串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源課程設計報告

-.z.模擬電子技術課程設計報告學院電子信息與電氣工程學院專業(yè)電子信息科學與技術班級**********學生*****************************指導教師****串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源一、主要指標和要求1、輸出電壓：8~15V可調2、輸出電流：I0=1A3、輸入電壓：交流220V+/-10%4、保護電流：I0m=1.2A5、穩(wěn)壓系數(shù)：Sr=0.05%/V6、輸出電阻：R0<0.5Ω7、交流分量（波紋電壓）：<10mV二、方案選擇及電路工作原理分析電路組成及工作原理；我們所設計的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源為小功率電源，它將頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉化為幅值穩(wěn)定、輸出電流為1A以下的可調直流電壓。交流電經過電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉換成穩(wěn)定的直流電壓，其方框圖如圖1所示。電源變壓器電源變壓器是利用電磁感應原理，將輸入的有效值為220V的電網電壓轉換為所需的交流低電壓。變壓器的副邊電壓有效值由后面電路的需要決定。整流電路整流電路的任務是將經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，除了應滿足功率要求外，它的次級輸出電壓的有效值Ｖ2應略高于要求穩(wěn)壓電路輸出的直流電壓值。對于高質量的穩(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。工作原理單相橋式整流電路是最基本的將交流轉換為直流的電路，如圖（a）所示。在分析整流電路工作原理時，整流電路中的二極管是作為開關運用，具有單向導電性。根據(jù)圖1（a）的電路圖可知：當正半周時，二極管D1、D3導通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。當負半周時，二極管D2、D4導通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。在負載電阻上正、負半周經過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。參數(shù)計算輸出電壓是單相脈動電壓，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載的脈動電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動電壓做傅里葉分析，此時諧波分量中的二次諧波幅度最大。脈動系數(shù)S定義為二次諧波的幅值與平均值的比值。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，故廣泛應用于直流電源之中。濾波電路濾波的基本概念濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現(xiàn)濾波。電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應該并聯(lián)在負載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L應與負載串聯(lián)。經過濾波電路后，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，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質量。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4所示，在負載電阻上并聯(lián)了一個濾波電容C。濾波原理若V2處于正半周，二極管D1、D3導通，變壓器次端電壓V2給電容器C充電。此時C相當于并聯(lián)在V2上，所以輸出波形同V2，是正弦波。當V2到達t=/2時，開始下降。先假設二極管關斷，電容C就要以指數(shù)規(guī)律向負載ＲL放電。指數(shù)放電起始點的放電速率很大。在剛過t=/2時，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過t=/2時二極管仍然導通。