直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法

1、精選文檔 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)和測(cè)試（一）設(shè)計(jì)目的1、學(xué)習(xí)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法；2、研究直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案；3、掌握直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)和內(nèi)阻測(cè)試方法；（二）設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)1、技術(shù)指標(biāo)：要求電源輸出電壓為±12V（或±9V /±5V），輸入電壓為交流220V，最大輸出電流為Iomax=500mA，紋波電壓VOP-P5mV，穩(wěn)壓系數(shù)Sr5%。2、 設(shè)計(jì)基本要求（1） 設(shè)計(jì)一個(gè)能輸出±12V/±9V/±5V的直流穩(wěn)壓電源；（2） 擬定設(shè)計(jì)步驟和測(cè)試方案； （3） 根據(jù)設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)好電路，選好元件及參

2、數(shù)；（4） 要求繪出原理圖，并用Protel畫出印制板圖； （5） 在萬能板或面包板或PCB板上制作一臺(tái)直流穩(wěn)壓電源；（6） 測(cè)量直流穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻；（7） 測(cè)量直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)、紋波電壓；（8） 撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。3、設(shè)計(jì)擴(kuò)展要求 （1）能顯示電源輸出電壓值，00.0-12.0V； (2) 要求有短路過載保護(hù)。（三）設(shè)計(jì)提示1、設(shè)計(jì)電路框圖如圖所示穩(wěn)壓電路若使用分離元件要有取樣、放大、比較和調(diào)整四個(gè)環(huán)節(jié)，晶體管選用3DD或3DG等型號(hào)；若用集成電路選78XX和79XX穩(wěn)壓器。測(cè)量穩(wěn)壓系數(shù)：在負(fù)載電流為最大時(shí)，分別測(cè)得輸入交流比220V增大和減小10%的輸出vo，并將其中最大一個(gè)代入公式計(jì)算

3、Sr，當(dāng)負(fù)載不變時(shí)，Sr=VoVI/VIVO。測(cè)量?jī)?nèi)阻：在輸入交流為220V，分別測(cè)得負(fù)載電流為0及最大值時(shí)的Vo，ro=VO/IL。紋波電壓測(cè)量：疊加在輸出電壓上的交流分量，一般為mV級(jí)?？蓪⑵浞糯蠛?，用示波器觀測(cè)其峰峰值VOP-P；用可用交流毫伏表測(cè)量其有效值VO，由于紋波電壓不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定誤差。2、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備自耦變壓器一臺(tái)、數(shù)字萬用表、交流毫伏表、面包板或萬能板、智能電工實(shí)驗(yàn)臺(tái)、示波器3、設(shè)計(jì)用主要器件 變壓器、整流二極管、集成穩(wěn)壓器（7812/7912/7809/7909/7805/7905）、電容、電阻若干3、參考書電工學(xué)電子工業(yè)出版社；晶體管直流穩(wěn)壓電源遼寧

4、科技出版社； 電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試華中科技大學(xué)出版社 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)高等教育出版社（四）設(shè)計(jì)報(bào)告要求1、選定設(shè)計(jì)方案；2、擬出設(shè)計(jì)步驟，畫出電路，分析并計(jì)算主要元件參數(shù)值；3、列出測(cè)試數(shù)據(jù)表格。4、調(diào)試總結(jié)。（五）設(shè)計(jì)總結(jié)1、總結(jié)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法和運(yùn)用到的主要知識(shí)點(diǎn)，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較。2、總結(jié)直流穩(wěn)壓電源主要參數(shù)的測(cè)試方法。 目錄 設(shè)計(jì)任務(wù)書 2 第一章 緒論 5 第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證及分析 7 2.1 概述 7 2.2 設(shè)計(jì)目的 7 2.3 設(shè)計(jì)任務(wù) 9 2.4 設(shè)計(jì)要求 9 2.5 電路原理分析 9 2.6 設(shè)計(jì)方案的選擇與論證 10 2.7 直流穩(wěn)壓

5、電源的參數(shù)設(shè)計(jì)方法 11 第三章 單元電路的設(shè)計(jì) 14 3.1 電源變壓器 14 3.2 整流電路 14 3.3 濾波電路 16 3.4 穩(wěn)壓電路 19 第四章 制作與調(diào)試 20 4.1 安裝與檢查22 4.2 焊接技術(shù) 22 4.3 穩(wěn)壓電源各項(xiàng)性能指標(biāo)的測(cè)試23 4.4 誤差分析 24 第五章 結(jié)論和心得 25 第六章 謝辭 27附錄 27 附錄A 主要器材28 附錄B 原理圖 29 參考文獻(xiàn) 30 第一章 緒論 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，課程地顯著特點(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

