模擬電子課程設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

1、直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)目錄前言2直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)3一、設(shè)計(jì)目的及其實(shí)際應(yīng)用3二、任務(wù)要求3三、實(shí)驗(yàn)原理及其各個(gè)分電路圖3a電源變壓器4b整流電路4c濾波電路7d. 穩(wěn)壓電路10四.總電路圖12五.參考文獻(xiàn)12六.心得體會(huì)13前言 電子技術(shù)是當(dāng)今高新技術(shù)的“龍頭”，各先進(jìn)國(guó)家無不把它放在優(yōu)先的發(fā)展的地位。電子技術(shù)是電類專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，課程的顯著特點(diǎn)之一是它的實(shí)踐性。要想很好的掌握電子技術(shù)，除了掌握基本器件的原理，電子電路的基本組成及分析方法外，還要掌握電子器件及基本電路的應(yīng)用技術(shù)，課程設(shè)計(jì)就是電子技術(shù)教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)。本課程設(shè)計(jì)就是針對(duì)模擬電子電路這門課程的要求所做的，同時(shí)也將學(xué)到的理

2、論與實(shí)踐緊密結(jié)合。本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源一般是由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。一、設(shè)計(jì)目的及其實(shí)際應(yīng)用熟悉模擬電子課程設(shè)計(jì)方法和規(guī)范，達(dá)到應(yīng)用電子技術(shù)的目的，并培養(yǎng)動(dòng)手能力，學(xué)會(huì)閱讀相關(guān)科技文獻(xiàn)，查找器件手冊(cè)與相關(guān)參數(shù)，整理總結(jié)設(shè)計(jì)報(bào)告。電子電路工作時(shí)都需要直流電源提供能量，電池因使用費(fèi)用高,一般只用于低功耗便攜式的儀器設(shè)備中。二、任務(wù)要求設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源目的就是要把工頻交流電源或者直流變化的電源通過此裝置變?yōu)橹绷鞣€(wěn)壓電源，并畫出整體電路。三、實(shí)驗(yàn)原理及其各個(gè)分電路圖穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成如圖1所示：a電源變壓器電源變壓

3、器提供最初的電源，需要經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓才能滿足要求，一般為工頻電流或者家用的電流。b整流電路整流電路的任務(wù)是將經(jīng)過變壓器降壓以后的交流電壓變換為直流電壓。變壓器的選擇，除了應(yīng)滿足功率要求外，它的次級(jí)輸出電壓的有效值2 應(yīng)略高于要求穩(wěn)壓電路輸出的直流電壓值。對(duì)于高質(zhì)量的穩(wěn)壓電源，其整流電路一般都選用橋式整流電路。整流電路常見的有單相橋式整流電路，單相半波整流電路，和單相全波整流電路。圖2 單相橋式整流電路1.工作原理單相橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，如圖（a）所示。在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖1（a）的電路圖可知：當(dāng)正半周

4、時(shí)，二極管d1、d3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)負(fù)半周時(shí)，二極管d2、d4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖1（b）。2.參數(shù)計(jì)算根據(jù)圖1（b）可知，輸出電壓是單相脈動(dòng)電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓為流過負(fù)載的平均電流為流過二極管的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓流過負(fù)載的脈動(dòng)電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動(dòng) 電壓做傅里葉分析，此時(shí)諧波分量中的二次諧波幅度最大。脈動(dòng)系數(shù)s定義為二次諧波的幅值與平均值的比值。3.單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線單相橋式整流電

5、路的負(fù)載特性曲線是指輸出電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系該曲線如圖3所示，曲線的斜率代表了整流電路的內(nèi)阻。單相橋式整流電路的變壓器中只有交流電流流過，而半波和全波整流電路中均有直流分量流過。所以單相橋式整流電路的變壓器效率較高，在同樣功率容量條件下，體積可以小一些。單相橋式整流電路的總體性能優(yōu)于單相半波和全波整流電路，故廣泛應(yīng)用于直流電源之中。注意，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用的。整流電路既有交流量，又有直流量，通常對(duì)輸入（交流）用有效值或最大值；輸出（交直流）用平均值；整流管正向電流用平均值；整流管反向電壓用最大值。c 濾波電路1.濾波的基本概念濾波電路利用電抗性元件對(duì)交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾

6、波。電容器c對(duì)直流開路，對(duì)交流阻抗小，所以c應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器l對(duì)直流阻抗小，對(duì)交流阻抗大，因此l應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量，又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動(dòng)系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。2.電容濾波電路現(xiàn)以單相橋式整流電容濾波電路為例來說明。電容濾波電路如圖15.06所示，在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容c。3.濾波原理若v2處于正半周，二極管d1、d3導(dǎo)通，變壓器次端電壓v2給電容器c充電。此時(shí)c相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2 ，是正弦波。當(dāng)v2到達(dá)wt=p/2時(shí)，開始下降。先假設(shè)二極管關(guān)斷，電容c就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載l放電。