在超過t=/2后的*個點，正弦曲線下降的速率越來越快，當剛超過指數(shù)曲線起始放電速率時，二極管關斷。所以在t2到t3時刻，二極管導電，Ｃ充電，Vi=Vo按正弦規(guī)律變化；t1到t2時刻二極管關斷，Vi=Vo按指數(shù)曲線下降，放電時間常數(shù)為RLC。需要指出的是，當放電時間常數(shù)RLC增加時，t1點要右移，t2點要左移，二極管關斷時間加長，導通角減?。环粗?，RLC減少時，導通角增加。顯然。當RL很小，即IL很大時，電容濾波的效果不好。反之，當RL很大，即IL很小時，盡管C較小,RLC仍很大,電容濾波的效果也很好。所以電容濾波適合輸出電流較小的場合。此外，為了進一步減小負載電壓中的紋波，電感后面可再接一個電容而構成倒L型濾波電路或采用π型濾波電路，分別如圖5（a）和圖5(b)所示。電容濾波電路參數(shù)的計算電容濾波電路的計算比較麻煩，因為決定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細的曲線可供查閱，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，近似認為VO=1.2V2。穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路選用可調式三端集成穩(wěn)壓器CW317。該集成塊有輸入端Ｖi、輸出端Ｖo、和可調端ADJ三個端頭。它的組成和分立元件穩(wěn)壓電路一樣，主要由恒流源電路、基準電壓電路、比較放大電路、調整管及保護電路組成。在實際應用時，只要外接Ｒ1和Ｒ2兩個電阻就能實現(xiàn)所需要的穩(wěn)壓值。當Ｒ2用電位器Ｒw代替時，就可以實現(xiàn)輸出電壓可調的穩(wěn)壓電源，電壓可調圍為1.25V～37V。在圖5所示的實驗電路中，三端穩(wěn)壓器的輸入端并接了一個電容Ｃ3，是為了消除電路可能產生的自激振蕩。穩(wěn)壓電源的主要性能指標衡量一個穩(wěn)壓源的主要性能指標有：電壓調節(jié)圍、電壓調整率ＳV、電流調整率Ｓi、輸出電阻r0、紋波抑制比Ｓrip。它們的定義如下：電壓調節(jié)圍：是指可調式穩(wěn)壓電源的最大輸出電壓Ｖoma*與最小輸出電壓Ｖomin之間的圍。電壓調整率Ｓv：是指負載不變時，電網電壓的相對變化量與由此引起的輸出電壓的相對變化量之比，即電流調整率Ｓi：是指輸入電壓不變而負載變化時，負載電流Ｉo在規(guī)定的圍變化而引起的輸出電壓的相對變化量，即輸出電阻ro：就是穩(wěn)壓電源的阻。它可以通過測量電源空載時的輸出電壓Ｖo'和接入負載ＲL時的輸出電壓Ｖo而求得，即紋波抑制比Ｓrip：是指穩(wěn)壓電源對交流紋波的抑制能力。定義為電源的輸入紋波電壓Ｖi~與輸出紋波Ｖo~之比值。常用dB值表示。即三、單元電路設計計算，元器件選擇，電路原理圖，元器件明細表單元電路設計計算確定變壓器次級電壓考慮到最低電壓為~220-10%=198V，此時次級應有15V，所以正常（~220V）時有：元器件參數(shù)選擇調整管選擇最高輸入電壓發(fā)生在~220+10%=242V此時變壓器次級電壓U次=18.7V極端情況，負載短路，且考慮峰值：取BVCEO=100V最大電流：IOM>=1.2A最大管壓降：最大集電極功耗：選基準電壓、穩(wěn)壓管選DZ1=6.2V，可選穩(wěn)壓管2CWIDZ=10mA取樣電路一般取樣電流為30~50mA，取調整電路IOM=1.5mA取β1=β2=50有：取R2=2kΩ保護電路取這里，取UDZ1穩(wěn)定電流為10mA取流過R3+R4的電流也為10mA，取UE4=1V，則R4=100Ω，R3=1.6KΩ當IOM=1.2A時保護，取RO=0.6Ω,URO=1.2*0.6=0.72V電路原理圖元器件明細表直流穩(wěn)壓電源萬用板×19013×36V穩(wěn)壓管×1TIP41C配散熱片，螺絲×1電阻/Ω1.6K×12K×10.6×1150×1270×130可調電阻×1電容1000uf×10.01uf×2220uf×1四、安裝、調試中遇到的問題，解決的方法及實驗效果在安裝過程中，我們首先在電路板上，畫出電路圖的草圖，然后在電路板上進行焊接元器件，由于電路板線路很窄，所以需要特別小心。第一次焊接時，不小心把三極管短路了，再三檢查電路后，重新?lián)Q了一個三極管來焊接。焊接要可靠，不能有虛焊、短路。在調試過程中，需要檢查元器件安裝、連接是否正確，晶體管管腳、二極管方向、電解電容極性是否接對，電源正、負端是否正確，電源數(shù)值是否符合要求。