6、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)模擬電子技術(shù)這門課程的要求所做的，同時(shí)也將學(xué)到的理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。 電源技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。當(dāng)今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電子技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時(shí)也給電源提出了更高的要求。隨著數(shù)控電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作時(shí)產(chǎn)生的誤差，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的精確度。電源在使用時(shí)會(huì)造成很多不良后果，世界各國(guó)紛紛對(duì)電源產(chǎn)品提出了不

7、同要求并制定了一系列的產(chǎn)品精度標(biāo)準(zhǔn)。只有滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，才能夠進(jìn)入市場(chǎng)。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品才能獲得進(jìn)出的通行證。 電源可分為交流電源和直流電源，它是任何電子設(shè)備都不可缺少的組成部分。交流電源一般為220V、50Hz電源，但許多家用電器設(shè)備的內(nèi)部電路都要采用直流電源作為供電能源，如收音機(jī)、電視機(jī)、帶微處理器控制的家電設(shè)備等都離不開這種電源。直流電源又分為兩類：一類是能直接供給直流電流或電壓的，如電池、蓄電池、太陽(yáng)能電池、硅光電池、生物電池等，本文不做具體介紹；另一類是將交流電變換成所需的穩(wěn)定的直流電流或電壓的，這類變換電路統(tǒng)稱為直流穩(wěn)壓電源?，F(xiàn)在所使用的大多數(shù)電子設(shè)備中，幾乎

8、都必須用到直流穩(wěn)壓電源來使其正常工作，而最常用的是能將交流電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定直流電壓的直流電源，可見直流穩(wěn)壓電源在電子設(shè)備中起著主要作用，為設(shè)備能夠穩(wěn)定工作提供保證。 電子設(shè)備中都需要穩(wěn)定的直流電源，功率較小的直流電源大多數(shù)都是將50HZ的交流電經(jīng)過電源變壓器，整流，濾波和穩(wěn)壓這四個(gè)基本部分后獲得。整流電路用來將交流電壓變換為單向脈動(dòng)的直流電壓；濾波電路用來濾除整流后單向脈動(dòng)電壓中的交流成分，使之成為平滑的直流電壓；穩(wěn)壓電路的作用是將當(dāng)輸入交流電源電壓的波動(dòng)、負(fù)載和溫度的變化時(shí)，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。 由于集成穩(wěn)壓器具有體積小、重量輕、使用方便和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來越廣泛。國(guó)產(chǎn)的穩(wěn)壓器種

9、類很多，主要分為兩大類。穩(wěn)壓器中的調(diào)整元件工作在線性放大狀態(tài)的稱為線性穩(wěn)壓器，調(diào)整元件工作在開關(guān)狀態(tài)的稱為開關(guān)穩(wěn)壓器。在電子儀器儀表中，經(jīng)常要求有穩(wěn)定的直流電源，所以在整流濾波后面，通常需要接直流穩(wěn)壓電路。 本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源，是一種將220V交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓輸出的直流電源裝置，主要是采用一些簡(jiǎn)單的電子元件即可，它是有電源變壓器，整流電路，濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)部分組成。 通過本次設(shè)計(jì)能使我們對(duì)電子工藝的理論有了更進(jìn)一步的系統(tǒng)了解。我們了解到了設(shè)計(jì)小電子產(chǎn)品的一些常規(guī)方法，以及培養(yǎng)了我們團(tuán)隊(duì)合作的能力，在討論設(shè)計(jì)方案，計(jì)算元件參數(shù)，購(gòu)買元件，制作電路板，安裝調(diào)試方面都體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)的力量

10、。 本次課程設(shè)計(jì)的課題是直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)和調(diào)試，本課程設(shè)計(jì)將就直流穩(wěn)壓電源電路的工作原理、參數(shù)計(jì)算、元件選取、電路調(diào)試等做詳細(xì)的介紹和說明。第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證及分析 2.1 概 述220V經(jīng)電源變壓器降為約+24V的交流電，先經(jīng)過D1整流橋和電容C1進(jìn)行和C2整流后分別經(jīng)過穩(wěn)壓芯片U1、U2分別得到+12V和-12V的一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的直流電壓。為提高輸出電壓的穩(wěn)定系數(shù)，對(duì)電子濾波器的性能進(jìn)行了改善，電源調(diào)整管采用復(fù)合管的形式。分別在整流濾波和穩(wěn)壓后加電容C3、C4、C5、C6實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償,防止高頻自激振蕩和抑制高頻干擾。為了減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾分別加電容C7、C8。

