穩(wěn)壓電源的課程設(shè)計報告

1多路輸出直流穩(wěn)壓電源設(shè)計這次課程設(shè)計是在教師指導(dǎo)下獨立查閱資料、設(shè)計、安裝和調(diào)試特定功能的電子電路。綜合設(shè)計實驗對于提高我們學(xué)生的電子工程素質(zhì)和科學(xué)實驗?zāi)芰?。直流穩(wěn)壓電源有許多優(yōu)異的特性，為獲得可靠的直流穩(wěn)壓電源，一個經(jīng)濟可行的辦法是將我國目前使用的220v市電通過一定的方法轉(zhuǎn)換為我們需要的直流電。我們此次的實驗設(shè)計任務(wù)就是設(shè)計一個有一定可靠性的多路直流穩(wěn)壓電源。我們本次課程設(shè)計的設(shè)計電路中使用了變壓器、集成穩(wěn)壓器、二極管、電容、電阻、電位器等元件，并完成了多路輸出電壓，實驗表明，通過對電路的測試或?qū)﹄娐穲D的仿真分析，測試結(jié)果達到了可以進行電壓幅實用并且滿足一定設(shè)計要求的多路直流穩(wěn)壓電源方，以到關(guān)鍵字：變壓器；整流橋；濾波；整流二極管2 42.電路工作原理分析、方案論證和確定 52.1設(shè)計主要性能指標 52.2設(shè)計方案選擇 52.3方案確定 63.單元電路原理 63.1電源變壓器 63.2整流電路 73.3濾波電路 93.4穩(wěn)壓電路 4.參數(shù)計算及器件選擇 4.1集成穩(wěn)壓器的選擇 4.2整流二極管及濾波電容的選擇 5.調(diào)試 5.1PSpice仿真分析 6.課程設(shè)計心得體會 8.元件清單 31緒論在本學(xué)期開設(shè)的《電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分)》第十章中，我們學(xué)習(xí)了直流穩(wěn)壓電源，通過學(xué)習(xí)我們了解到，在電子線路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。小功率穩(wěn)壓電源是由(圖1-1)電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成。0-0-濾波0-0-濾波圖1-1集成直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)圖其中，交流電網(wǎng)220V的電壓通過電源變壓器將變?yōu)槲覀冃枰碾妷褐担缓笸ㄟ^整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾波，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還是會隨電網(wǎng)電壓波動、負載和溫度等的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還須接穩(wěn)壓電路，此次集成直流電源的課程設(shè)計，要求輸出+5、±12V以及+3～+9V連續(xù)可調(diào)的電壓，全部過程(從構(gòu)思設(shè)計到實物制作及性能調(diào)試)都將由我們自行完成，這就需要我們不僅熟悉了解課本上的知識，還要學(xué)會將理論知識應(yīng)用到我們的實踐中，并學(xué)會利用因此，動手參與設(shè)計直流穩(wěn)壓電源能鞏固、深化和擴展學(xué)生的理論知識與初步的專業(yè)技能，為以后的專業(yè)學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。除此之外，通過課程設(shè)計，使學(xué)生在理論計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工程繪圖、查閱設(shè)計資料、標際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計思想，理論聯(lián)系實際的工作作風(fēng)，嚴肅認真、實事42電路的設(shè)計要求和方案的選擇輸出電壓Vo及最大輸出電流lomax:I檔V?=±12V對稱輸出，Iomax=10Ⅲ擋V?=(+3～+9)V連續(xù)可調(diào)，lomax=200mA);紋波電壓：△Vop-p≤5mA;設(shè)計要求：最重要的就時選好穩(wěn)壓器，方案如下：(RP)組成電壓輸出調(diào)節(jié)電路，它的輸入電壓V?=±15V,輸出電路為一定值，輸出電壓可調(diào)范圍為0.1~1.5A。,它可以連續(xù)輸出±1.25V~±12V的電壓。這種方法的連線組成比較簡單，它適用于輸出連續(xù)可調(diào)的電壓，但調(diào)節(jié)的時候不容易控制輸出電壓。5方案二：采用固定式三端集成穩(wěn)壓器固定式三端穩(wěn)壓器的常見產(chǎn)品及典型應(yīng)用此類穩(wěn)壓器有三個引出端：輸入端、輸出端和公共端。根據(jù)其輸出電壓極性可分為固定正輸出集成穩(wěn)壓器(CW78系列)和固定負輸出集成穩(wěn)壓器(CW79系列)。型(表示輸出電流為1.5A)、CW78MXX型(表示型(表示輸出電流為0.1A)。后面兩位數(shù)字XX表示輸型。利用固定輸出集成穩(wěn)壓器可組成各種應(yīng)用電路。方案三：采用LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器以及78、79系列穩(wěn)壓電源同方案一中，LM317可以輸出+3~+9V的正相電壓且穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流，過熱保護電路，而7805可以輸出穩(wěn)定的+5V電壓、7812和7912可以分別輸出+12和-12V的電壓，將三路電路并聯(lián)連接即可。相較方案一而言，此電路在制作上難度有所下降原理結(jié)構(gòu)簡單，所以該電源電路應(yīng)采用LM317以及78、79系列集成穩(wěn)壓器。它分為三2.3方案確定從手工操作及可行性上考慮，我們選擇方案三。3單元電路原理集成穩(wěn)壓電源可簡化成四部分(圖3—1)6濾波+濾波++LL電路電路電路電路 圖3-1直流穩(wěn)壓電源框圖及各級輸出波形3.1電源變壓器電源變壓器將來自電網(wǎng)的220V交流電壓U?變換為整流電路所需要的交流電壓U?。如果不考慮變壓器的損耗，可以認為一個理想的變壓器次級負載消耗的功率也就是初級從電源取得的電功率。變壓器能根據(jù)需要通過改變次級線圈的圈數(shù)而改變次級電壓，由于變壓器存在著鐵損與銅損，所以它的輸出功率永遠小于輸入功率。