直流可變穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

1、西安文理學(xué)院機(jī)械與材料工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告專業(yè)班級(jí) 測(cè)控1301 課 程 專業(yè)課程設(shè)計(jì) 題 目 直流可變穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 學(xué) 號(hào) 070313121 學(xué)生姓名 唐瑋 指導(dǎo)教師 楊秋芬 2016年 11月西安文理學(xué)院機(jī)械與材料工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名 唐瑋 專業(yè)班級(jí) 測(cè)控1301 學(xué) 號(hào) 0703130121 指導(dǎo)教師 楊秋芬 職 稱 講師 教研室 測(cè)控 課 程 專業(yè)課程設(shè)計(jì) 題目 直流可變穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 任務(wù)與要求(1) 設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體框架 (2) 設(shè)計(jì)電路(3) 繪制電路圖并仿真(4) 撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告技術(shù)指標(biāo)(1) 完成基本電路設(shè)計(jì)(2) 電源09V可調(diào)(3) 電流最大1A(4) 具有其它擴(kuò)

2、展功能，如過壓、過流保護(hù)開始日期 2016.11.7 完成日期 2016.12.2 指導(dǎo)教師簽名 2016年11 月 3 日機(jī)械與材料工程學(xué)院專業(yè)課程設(shè)計(jì)目 錄1緒論11.1設(shè)計(jì)任務(wù)11.2設(shè)計(jì)要求12總體方案設(shè)計(jì)與選擇22.1穩(wěn)壓電路的選擇22.1.1方案一：簡單并聯(lián)型穩(wěn)壓電源22.1.2方案二：三端集成穩(wěn)壓芯片22.2電路總原理圖設(shè)計(jì)23單元電路設(shè)計(jì)33.1電源變壓器33.1.1變壓器的功能說明33.1.2設(shè)計(jì)參數(shù)驗(yàn)證33.1.3理論值與仿真值結(jié)果比較33.2整流電路43.2.1整流電路的功能說明43.2.2整流電路的功能仿真43.2.3理論值與仿真值結(jié)果比較53.2.4二極管的選取53.

3、3濾波電路53.3.1濾波電路的功能說明53.3.2濾波電容的選取53.3.3濾波電路的功能驗(yàn)證53.4穩(wěn)壓電路63.4.1穩(wěn)壓電路的功能說明63.4.2 LM7809工作原理特點(diǎn)74單元電路的級(jí)聯(lián)及結(jié)果驗(yàn)證85設(shè)計(jì)總結(jié)11參考文獻(xiàn)121機(jī)械與材料工程學(xué)院專業(yè)課程設(shè)計(jì)1緒論1.1設(shè)計(jì)任務(wù)1設(shè)計(jì)一種可以供應(yīng)直流且可以改變電壓的穩(wěn)壓電源1.2設(shè)計(jì)要求(1) 完成基本電路設(shè)計(jì)(2) 電源09V可調(diào)(3) 電流最大1A(4) 具有其它擴(kuò)展功能，如過壓、過流保護(hù)12總體方案設(shè)計(jì)與選擇2.1穩(wěn)壓電路的選擇2.1.1方案一：簡單并聯(lián)型穩(wěn)壓電源簡單的并聯(lián)型穩(wěn)壓電源 并聯(lián)型穩(wěn)壓電源的調(diào)整元件與負(fù)載并聯(lián)，因而具有

4、極低的輸出電阻，動(dòng)態(tài) 特性好，電路簡單，并具有自動(dòng)保護(hù)功能；負(fù)載短路時(shí)調(diào)整管截止，可靠性 高，但效率低，尤其是在小電流時(shí)調(diào)整管需承受很大的電流，損耗過大，因 此在本實(shí)驗(yàn)中不適合此方案。2.1.2方案二：三端集成穩(wěn)壓芯片固定式三端穩(wěn)壓電源(7809)是由輸出腳Vo，輸入腳Vi和接地腳GND組成，它的穩(wěn)壓值為+5V，它屬于CW78xx系列的穩(wěn)壓器，輸入端接電容可以進(jìn)一步的濾波，輸出端也要接電容可以改善負(fù)載的瞬間影響，此電路的穩(wěn)定性也比較好，電路內(nèi)部還有過流過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。2.2電路總原理圖設(shè)計(jì) 電網(wǎng)電壓 電源變壓器整流電路 濾波器 穩(wěn)壓電路 負(fù)載機(jī)械與材料