11、當(dāng)輸入端時(shí)，為保護(hù)穩(wěn)壓芯片加D3、D4。并且還在輸出端加了D1,D2兩個(gè)發(fā)光二極管，來檢測(cè)電路是否正常工作，為了防止由于電流過大，講發(fā)光二極管擊穿，特用了兩個(gè)電阻來進(jìn)行保護(hù)。經(jīng)過一系列的改善如：減小輸出電壓紋波系數(shù)，達(dá)到優(yōu)良的濾波效果等，是最終電路達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。2.2設(shè)計(jì)目的1、 學(xué)習(xí)小功率直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法。2、 掌握小功率直流穩(wěn)壓電源有關(guān)參數(shù)的測(cè)試方法。3、通過集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，要求學(xué)會(huì)： (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)壓電路的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法。(3)通過電路的設(shè)計(jì)可以加深對(duì)該課程知識(shí)的理

12、解以及對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用。2.3設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一波形直流穩(wěn)壓電源，滿足：(1)當(dāng)輸入電壓在220V±10%時(shí)，輸出直流電壓為±12V，輸出直流電流d的最大為500mA；(2)輸出紋波電壓小于5mV，穩(wěn)壓系數(shù)小于5%，輸出內(nèi)阻小于0.1歐。2.4設(shè)計(jì)要求直流穩(wěn)壓電源的基本要求：(1)合理的選擇電源變壓器；(2)合理選擇集成穩(wěn)壓器；(3)完成全電路理論設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助分析與仿真、安裝調(diào)試、繪制電路圖；(4)撰寫設(shè)計(jì)使用說明書。(5)穩(wěn)壓電源在輸入電壓為220，50HZ. 電壓變化范圍為+10%-10%條件下： a. 輸出直流電壓為+12/-12； b.  最大輸

13、出電流為:Iomax500mA； c.  紋波電壓(峰-峰值) 5mV(最低輸入電壓下，滿載)； d. 具有過流保護(hù)及短路保護(hù)功能； e. 畫出總體設(shè)計(jì)框圖，以說明直流穩(wěn)壓電源有哪些相對(duì)獨(dú)立的功能模塊組成，標(biāo)出各個(gè)模塊之間的聯(lián)系、變化，并以文字對(duì)原理作輔助說明。設(shè)計(jì)各個(gè)功能模塊的電路圖，加上原理說明。選擇合適的元器件，接線驗(yàn)證、調(diào)試各個(gè)功能模塊的電路，在接線驗(yàn)證時(shí)設(shè)計(jì)、選擇合適的輸入信號(hào)和輸出方式，在充分電路正確性同時(shí)，輸入信號(hào)和輸出方式要便于電路的測(cè)試和故障排除。在驗(yàn)證各個(gè)功能模塊基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)電路的元器件和布線，進(jìn)行合理布局，進(jìn)行直流穩(wěn)壓電源整個(gè)電路的調(diào)試。

14、2.6設(shè)計(jì)方案的選擇與論證小功率穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)部分組成，如圖2.1所示。負(fù)載穩(wěn)壓電路濾波電路整流電路變壓器 （a） u1 u2 u3 uI （b）整流與穩(wěn)壓過程圖2.1穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過程方案一：簡(jiǎn)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)，因而具有極低的輸出電阻，動(dòng)態(tài)特性好，電路簡(jiǎn)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。方案二：輸出可調(diào)的開關(guān)電源；開關(guān)電源的功能元件工作在開關(guān)狀態(tài)，因而效率高，輸出功率大；且容易實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)與過

15、流保護(hù)，但是電路比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)繁瑣，在低輸出電壓時(shí)開關(guān)頻率低，紋波大，穩(wěn)定度極差，因此在本實(shí)驗(yàn)中不適合此方案。方案三：由固定式三端穩(wěn)壓器（7812）組成由固定式三端穩(wěn)壓器（7812）輸出腳V0、輸入腳Vi和接地腳GND組成，它的穩(wěn)壓值為+12V，它屬于CW78*系列的穩(wěn)壓器，輸入端接電容可以進(jìn)一步濾波，輸出端接電容可以改善負(fù)載的瞬間影響，此電路比較穩(wěn)定。根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，本實(shí)驗(yàn)采用方案三。2.6電路原理分析直流穩(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，基本框圖如圖2.2所示。各部分的作用： 圖2.2（1）電源變壓器T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要的交