用表測量電源二端的直流電阻，判斷是否有短路情況。注意電路中的電流過大，從而會導致元器件的燒壞。分塊電路調試步驟：變壓器電路的調試。在所設計的變壓器電路的輸入端分別輸入不同大小的交流電源電壓，輸出端接入一電壓表，觀測輸出端電壓表的讀數(shù)，與理論輸出值（即由輸入電壓作用下的輸出電壓值）進行比較，若兩數(shù)值相等或相近，則所涉及的變壓器單元電路通過測試；否則，需重新對該單元電路進行設計（在兩數(shù)值差別不大的情況下，也可通過直接改變電路參數(shù)設置來進行優(yōu)化和再設計）。直至兩參數(shù)值相等。整流電路的調試。在所設計的整流電路的輸入端分別輸入不同大小的交流電源電壓，在整流電路的輸出端接入一示波器，觀測輸出電壓的波形，與理想波形進行比較，如兩波形相同，則所設計的整流單元電路通過測試；否則，需重新對該單元電路進行設計和調試，直至達到理想波形。整流電路的調試。在所設計的整流電路的輸入端分別輸入不同大小的交流電源電壓，在整流電路的輸出端接入一示波器，觀測輸出電壓的波形，與理想波形進行比較，如兩波形相同，則所設計的整流單元電路通過測試；否則，需重新對該單元電路進行設計和調試，直至達到理想波形。穩(wěn)壓電路調試。在所設計的穩(wěn)壓電路的輸入端輸入濾波電路的輸出電壓，在穩(wěn)壓電路的輸出端接入一示波器，觀測輸出電壓波形，與理想波形進行比較，如兩波形相同，則所設計的濾波單元電路通過測試；否則，需重新對該單元電路進行設計和調試，直至達到理想波形。整體電路調試：在單元電路設計完成并通過調試后，就可以進行整體電路的設計和調試了。整體電路的方針必須是在整體電路設計完成并經過初步檢查后方可進行。對所創(chuàng)建的整體電路功能進行測試，包括以下幾項：測試直流穩(wěn)壓電源各級電壓，觀察各級電壓的波形。驗證直流穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓功能，測試直流穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓系數(shù)。在整體電路通過調試、優(yōu)化并得到滿意的結果后，此次課程設計的任務就基本完成了。五、電路性能指標測試結果，是否滿足要求，對成果的評價電路性能指標實驗測試結果：測量數(shù)值降壓后的電壓輸入電壓Ui最大輸出電壓Uo最小輸出電壓Uo輸出電流Io第一次調試13.93V16.56V15.03V14.24V1.24A第二次調試15.04V18.08V16.78V14.24V1.67A保護電流Iom=1.2A輸出電阻=12Ω輸出電阻=10Ω比較技術指標和實驗測試結果，在一定的誤差圍，電路設計性能指標滿足設計要求。調節(jié)滑動變阻器的阻值，測量得到的輸出電壓稍微偏大，可調節(jié)的電壓圍較小，最小只有14.24V。經過一系列的改動和多次實驗測試，這次的實驗成果雖然還有一些指標不是非常滿意，還需要改進，總的來說是不錯的。實際成果電路圖及測試結果：六、收獲、體會及改進意見經過兩個星期的模擬電子技術課程設計過程，我們學到了很多東西，對一學期以來所學的電子方面的知識也有更加深刻的理解，也對我們自己在模擬電子方面的能力有了更客觀的認識和評價。在這次設計過程中，我們從最基本的查元器件，找資料做起，了解了完整的電子設計的一般步驟，也和同學們共同探討，學到了很多課堂上學不到的東西，也遇到了各種各樣從沒想過的問題，通過請教老師，和同學交流，并真的解決了它們，可以說是為我們以后在電子領域的發(fā)展做了一些有益的嘗試。同時也使我們增加了對電子方面知識的興趣，也從中發(fā)現(xiàn)了我們自己的一些不盡如人意的地方，以后要多改進和提高。通過這次課程設計使我們懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。我們掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用儀器、儀表；了解了電路的連線方法；如何的設計電路，焊接電路；以及如何提高電路的性能等等，掌握了可調直流穩(wěn)壓電源構造及原理。在設計的過程中遇到的問題，可以說得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。實驗過程中，也對團隊精神的進行了考察，讓我們在合作起來更加默契，在成功后一起體會喜悅的心情。果然是團結就是力量，只有互相之間默契融洽的配合才能換來最終完美的結果。相信以后我們會以更加積極地態(tài)度對待學習、對待生活。我們的激情永遠不會結束，相反，我們會更加努力，努力的去彌補自己的缺點，發(fā)展自己的優(yōu)點，去充實自己，只有在了解了自