5、工程學(xué)院專業(yè)課程設(shè)計(jì)3單元電路設(shè)計(jì) 電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。本次課程設(shè)計(jì)的穩(wěn) 壓源是小功率穩(wěn)壓源，它由電源變壓器，整流，濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組 成。各部分的介紹如下：3.1電源變壓器3.1.1變壓器的功能說明 電源變壓器T 的作用是將電網(wǎng)U1=220v，頻率為50hz 的交流電壓變換成整流濾波電 路所需要的交流電壓U2,變壓器的功率比為P2/P1= ，始終 為變壓器的效率。3.1.2設(shè)計(jì)參數(shù)驗(yàn)證仿真電路和仿真結(jié)果如圖3.1.2.1和3.1.2.2所示圖3.1.2.1仿真電路圖3.1.2.2仿真結(jié)果3.1.3理論值與仿真值結(jié)果比較理論值：U2=U1/10=220/15=1

6、4.67V, u2vpp=31.1V仿真值 ：U2=23.452V u2vpp= 32.710V11機(jī)械與材料工程學(xué)院專業(yè)課程設(shè)計(jì)3.2整流電路3.2.1整流電路的功能說明整流電路有多種方式：常用的有單相半波整流，單相橋式整流。單相半波整流電路 簡單易行，所用二極管數(shù)目最少。但是它只利用了交流電壓的半個(gè)周期，所以輸出電壓 很低，交流分量很大（即脈動(dòng)大），效率低，因此本設(shè)計(jì)采用單相橋式整流電路。在穩(wěn)壓電源中，由四個(gè)二極管組成的橋式整流電路，在橋式整流電路中，兩兩輪流導(dǎo)通，所以流經(jīng)每個(gè)二極管的平均電流為： （式3-1）每只整流二極管承受的最大反向電壓為： （式3-2）一般電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍為10%。

7、實(shí)際上選用的二極管的最大整流電流和最高反向 電壓應(yīng)留有大于10%的余量。 橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高，紋波電壓小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時(shí)因電源變壓器在正，負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。3.2.2整流電路的功能仿真仿真電路及仿真結(jié)果如圖3.2.2.1和3.2.2.2所示圖3.2.2.1仿真電路圖3.2.2.2仿真結(jié)果3.2.3理論值與仿真值結(jié)果比較理論值： （式3-3）3.2.4二極管的選取 If0.5I0 UR2U2 脈動(dòng)系數(shù)S=0.673.3濾波電路3.3.1濾波電路的功能說明濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成。濾波電路

8、的形式 很多，為了掌握它的分析規(guī)律，把它分為電容輸入式和電感輸入式。前一種濾波電路多 用于小功率電源中，而后一種濾波電路多用于較大功率電源中。所以本設(shè)計(jì)中采用電容 輸入式濾波電路。為了獲得較好的濾波效果，實(shí)際工作中按照下式選擇濾波電容的容量： RLC（35）0.5T （式3-4）3.3.2濾波電容的選取通常比較多的設(shè)計(jì)根據(jù)電源濾波輸出的波紋系數(shù)這個(gè)公式來計(jì)算濾波電容： C0.289/f×(U/I)×ACv （式3-5）C是濾波電容，單位為F0.289是半波阻性負(fù)載整流電路的波紋系數(shù)推演來的常數(shù)f是整流電路的脈沖頻率，單位是HzU是整流電路的最大電壓，單位是VI是整流電路的最

9、大電流，單位是AACv是波紋系數(shù)，單位是%3.3.3濾波電路的功能驗(yàn)證濾波電路仿真圖及濾波后的波形圖如圖3.3.2.1和3.3.2.2所示圖3.3.2.1仿真電路圖3.3.2.2波形圖 3.4穩(wěn)壓電路3.4.1穩(wěn)壓電路的功能說明  穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)，負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電 壓穩(wěn)定。常用的穩(wěn)壓電路有硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路。串聯(lián)型穩(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，增大反饋電流，在電路中引入負(fù)反饋使輸出電壓更穩(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)。仿真電路如圖3.4.1.1，穩(wěn)壓后電壓如圖3.4.1.2所示。圖3.4.1.