16、流電壓U2。變壓器副邊與原邊的功率比為P2/ P1=，式中是變壓器的效率。（2）整流濾波電路：整流電路將交流電壓U1變換成脈動(dòng)的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓U0。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等，如圖2.3所示。 圖2.3 整流橋?qū)⒔涣麟妷篣2變成脈動(dòng)的直流電壓，再經(jīng)濾波電容C濾波紋波，輸出直流電壓U0。U0與交流電壓U2的有效值u2的關(guān)系為 U0=（1.1-1.2）u2每只整流二極管承受的最大的方向電壓Vrm=U2通過每只二極管的平均電流I=0.5Ir=0.45U2/R式中,R 為整流電路的負(fù)載電阻.它為電容C提供放電回路,RC放電時(shí)間常數(shù)

17、應(yīng)滿足RLC(3-5)T/2式中,T為50HZ交流電壓的周期,即20ms.（3）電壓輸出穩(wěn)壓器由于輸入電壓U1發(fā)生波動(dòng)、負(fù)載和溫度發(fā)生變化時(shí)，濾波電路輸出的直流電壓UI會(huì)隨著變化。因此，為了維持輸出電壓UI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）發(fā)生變化時(shí)，能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所組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 2.7直流穩(wěn)壓電源的參數(shù)設(shè)計(jì)方法穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，是根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo、輸出電流Io、輸出紋波電壓Uop-p等性能指標(biāo)要求，正確地確定出變壓

18、器、集成穩(wěn)壓器、整流橋和濾波電路中所用元器件的性能參數(shù)，從而合理的選擇這些器件。直流穩(wěn)壓電源的參數(shù)設(shè)計(jì)可以分為以下三個(gè)步驟：根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo、最大輸出電流Iomax，確定穩(wěn)壓器的型號(hào)及電路形式。根據(jù)穩(wěn)壓器的輸入電壓，確定電源變壓器副邊電壓u2的有效值U2；根據(jù)穩(wěn)壓電源的最大輸出電流I0max，確定流過電源變壓器副邊的電流I2和電源變壓器副邊的功率P2；根據(jù)P2，從表1查出變壓器的效率，從而確定電源變壓器原邊的功率P1。然后根據(jù)所確定的參數(shù)，選擇電源變壓器。確定整流橋的正向平均電流ID、整流橋的最大反向電壓和濾波電容的電容值和耐壓值。根據(jù)所確定的參數(shù)，選擇整流橋和濾波電容。設(shè)計(jì)參數(shù)如下

19、： 選擇三端集成穩(wěn)壓器，確定電路形式集成穩(wěn)壓器選用L7812cv(1.5A,12V)及PJ7912(1.5A,-12V)，其輸出電壓范圍為：Uo=12V和-12V。所確定的穩(wěn)壓電源電路如圖2.4所示。 圖2.4 選擇電源變壓器 電源變壓器有很多種：有降壓的、有升壓的，在這次的設(shè)計(jì)中我用的是降壓變壓器，它的作用是將來自電網(wǎng)的220V交流電壓u1變?yōu)檎麟娐匪枰慕涣麟妷簎2。，其中：是變壓器副邊的功率，是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率如表1所示：表1 小型變壓器的效率 副邊功率 效率0.60.70.80.85因此，當(dāng)算出了副邊功率后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率。U1和U2的取值決定了相

20、關(guān)器件及參數(shù)的選擇，一般情況下，U1應(yīng)比U0高3V左右（太小影響穩(wěn)壓，太大穩(wěn)壓器功耗大，易受熱損壞）。故可取U1=12+3=15V，考慮電網(wǎng)電壓10%的波動(dòng)，最終取U1=16.7V,由 UL=（1.1-1.2）V2,變壓器次有效值u2 為u2=U1/1.1=15.2V，但因本設(shè)計(jì)輸出電壓為12V，故變壓器輸出電壓U2=18V，即變比為0.7，但在實(shí)際過程中，由于商家沒有，選購(gòu)了輸出為24V的。選用整流橋和濾波電容整流橋：整流輸出電壓平值 =21.6V 二極管平均電流 =0.327A二極管最大反向壓 =33.94V故整流橋選用2W06W(1A,50V)保護(hù)二極管選IN4001(1A,50V)濾波

