模電課程設(shè)計報告.docx

模擬電子電路課程設(shè)計說明書題目名稱： 直流穩(wěn)壓電源 姓 名： XXXX 班 級： 電信 * 學(xué) 號： * 日 期： 2014 年 6月 5日 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書 適用專業(yè)：電信/電氣/測控 設(shè)計周期：一周一、設(shè)計題目：直流穩(wěn)壓電源二、設(shè)計目的 1、 研究單相橋式整流、電容濾波電路的特性。 2、 學(xué)習(xí)穩(wěn)壓電源的設(shè)計方法以及主要技術(shù)指標(biāo)的測試方法。 三、設(shè)計要求及主要技術(shù)指標(biāo) 設(shè)計要求 1、方案論證，確定總體電路原理方框圖。 2、單元電路設(shè)計，元器件選擇。 3、仿真調(diào)試及測量結(jié)果。 主要技術(shù)指標(biāo) 1、電網(wǎng)供給的交流電壓U1為220V，50HZ； 2、變壓器輸出電壓U2為18V20V，50HZ； 3、穩(wěn)壓電源輸出直流電壓可調(diào)，最大負(fù)載電流100mA左右；4、輸出紋波電壓小于5mv，穩(wěn)壓系數(shù)=0.01；5、驅(qū)動負(fù)載可調(diào)（如：120RL240）；6、適當(dāng)考慮如何采取短路保護(hù)功能。四、仿真需要的主要電子元器件 電源變壓器、滑線變阻器、晶體三極管、 晶體二極管、穩(wěn)壓管、電阻器、電容器等若干 。五、設(shè)計報告總結(jié) 1、 對所測結(jié)果（如：輸出電壓，最大負(fù)載電流，電壓輸出波形等）進(jìn)行全面分析，總結(jié)橋式整流、電容濾波電路的特點。 2、 根據(jù)所測數(shù)據(jù)，計算穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)S、紋波系數(shù)K和輸出電阻R0，并進(jìn)行分析。 3、 分析討論仿真測試中出現(xiàn)的故障及其排除方法。 4、 給出完整的電路仿真圖 。5、 體會與收獲。六、參考文獻(xiàn)1.彭介華電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)北京：高等教育出版社，20052.陳大欽主編電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗電子電路實驗設(shè)計仿真北京：高等教育出版社，20003.高吉祥主編電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計北京：電子工業(yè)出版社，20024鄭步生. Multisim2001電路設(shè)計及仿真入門與應(yīng)用.電子工業(yè)出版社.20025/6/一、方案論證與比較1.1 方案提出在變壓電路部分，選用初、次級線圈匝數(shù)比為11：1的變壓器來將有效值為220V的交流電網(wǎng)電壓變?yōu)橛行е禐?0V的交流小電壓。在整流電路部分，選用單相橋式整流電路。因為半波整流電路所得輸出電壓的交流脈動分量較大，全波整流電路中所用的次級線圈中帶有中央抽頭的變壓器在實際使用時成本較高。所以在最后選用整流效果好的，成本相對低廉的橋式整流電路。在濾波電路部分，選用的是電容濾波電路，因為在實際應(yīng)用中電容的成本相對電感的成本要低，同時電容濾波電路有較為不錯的濾波效果。在穩(wěn)壓電路部分，有如下三種方案：方案一：采用并聯(lián)型線性穩(wěn)壓電路，電路上由穩(wěn)壓二極管與負(fù)載并聯(lián)的簡單電路。方案二：采用串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路，采用運(yùn)放和三級管的元件搭建。方案三：采用三端集成穩(wěn)壓器，搭建其應(yīng)用電路，調(diào)整common端電壓實現(xiàn)電壓可調(diào)。1.2設(shè)計方案的論證和選擇針對以上三種穩(wěn)壓電路方案，我選擇第三種，因為就第一種方案而言，電源內(nèi)阻較大，在負(fù)載電阻稍變大時負(fù)載端輸出電流快速變小。