10、1仿真電路圖3.4.1.2穩(wěn)壓后電壓3.4.2 LM7809工作原理特點(diǎn) 用lm78/lm79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號(hào)中的lm78或lm79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如lm7806表示輸出電壓為正6V，lm7909表示輸出電壓為負(fù)9V。如圖3.4.2.1為其內(nèi)部電路圖3.4.2.14單元電路的級(jí)聯(lián)及結(jié)果驗(yàn)證將電源變壓器、整流電路、濾波器、穩(wěn)壓電路依次采用直接耦合的方式連接，就構(gòu)成了完整的直流可變穩(wěn)壓電源的電路圖。如下圖4.1所示。圖4.1電路仿真圖電流輸

11、出范圍如4.2和4.3圖4.2最小輸出電流圖4.3最大輸出電流電壓輸出范圍如圖4.4和4.5圖4.4最小輸出電壓圖4.5最大輸出電壓5設(shè)計(jì)總結(jié)通過本次課程設(shè)計(jì)，我深刻體會(huì)到了自己知識(shí)的匱乏。我深深的感覺到自己知識(shí)的不足，自己原來所學(xué)的東西只是一個(gè)表面性的，理論性的，而且是理想化的。根本不知道在現(xiàn)實(shí)中還存在有很多問題。真正的能將自己的所學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際所用才是最大的收獲，也就是說真正的能夠做到學(xué)為所用才是更主要的。設(shè)計(jì)一個(gè)很簡單的電路，所要考慮的問題，要比考試的時(shí)候考慮的多的多。本設(shè)計(jì)在楊秋芬老師的悉心指導(dǎo)下，利用電源變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器可調(diào)式來設(shè)計(jì)可以輸出09V可變電壓輸出

12、電源。其結(jié)構(gòu)簡單，使用元器 件較少；系統(tǒng)的可靠性好，其精度高，成本低，便于維修，且可作為一個(gè)獨(dú)立的模塊為 其他電子設(shè)備提供電能。 在本設(shè)計(jì)中還利用了LM7809，對(duì) LM7809 調(diào)出來的電壓進(jìn)行測(cè)量。 由于現(xiàn)在的集成芯片的集成度都很高，整個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路都很簡單，主要由一片 LM7809組成。它可以對(duì)人們所需電壓進(jìn)行直接觀察、調(diào)變，這樣 就節(jié)省了調(diào)電壓和測(cè)電壓之間的很多過程，而且它可以在一定范圍內(nèi)變動(dòng)電壓，擁有很廣泛的實(shí)際用途。總之，通過這次課程設(shè)計(jì)，不僅使我對(duì)所學(xué)過的知識(shí)有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)。而且提高了我考慮問題，分析問題的全面性以及動(dòng)手操作能力。使我的綜合能力有了一個(gè)很大的提高。參考文獻(xiàn)1江曉安，董秀峰.模擬電子技術(shù)（第三版）.西安電子科技大學(xué)出版社2康光華.數(shù)字電子技術(shù)（模擬部分）第四版.北京高等教育出版社西安文理學(xué)院機(jī)械與材料工程學(xué)院專業(yè)課程設(shè)計(jì)評(píng)分表學(xué)生姓名：唐瑋專業(yè)班級(jí)：測(cè)控1301學(xué) 號(hào)：0703130121題 目：直流可變穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)評(píng) 價(jià) 項(xiàng) 目（參考）分值得分01態(tài)度端正，能積極、主動(dòng)參與課程設(shè)計(jì)；能很好地與組內(nèi)成員協(xié)同合作完成設(shè)計(jì)；課程設(shè)計(jì)期間不缺勤1502具有一定查閱文獻(xiàn)