21、電容：RLC(3-5)T/2,則C1=5T/2RL, 式中T為交流電源周期，T=20ms， RL 為C1右邊的等效電阻，應(yīng)去最小值，由于Imax=500mA,因此 RL =U1/Imax=33,所以C1=C2=1515f,可見C1的容量較大，應(yīng)選電解電容，受規(guī)格限制，電容的耐壓要25V,故濾波電容C取容量為2200uF，耐壓為25V的電解電容。 發(fā)光二極管的保護(hù)電阻選用470.第3章 單元電路設(shè)計(jì) 3.1 電源變壓器 過整流電路將交流變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)的直流壓含有較的紋波，必須通過濾波電路加以濾波，從而得到平滑的直流電壓。電源變壓器的作用是將交流220V的電壓變?yōu)樗璧碾妷褐?，然?/p>

22、通過的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載何溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載何溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。3.2 整流電路 利用二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⒔涣麟妷海娏鳎┳兂蓡蜗蛎}動(dòng)電壓（電流）的電路，稱為整流電路。交流電分為三相交流電和單相交流電，在小功率電路中一般采用單相半波、全波、橋式整流電路和倍壓整流電路。本節(jié)主要研究單相橋式整流電路，對(duì)于倍壓整流電路及全波整流電路，可通過相應(yīng)參考書來了解。 為簡(jiǎn)化分析，假定二極管是理想器件，即當(dāng)二極管承受正向電壓時(shí)，將其作為短路處理；當(dāng)承受反向電壓時(shí)，將其作為開路處理。單相橋式整流電路為了保留全

23、波整流電路效率高、脈動(dòng)系數(shù)小的優(yōu)點(diǎn)而克服其反向電壓高的缺點(diǎn)，若使二極管承受的反向電壓和半波電路一樣，比全波整流電路減少一半，使二極管成本下降，可在此基礎(chǔ)上多用幾只二極管，如圖3.1所示電路就基本解決了上述問題。 圖3.1 單相橋式整流電路1）電路組成及工作原理 橋式整流電路由四只二極管組成的一個(gè)電橋，電橋的兩組相對(duì)節(jié)點(diǎn)分別接變壓器二次繞組和負(fù)載。這種電路有三種畫法，如圖所示。在工作時(shí)，D1、D2與D3、D4兩兩輪流導(dǎo)通。在u2正半周，二極管D1和D2正向?qū)?，而D3、D4反向截止，形成負(fù)載電流i0，i0流通路徑為：aD1RLD2ba，u0=u2；在u2的負(fù)半周，二極管D3和D4正向?qū)?，而D1

24、、D2反向截止，形成負(fù)載電流i0，i0流通路徑為：bD3RLD4ab， u0=u2。 由此可見，不論哪兩只二極管導(dǎo)通，負(fù)載電流的方向都始終保持不變。電路各處電壓、電流波形如圖3.2 所示。2）輸出電流電壓U0 由橋式整流電路的波形可知，其輸出電壓及流過二極管的電流與全波整流的波形相同： U0=0.9U2 3）整流二極管的選擇 由橋式整流電路的波形可知，每只二極管截止時(shí)所承受的反向電壓為變壓器副邊電壓峰值，因此，各二極管所承受的最大反向電壓為 URM=U2 雖然是全波整流，由于二極管仍然是只有半個(gè)周期導(dǎo)通。此值與半波整流電路相同，負(fù)載上的電流是這個(gè)數(shù)值的2倍。 ID=I0/2 圖3.2 單相橋式

25、整流電路的波形圖3.3濾波電路 經(jīng)過整流后，輸出電壓在正負(fù)方向上沒有變化，但輸出電壓波形仍然保持正弦波的形狀，起伏很大。為了能夠得到平滑的直流電壓波形，需要有濾波的措施。在直流電源上多是利用電抗元件對(duì)交流信號(hào)的電抗性質(zhì)，將電容器或電感器與負(fù)載電阻恰當(dāng)連接而構(gòu)成濾波電路。電容有通高頻、阻低頻的作用，將其直接并在整流電路后面，可以讓高頻電流通過電容流回電源，從而減少了流入負(fù)載的高頻電流，降低了負(fù)載電壓的高頻成分，減小了脈動(dòng)。下面討論電容濾波電路的工作原理，為討論問題的方便，我們以半波整流電容濾波電路為例進(jìn)行分析，電路如圖3.3所示。 圖3.3 單向半波整流電容濾波電路及其波形圖（1）工作原理 設(shè)u

