Uo應(yīng)與穩(wěn)壓電源要求的輸出電壓的大小及范圍相同。穩(wěn)壓器的最大允許電流IomIomax，穩(wěn)壓器的輸入電壓范圍為：Uomax+（Ui-Uo）minUiUomin+（Ui-Uo）max式中，Uomax最大輸出電壓； Uomin最小輸出電壓； （Ui-Uo）min 穩(wěn)壓器的最小輸入電壓差；（Ui-Uo）max穩(wěn)壓器的最大輸入電壓差；在圖4-1所示的電路中，取C1 = 0.01F，C2 =10F，C0 = 1F，R1 = 200，RW = 2k，二極管用IN4007，和組成輸出電壓調(diào)節(jié)電路，輸出電壓 ，取，流過的電流為。取R1 = 200，則由，可求得：，Rwmax=1860，故取為的精密線繞電位器。 圖4-1輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電源選擇電源變壓器Uomax+（Ui-Uo）minUiUomin+（Ui-Uo）max即 9V+3VUi3V+40V取 12VUi43VU2Uimin/1.1=12/1.1=10.91V取U2=12V變壓器副邊電流：I2Iomax=0.2A取I2=0.5A則變壓器的副邊輸出功率P2為 P2I2U2=6W 由表1知，變壓器的效率=0.7，則原邊輸入功率P1P2 /=8.57W。 為留有余地，故選用功率為10W的變壓器。所以變壓器選用12V/10W的即可。 L 2.選擇電源變壓器 1）確定副邊電壓U2： 根據(jù)性能指標(biāo)要求： 又 其中： 此范圍可任選： 根據(jù) 可得變壓的副邊電壓： 2）確定副邊電流： 又副邊電流 取 則 3)選擇變壓器的功率 變壓器的輸出功率： 3.選擇整流電路中的二極管 變壓器的伏變電壓 橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為： 橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為： 查手冊(cè)選整流二極管IN4007,其參數(shù)為：反向擊穿電 最大整流電流4.濾波電路中濾波電容的選擇1） 求： 根據(jù)穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)的定義： 設(shè)計(jì)要求 代入上式，則可求得 ； 2）求濾波電容C 設(shè)定 所以濾波電容：。 電路中濾波電容承受的最高電壓為,所以所選電容器的耐壓應(yīng)大 四整體電路圖B圖五、總原理圖及元器件清單 2元件清單原件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注J1變壓器12V1實(shí)際輸入電壓大于12V 3.安裝與調(diào)試 按PCB圖所示，制作好電路板。安裝時(shí)，先安裝比較小的原件，所以先安裝整流電路，在安裝穩(wěn)壓電路，最后再裝上電路（電容）。安裝時(shí)要注意，二極管和電解電容的極性不要接反。檢查無誤后，才將電源變壓器與整流濾波電路連接，通電后，用萬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)，則說明整流電路沒有接對(duì)，此時(shí)若接入穩(wěn)壓電路，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。電位器RV1取最大時(shí)，Uo=8.95V 電位器RV1滑到最小時(shí)，Uo=2.94V電位器在0到1K之間，輸出電壓連續(xù)可調(diào)：約為3V9V五、性能測(cè)試與分析 1.輸出電壓與最大輸出電流的測(cè)試測(cè)試電路如圖所示。一般情況下，穩(wěn)壓器正常工作時(shí)，其輸出電流Io要小于最大輸出電流Iomax，取Io=0.7A，可算出,工作時(shí)上消耗的功率為 故取額定功率為10W，阻值為的電位器。測(cè)試時(shí)，先將,交流輸入電壓為220V，用數(shù)字電壓測(cè)量的電壓指示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，記下后，要馬上調(diào)大的值，以減小穩(wěn)壓器的功耗。 RV2=20歐姆，Uo=8.95, Io=0.45A Uo下降5%時(shí)（8.52V），Io=0.69A2.波紋電壓的測(cè)試 用示波器觀察Uo的峰峰值，測(cè)量的值（約幾mV）。 有示波器得出： 3.穩(wěn)壓系數(shù)的測(cè)量在Ui=220V時(shí)，測(cè)出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo,然后調(diào)節(jié)自耦變壓器是輸入電壓Ui=198V,測(cè)出穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo2。則穩(wěn)壓系數(shù)為： 因?yàn)樵谡{(diào)試中，無法得到自耦變壓器，所以只能把電壓歸算到降壓器的輸出電壓(Ui): U1=184V, Ui=9.84 U1=220V, Ui=11.8V U1=269V, Ui=14.4V Ui=12.4V 時(shí)，Uo=8.95V Ui=14.4V時(shí)，Uo=8.96V Ui=9.84V時(shí)， Uo=8.95V 所以，穩(wěn)壓系數(shù)：設(shè)計(jì)要求測(cè)試結(jié)果誤差分析Uo=+3V+9V2.94V8.95V1%Iomax=800mA690mA14%299.2uV299.2uV5mV0.00293% 在允許的誤差范圍內(nèi)，本設(shè)計(jì)已達(dá)到要求。六、結(jié)論與心得通過此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)模擬電子技術(shù)方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過親自動(dòng)手操作，使我們掌握的知識(shí)不再是紙上談兵。 過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計(jì)過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測(cè)調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于游逆而解。在今后社會(huì)的發(fā)展和學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠(yuǎn)不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠(yuǎn)不可能得到社會(huì)及他人對(duì)你的認(rèn)可！ 課程設(shè)計(jì)誠(chéng)然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識(shí)以及專業(yè)技能上的提升，同時(shí)又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時(shí)，設(shè)計(jì)讓我感觸很深。使我對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)，我掌握了常用元件的識(shí)別和測(cè)試；熟悉了常用儀器、儀表；了解了電路的連線方法；以及如何提高電路的性能等等，掌握了可調(diào)直流穩(wěn)壓電源構(gòu)造及原理。我認(rèn)為，在這學(xué)期的實(shí)驗(yàn)中，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實(shí)驗(yàn)課上，我們學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實(shí)用的，真的是受益匪淺。要面對(duì)社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐。這對(duì)于我們的將來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂，找尋有趣的事情，發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情。就像中國(guó)提倡的艱苦奮斗一樣，我們都可以在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后變的更加成熟，會(huì)面對(duì)需要面對(duì)的事情。 回顧起此課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過這次課程設(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，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得