第二種與第三種其實原理相差不大，在實際應(yīng)用中，因為現(xiàn)在市面上三端集成穩(wěn)壓器的價格很低，同時電路較為簡單，所以我選用第三種。二、系統(tǒng)的功能及設(shè)計框圖2.1 系統(tǒng)的全部功能、要求及技術(shù)指標(biāo)此直流電源為帶有短路保護(hù)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，通過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個電路模塊的電路來實現(xiàn)輸出恒定直流電壓的目的。通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻可以改變輸出電壓，可調(diào)范圍（12.4V18.6V）。且本系統(tǒng)選用500mA熔斷絲以防止負(fù)載端短路。主要技術(shù)指標(biāo) 1、電網(wǎng)供給的交流電壓U1為220V，50HZ； 2、變壓器輸出電壓U2為1820V，50HZ； 3、穩(wěn)壓電源輸出直流電壓可調(diào)，最大負(fù)載電流100mA左右；4、輸出紋波電壓小于5mv，穩(wěn)壓系數(shù)=0.01；5、驅(qū)動負(fù)載可調(diào)(120RL240）；6、適當(dāng)考慮如何采取短路保護(hù)功能。2.2確定設(shè)計框圖（系統(tǒng)包含的單元電路及結(jié)構(gòu)）和總體設(shè)計方案圖 1 系統(tǒng)總體框圖如圖一所示，通過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個電路模塊的電路來實現(xiàn)輸出恒定直流電壓，在變壓電路部分，用匝數(shù)比為11：1的變壓器得到有效值為20V的交流小電壓信號。在整流電路部分，用單相橋式整流電路得到脈動直流信號。在濾波電路部分，用220uF的極性電容濾波，在穩(wěn)壓電路部分，采用三端集成穩(wěn)壓器LM7812，搭建其應(yīng)用電路，用一個電壓跟隨器與可調(diào)電阻調(diào)整common端電壓實現(xiàn)電壓可調(diào)。2.3單元電路的分析與設(shè)計：各功能模塊電路的定性說明以及計算分析。變壓電路：圖 2 變壓電路如圖2所示，用匝數(shù)比為11：1的變壓器得到有效值為20V的交流小電壓信號。整流電路:圖 3 整流電路如圖3所示用單相橋式整流電路得到脈動直流信號。橋式整流器利用四個二極管，兩兩對接連接成“橋”式結(jié)構(gòu)，便具有全波整流電路的優(yōu)點，而同時在一定程度上克服了它的缺點。當(dāng)輸入正弦波的正半部分是兩只管導(dǎo)通，得到正的輸出；輸入正弦波的負(fù)半部分時，另兩只管導(dǎo)通，由于這兩只管是反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半部分。 橋式整流電路輸入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。濾波電路：圖 4 濾波電路如圖4所示，利用220uF的極性電容濾波。容值計算公式RLC35T2。所以計算得C35T2RL=3550uF，所以選取220uF的電容做為濾波電容。穩(wěn)壓電路圖 5 穩(wěn)壓部分采用三端集成穩(wěn)壓器LM7812，搭建其應(yīng)用電路，用一個電壓跟隨器與可調(diào)電阻調(diào)整Common端電壓實現(xiàn)電壓可調(diào)。其中C3、C4為頻率補(bǔ)償電容，防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生自激振蕩和抑制電路引入的高頻干擾。C2為輸出電容，以減少輸出端的低頻干擾。Common端引入了一個電壓跟隨其，以把電壓調(diào)節(jié)回路與輸出回路隔離開，通過改變滑動變阻器R3的值，來改變Common端的電位，從而達(dá)到調(diào)整電壓的目的。由計算可得，電壓可調(diào)的范圍為12.4V18.6V。電路中還加入了0.5A的熔斷絲，以保護(hù)電路，防止負(fù)載短路對電源造成損壞。