26、2波形如圖3.3（b）所示，未接電容時(shí)，輸出電壓如圖3.3（b）中的虛線所示。在u2正半周，設(shè)u2由零上升，二極管D導(dǎo)通，u0=u2，此時(shí)電源對(duì)電容充電，由于充電時(shí)間常數(shù)很小，電容充電很快，所以電容上升的速度完全跟得上電源電壓的上升速度，uC=u2。當(dāng)u2上升到峰值時(shí)，電容充電達(dá)到1.4U2，二極管D截止，隨后u2下降，電容C向負(fù)載RL放電，放電時(shí)間常數(shù)為RLC，其值較大，所以電容電壓下降的速度比u2下降到速度慢得多，此時(shí)負(fù)載電壓靠電容C的放電電流來維持，u0=uC。當(dāng)電容放電到b點(diǎn)時(shí)，uCu2，二極管D又導(dǎo)通，電容又被充電。充電至1.4U2后，又放電。如此重復(fù)進(jìn)行，就得到輸出電壓的波形如圖3

27、.3（b）中實(shí)線所示。由圖可見，經(jīng)電容濾波后，負(fù)載電壓變得平穩(wěn)，且平均值提高了。橋式整流電容濾波電路的原理與半波時(shí)相同，其電路和波形如圖3.4所示。 圖3.4 單相橋式整流電容濾波電路及其波形圖（2） 輸出直流電壓 在有濾波電容的整流電路中，要對(duì)其輸出直流電壓進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算是很困難的，工程上一般按下列經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算。當(dāng)電容的容量足夠大，滿足RLC（35）T/2（T為電網(wǎng)電壓的周期）時(shí)， 對(duì)于半波整流電容濾波： U0 U2 對(duì)于全波或橋式整流電容濾波： U01.2 U2 （3）濾波電容的選擇 為了得到比較好的濾波效果，在實(shí)際工作中常根據(jù)下式選擇濾波電容的容量。 對(duì)于半波整流： RLC（35）T

28、 對(duì)于全波或橋式整流： RLC（35）T/2 由于電容值比較大，約為幾十至幾千微法，一般選用電解電容，接入電路時(shí)，注意極性不要接反，電容器的耐壓值應(yīng)大于1.4U2 。（4）整流二極管的選擇 對(duì)于半波整流濾波電路：ID=I0 ，URM=1.4U2 對(duì)于全波或橋式整流電容濾波電路：ID=I0/2 ，橋式整流URM=U2 ，全波整流URM=2.8U2 由圖3.3、圖3.4可見，加上電容濾波，流過整流管的電流變成脈沖電流，由于電源接通的瞬間，電容相當(dāng)于短路，有一個(gè)很大的沖擊電流流過二極管，其瞬間值可以是正常工作時(shí)的好幾倍，故在選擇整流管最大允許的正向平均電流時(shí)，應(yīng)留有充分的裕量，一般選IF = （2

29、3）ID 。 3.4 穩(wěn)壓電路 集成三端穩(wěn)壓器具有體積小，外圍元件少，調(diào)整簡(jiǎn)單，使用方便且性能好，穩(wěn)定性高，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得越來越廣泛的應(yīng)用。 常見的有固定式和可調(diào)式兩類集成三端穩(wěn)壓器，內(nèi)部多以串聯(lián)型穩(wěn)壓電源為主，還有適當(dāng)?shù)倪^流、過熱等保護(hù)電路。一般固定式較便宜，可調(diào)式較貴，性能也好些，功率相對(duì)也較大。故本次設(shè)計(jì)采用固定式三端穩(wěn)壓器。 主要有7800系列（輸出正電壓）和7900系列（輸出負(fù)電壓）。后兩位數(shù)字通常表示輸出電壓的大小。圖3.5是外形圖和電路符號(hào)。加散熱片后允許功耗達(dá)到7.5W，普通型穩(wěn)壓器最大輸出電流為1. 5A。 圖3.5 固定式集成三端穩(wěn)壓器外形及電路符號(hào)1. 基本應(yīng)用