7、指數(shù)放電起始點(diǎn)的放電速率很大。在剛過wt=p/2時(shí)，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過wt=p/2時(shí)二極管仍然導(dǎo)通。在超過wt=p/2后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線下降的速率越來越快，當(dāng)剛超過指數(shù)曲線起始放電速率時(shí)，二極管關(guān)斷。所以在t2到t3時(shí)刻，二極管導(dǎo)電，充電，vi=vo按正弦規(guī)律變化；t1到t2時(shí)刻二極管關(guān)斷，vi=vo按指數(shù)曲線下降，放電時(shí)間常數(shù)為rlc。需要指出的是，當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)rlc增加時(shí)，t1點(diǎn)要右移，t2點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時(shí)間加長(zhǎng)，導(dǎo)通角減??；反之，rlc減少時(shí)，導(dǎo)通角增加。顯然。當(dāng)rl很小，即il很大時(shí)，電容濾波的效果不好，見圖18.05濾波曲線中的2。反之，當(dāng)rl很大，即il很小

8、時(shí)，盡管c較小, rlc仍很大,電容濾波的效果也很好，見濾波曲線中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場(chǎng)合。此外，為了進(jìn)一步減小負(fù)載電壓中的紋波，電感后面可再接一個(gè)電容而構(gòu)成倒l型濾波電路或采用型濾波電路，分別如圖5（a）和圖5(b)所示。4.電容濾波電路參數(shù)的計(jì)算電容濾波電路的計(jì)算比較麻煩，因?yàn)闆Q定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細(xì)的曲線可供查閱，一般常采用以下近似估算法：一種是用鋸齒波近似表示，即另一種是在rlc=（35）的條件下，近似認(rèn)為vo=1.2v2。5.外特性整流濾波電路中，輸出直流電壓vo隨負(fù)載電流io的變化關(guān)系曲線如圖4.3所示。d.穩(wěn)壓電路1.穩(wěn)壓電路選用可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器

9、cw317。該集成塊有輸入端i、輸出端o、和可調(diào)端 adj 三個(gè)端頭。它的組成和分立元件穩(wěn)壓電路一樣，主要由恒流源電路、基準(zhǔn)電壓電路、比較放大電路、調(diào)整管及保護(hù)電路組成。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，只要外接 1 和2 兩個(gè)電阻就能實(shí)現(xiàn)所需要的穩(wěn)壓值。當(dāng)2 用電位器w 代替時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電源，電壓可調(diào)范圍為 1.25v37v 。在圖 5 所示的實(shí)驗(yàn)電路中，三端穩(wěn)壓器的輸入端并接了一個(gè)電容3 ，是為了消除電路可能產(chǎn)生的自激振蕩。2. 穩(wěn)壓電源的主要性能指標(biāo)衡量一個(gè)穩(wěn)壓源的主要性能指標(biāo)有：電壓調(diào)節(jié)范圍、電壓調(diào)整 率v 、電流調(diào)整率 i、輸出電阻 r0 、紋波抑制比rip 。它們的定義如下：(1)

10、 電壓調(diào)節(jié)范圍：是指可調(diào)式穩(wěn)壓電源的最大輸出電壓omax 與最小輸出電壓omin 之間的范圍。(2) 電壓調(diào)整率v：是指負(fù)載不變時(shí)，電網(wǎng)電壓的相對(duì)變化量與由此引起的輸出電壓的相對(duì)變化量之比，即(3) 電流調(diào)整率i：是指輸入電壓不變而負(fù)載變化時(shí)，負(fù)載電流 o 在規(guī)定的范圍內(nèi)變化而引起的輸出電壓的相對(duì)變化量，即(4) 輸出電阻 ro ：就是穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻。它可以通過測(cè)量電源空載時(shí)的輸出電壓o 和接入負(fù)載l 時(shí)的輸出電壓o 而求得，即(5) 紋波抑制比rip：是指穩(wěn)壓電源對(duì)交流紋波的抑制能力。定義為電源的輸入紋波電壓i 與輸出紋波o 之比值。常用 db 值表示。即四.總電路圖五.參考文獻(xiàn)1康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）m北 京：高等教育出版社，20022 高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)。電子工業(yè)出版社。2002.3 張慶雙.電子原器件的選用和檢測(cè)。機(jī)械工業(yè)出版社。2003.4 楊拴科.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)。高等教育出版社.20035 孫肖子 張企民。模擬電子技術(shù)簡(jiǎn)明教程。西安電子科技大學(xué)出版社。2001.六.心得體會(huì) 經(jīng)過一個(gè)星期的模擬電子線路課程設(shè)計(jì)過程，我學(xué)到了很多東西，對(duì)一學(xué)期以來所學(xué)的電子方面的知識(shí)也重新學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)了一遍，也對(duì)自己在模擬電子方面能力有了更客觀的認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)。在這次設(shè)計(jì)過程中，從最基本的查元件，找資料做起，了解了完整的電子設(shè)計(jì)的一