三、 系統(tǒng)仿真調(diào)試分析3.1軟件仿真原理圖圖 6 系統(tǒng)仿真電路原理圖3.2模擬仿真過程輸入交流電網(wǎng)電壓 有效值220V 波形如下圖所示。圖 7 變壓器輸入電壓波形變壓器輸出波形 如下圖所示。圖 8 變壓器輸出電壓波形橋式整流電路輸出波形 如下圖所示。圖 9 橋式整流電路輸出波形濾波電路輸出波形 如下圖所示。圖 10 電容濾波電路輸出波形穩(wěn)壓電路輸出波形 如下圖所示。圖 11 穩(wěn)壓電路輸出波形各輸出端電壓值 圖 12 變壓器輸入電壓 圖 13 變壓器輸出電壓 圖 14 穩(wěn)壓電路輸出電壓 圖 15 穩(wěn)壓電路輸出紋波電壓3.3各項指標(biāo)測試電網(wǎng)供給的交流電壓U1為220V，50HZ。圖 16 電網(wǎng)輸入電壓有效值 圖 17 電網(wǎng)輸入電壓頻率有效值和頻率誤差在允許范圍之內(nèi)，符合技術(shù)指標(biāo)。變壓器輸出電壓U2為18V20V，50HZ。圖 18 變壓器輸出電壓有效值 圖 19 變壓器輸出電壓頻率有效值和頻率誤差在允許范圍之內(nèi)，符合技術(shù)指標(biāo)。穩(wěn)壓電源輸出直流電壓可調(diào)，最大負(fù)載電流100mA左右； 圖 20 最小輸出電壓 圖 21 最小輸出電壓下 最大輸出電流 圖 22 最大輸出電壓 圖 23最大輸出電壓下 最大輸出電流輸出電壓可調(diào)，范圍為12.425V18.612V，最大輸出電流100mA左右，符合技術(shù)指標(biāo)。輸出紋波電壓小于5mv，穩(wěn)壓系數(shù)=0.01。 圖 24最小輸出電壓下紋波電壓值 圖 25 最大輸出電壓下紋波電壓值紋波值最大為1.497mV，小于5mv，符合技術(shù)指標(biāo)。 圖 26 變壓輸出20V時穩(wěn)壓電路輸入電壓 圖 27 變壓輸出20V時穩(wěn)壓電路輸出電壓 圖 28變壓輸出18V時穩(wěn)壓電路輸入電壓 圖 29 變壓輸出18V時穩(wěn)壓電路輸出電壓因為穩(wěn)壓系數(shù)sv=V0V0VIVI=0.002530.01，所以符合技術(shù)指標(biāo)。驅(qū)動負(fù)載可調(diào)。驅(qū)動負(fù)載可調(diào)范圍為1201120，符合技術(shù)指標(biāo)。適當(dāng)考慮如何采取短路保護(hù)功能。電路中加入了500mA熔斷絲，符合技術(shù)指標(biāo)。四、結(jié)語本學(xué)期我們學(xué)習(xí)了模擬電子電路，對電子技術(shù)有了一些初步了解，但那都是一些理論的東西。通過這次直流電源的課程設(shè)計，我才把學(xué)到的東西與實踐相結(jié)合。從中對我學(xué)的知識有了更進(jìn)一步的理解。在課程設(shè)計的過程中有遇到了一些問題，比如運(yùn)放，電容，電阻的選擇與計算，電路測試工具的選擇等等。最后在查閱相關(guān)資料后也得以解決。通過此次的直流電源設(shè)計，讓我更進(jìn)一步地熟悉了直流穩(wěn)壓電源的各部分電路的原理和其具體的作用，也鍛煉了自己獨(dú)立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡單的課程設(shè)計，但通過這次課程設(shè)計我們了解了課程設(shè)計的一般步驟，和設(shè)計中應(yīng)注意的問題。設(shè)計本身并不是有很重要的意義，而是對待問題時的態(tài)度和處理事情的能力。設(shè)計的過程，設(shè)計的思想和設(shè)計電路中的每一個環(huán)節(jié)，電路中各個部分的功能是如何實現(xiàn)的。各個電路能夠完成什么樣的功能，搭建各個電路時應(yīng)該注意那些要點。在這次設(shè)計過程中，我也對Multisim、Word、畫圖等軟件有了更進(jìn)一步的了解，這使我在以后的學(xué)習(xí)中中更加得心應(yīng)手。實驗中，借助仿真軟件，不僅可以把課堂中所學(xué)到的知識，直接加以運(yùn)用，而且還可以把各個分離的知識點組合為一個整體。使自己在專業(yè)知識和動手能力上有了和大的提高。五、參考文獻(xiàn)1.彭介華電子技