30、電路 圖3.6所示為基本應(yīng)用電路。具體型號(hào)應(yīng)根據(jù)輸出電壓大小和極性選擇。VI和VO間的差壓，即|VIVO|（35）V。圖中C1用于抑制芯片自激，應(yīng)盡量靠近穩(wěn)壓器管腳；C2用于限制芯片高頻帶寬，減小高頻噪聲。如果對(duì)輸出要求高，還應(yīng)接10F以上的電解電容作濾波用。 圖3.6 固定式三端穩(wěn)壓器基本應(yīng)用電路2. 擴(kuò)展應(yīng)用電路 圖3.7是正負(fù)電壓輸出型穩(wěn)壓電路。圖3.8（a）、（b）是輸出電壓擴(kuò)展電路的兩種類型。 圖3.7 正負(fù)輸出穩(wěn)壓電路 圖3.8 輸出電壓擴(kuò)展電路第4章 制作與檢測(cè)4.1安裝與檢查對(duì)電路進(jìn)行組裝：按照自己設(shè)計(jì)的電路，在在通用板上焊接。焊接完畢后，應(yīng)對(duì)照電路圖仔細(xì)檢查，看是否有錯(cuò)接、漏

31、接、虛焊的現(xiàn)象。對(duì)安裝完成的電路板的參數(shù)及工作狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量，以便提供調(diào)整電路的依據(jù)。經(jīng)過反復(fù)的調(diào)整和測(cè)量，使電路的性能達(dá)到要求。安裝前應(yīng)檢查元器件的質(zhì)量，安裝是特別要注意電解電容、集成芯片等主要器件的引腳和極性，不能接錯(cuò)。從輸入級(jí)開始向后級(jí)安裝。 開始安裝穩(wěn)壓電源，檢查萬能板內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確定其內(nèi)部的電氣連接屬性1) 檢查元器件看是否有損壞，或者不符合規(guī)格的，要及時(shí)更換。2) 安裝一個(gè)元器件，先要用尖嘴鉗將其引腳成型，然后用鑷子把引腳放入孔內(nèi)高度要適中，符合電氣標(biāo)準(zhǔn)完畢后，要用萬用表測(cè)量元器件引腳和電路板之間是否接觸良好，然后再安裝下一個(gè)元器件。3) 對(duì)于導(dǎo)線要用斜口鉗切成適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度，然后成型安裝

32、安裝時(shí)必須采用絕緣良好的絕緣導(dǎo)線,在畫連線的時(shí)候要取好元件與元件的距離.連接的時(shí)候線與線之間不能交叉。4) 應(yīng)避免元器件損壞的發(fā)生，插元器件時(shí)候要垂直插拔以免行成不必要的損壞。 一最后結(jié)果沒有出來的原因主要有以下情況：1.操作不當(dāng)（如布線錯(cuò)誤等）2.設(shè)計(jì)不當(dāng)（如電路出現(xiàn)險(xiǎn)象等）3.元器件使用不當(dāng)或功能不正常4.儀器（主要指數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱）和集成元件本身出現(xiàn)故障。二檢查故障的方法主要有以下一些：1.查線法：由于在實(shí)驗(yàn)中大部分故障都是由于布線錯(cuò)誤引起的，因此，在故障發(fā)生時(shí)，復(fù)查電路連線為排除故障的有效方法。應(yīng)著重注意：有無漏線、錯(cuò)線，導(dǎo)線與插孔接觸是否可靠，集成電路是否插牢、集成電路是否插反等。2

33、.觀察法：用萬用表直接測(cè)量各集成塊的Vcc端是否加上電源電壓；輸入信號(hào)，時(shí)鐘脈沖等是否加到實(shí)驗(yàn)電路上，觀察輸出端有無反應(yīng)。重復(fù)測(cè)試觀察故障現(xiàn)象，然后對(duì)某一故障狀態(tài)，用萬用表測(cè)試各輸入/輸出端的直流電平，從而判斷出是否是插座板、集成塊引腳連接線等原因造成的故障。3.信號(hào)注入法在電路的每一級(jí)輸入端加上特定信號(hào)，觀察該級(jí)輸出響應(yīng)，從而確定該級(jí)是否有故障，必要時(shí)可以切斷周圍連線，避免相互影響。4.信號(hào)尋跡法在電路的輸入端加上特定信號(hào)，按照信號(hào)流向逐線檢查是否有響應(yīng)和是否正確，必要時(shí)可多次輸入不同信號(hào)。5.替換法對(duì)于多輸入端器件，如有多余端則可調(diào)換另一輸入端試用。必要時(shí)可更換器件，以檢查器件功能不正常所

34、引起的故障。4.2 焊接技術(shù)l 結(jié)合萬能板的結(jié)構(gòu)原理合理安排集成塊和元器件的位置，為了美觀大方要求各元件盡可能的保持在同一條直線上；l 合理布局，安裝前要對(duì)整機(jī)線路進(jìn)行合理布局，一般按照電路的順序一級(jí)一級(jí)地布線，連線盡可能短。l 從整個(gè)板來說是否美觀好看，關(guān)鍵是導(dǎo)線的布置，所以布線要注意整齊，集成塊相鄰管腳之間盡量不布線。這樣便于調(diào)整與測(cè)試工作的順利進(jìn)行。注意： 安裝前應(yīng)檢查元器件的質(zhì)量，安裝是特別要注意電解電容、集成芯片等主要器件的引腳和極性，不能插錯(cuò)。從輸入級(jí)開始向后級(jí)安裝。 4.3 穩(wěn)壓電源各項(xiàng)性能指標(biāo)的測(cè)試一、電路的調(diào)試與檢測(cè)1) 靜態(tài)調(diào)試 當(dāng)連好電路板的線路時(shí)，先不要急著通電，而因該

35、從以下幾個(gè)方面進(jìn)行檢測(cè)：A、對(duì)照原理圖，用萬用表一一檢查線路的各個(gè)接口是否接通，是否有短路、斷路或漏接的現(xiàn)象，如果有，因該及時(shí)改好電路連線。B、對(duì)照原理圖，檢查各元件是否接正確。2) 動(dòng)態(tài)調(diào)試接通220V的電源，用數(shù)字萬用表對(duì)所設(shè)計(jì)的電路實(shí)物進(jìn)行測(cè)試，得到正電源輸出電壓為+12.14V，負(fù)電源輸出電壓為-12.08V 3) 技術(shù)指標(biāo)測(cè)量及誤差分析二、 技術(shù)指標(biāo)測(cè)量、測(cè)量穩(wěn)壓系數(shù)，先調(diào)節(jié)自藕變壓器使輸入的電壓增加10%，即Vi=242V, 測(cè)量此時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓Vo1；再調(diào)節(jié)自藕變壓器使輸入減少10%，即Vi=198, 測(cè)量此時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓Vo2, 然后測(cè)量出Vi=220V時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓Vo

36、, 則穩(wěn)壓系數(shù) Sv= = .輸出電壓與最大輸出電流的測(cè)試測(cè)試電路如圖4.1 圖4.1 穩(wěn)壓電源性能指標(biāo)的測(cè)試電路 測(cè)試過程是：先調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓增加 10%，即Vi=242V，測(cè)量此時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓VO1；再調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓減少 10%，即Vi=198V，測(cè)量此時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓VO2，然后再測(cè)出Vi=220V時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓VO，則穩(wěn)壓系數(shù)SV=（VO/VO）/（Vi/Vi） =220/（242-198）（VO1-VO2）/VO根據(jù)上述測(cè)量方法，可對(duì)正負(fù)雙電源進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如下：當(dāng)Vi=198V時(shí)，測(cè)得數(shù)據(jù)為：VO1+=11.97 V， V01-=-11.96V當(dāng)Vi=2

37、42V時(shí)，測(cè)得數(shù)據(jù)為：VO2+=12.10V， VO2-=-12.06V當(dāng)Vi=220V時(shí)，測(cè)得數(shù)據(jù)為： VO+=12.14V， VO-=-12.08V由以上所測(cè)數(shù)據(jù)，可得穩(wěn)壓系數(shù)為： Sr+ =（VO/+VO+）/（Vi/Vi） =220/（242-198）（VO1+-VO2+）/VO+ -0.05354Sr- =（VO-/VO-）/（Vi/Vi）= 0.04139 （3）輸出電阻的測(cè)量 按圖4.1所示連接電路，保持穩(wěn)壓電源的輸入電壓，在不接負(fù)載RL時(shí)測(cè)出開路電壓Uo1 =12.14V，此時(shí)Io1=0，然后接上負(fù)載RL，測(cè)出輸出電壓Uo2=12.16V和輸出電流Io2=0.49A，則輸出電阻為： =0.0408（4）紋波電壓的測(cè)試 用示波器觀察Uo的峰峰值，（此時(shí)Y通道輸入信號(hào)采用交流耦合AC），測(cè)量Uop-p的值（約4mV）。4.4 誤差分析1）、誤差計(jì)算+Vcc%=（12.14-12.00）/12.00=1.167%-Vcc%=(-12.08+12.00）/-12.00=0.667