電源變壓器的效率其中：P?是變壓器副邊的功率，P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P?效率η因此，當(dāng)算出了副邊功率P?后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率P。實際電路中我們選擇一個中間帶抽頭的多路輸出穩(wěn)壓器，其輸出電壓分別是(交流)12V、5V、20V。分別對應(yīng)78系列，79系列和317穩(wěn)壓器。3.2整流電路71.單相橋式整流電路如圖(3—2)所示，四只整流二極管D?~D?接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。單相橋式整流電路的工作原理為簡單起見，二極管用理想模型來處理，即正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。Tr二b二圖3—2整流電路圖在v?的正半周，電流從變壓器副邊線圈的上端流出，只能經(jīng)過二極管D?流向RL,再由二極管D?流回變壓器，所以D?、D?正向?qū)?，D?、D?反偏截止。在負載上產(chǎn)生一個極性為上正下負的輸出電壓。其電流通路可用圖中實線箭頭表示。在v?的負半周，其極性與圖示相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，只能經(jīng)過二極管D?流向RL,再由二極管D?流回變壓器，所以D?、D?反偏截止，D?、D?正向?qū)āｋ娏髁鬟^RL時產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負，與正半周時相同。其電流通路如圖中虛線箭頭所示。綜上所述，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⑺膫€二極管分為兩組，根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導(dǎo)通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負載電阻的上端相連，負極性端與負載電阻的下端相連，使負載上始終可以得到一個單方向的脈動單相橋式整流電路常畫成圖3—3所示的簡化形式。圖3—3單相橋式整流電路簡化圖結(jié)合上述分析，可得橋式整流電路的工作波形如圖5。8圖3—4橋式整流電路的工作波形中QL62A～L的額定電流為2A,最大反向電壓為25～1000V。LC濾波RC或LCπ型濾波適應(yīng)小電流負載適應(yīng)大電流負載9圖3-5RC濾波電路壓U3中的大部分紋波加以慮除，一得到較平緩的直流電壓U1圖3-6電容濾波電路中二極管的電流和導(dǎo)通角由于穩(wěn)壓電路發(fā)生波動、負載和溫度發(fā)生變化，濾波電路輸出的直流電壓會隨著變化。因此，為了維持輸出電壓穩(wěn)定不變，還需加一級穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素(電網(wǎng)電壓、負載、環(huán)境溫度)等發(fā)生變化時，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組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)集成穩(wěn)壓器的種類很多，在小功率穩(wěn)壓電源中，普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。按照輸武漢理工大學(xué)《模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計說明書出電壓類型可分為固定式和可調(diào)式，此外又可以分為正電壓輸出和負電壓輸出兩種類型。按照設(shè)計要求本設(shè)計要用到可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。其常見產(chǎn)品有CW317、CW337、續(xù)可調(diào)的負電壓，可調(diào)范圍為1.2～37V,最大輸出電流為1.5A。此外三端集成穩(wěn)器還有78系列和79系列。如下圖是78系列的外形和接線圖。78系列又分三個子系列，即78xx,78Mxx,78Lxx.其主要差別在于輸出電流和外形，78xx輸出電流為1.5A,78Mxx輸出電流為0.5A,而78Lxx的輸出電流為0.1A.79系列和78系列的外形相似但是接續(xù)不一樣，79的1端接地，2端接負的輸入，3端為輸出。固定式三端穩(wěn)壓器的引腳圖及典型應(yīng)用電路C。采用漏電流小的鉭電容)說明：穩(wěn)壓器輸入端的電容C?用來進一步消除紋波，此外，輸出端的電容C。與C?起到了頻率補償?shù)淖饔?，能防止自激振蕩，從而使電路穩(wěn)定工作。調(diào)節(jié)電路，輸出電壓U?≈1.25(1+Rw/R?),R?的值為120～240Ω,流經(jīng)R?的泄放電容C?可以進一步消除紋波，電容C?與C。還能起到相位補償作用，以防止電路產(chǎn)生自激振蕩。電容C?與Rw并聯(lián)組成濾波電路。R?=200Ω,Rw=2kΩ,D?用IN4007參數(shù)計算及器件選擇武漢理工大學(xué)《模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計說明書選擇集成穩(wěn)壓器：集成穩(wěn)壓器選用CW317,其輸出電壓范圍為：U。=1.2~37V,最大輸出電流lomx為1.5A。所確定的穩(wěn)壓電源電路如圖4-1所示。集成穩(wěn)壓器的輸出電壓Uo應(yīng)與穩(wěn)壓電源要求的輸出電壓的大小及范圍相同。穩(wěn)壓器的最大允許電流lom<lomax,穩(wěn)壓器的輸入電壓范圍為：在圖可求/R?),R?圖4-1輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電源選擇電源變壓器Uomax+(Ui-Uo)min≤Ui≤Uomin+(U?≥Uimin/1.1=12/1.1=則變壓器的副邊輸出功率P?為P?≥I?U?=6W由表1知，變壓器的效率η=0.7,則原邊輸入功率P?≥P?/η=8.57W。為留有余地，故選用功率為10W的變壓器。所以變壓器選用12V/10W的即可。4.2整流二極管及濾波電容的選擇IN4001的反向擊穿電壓URM≥50V,額定工作電流ID=1A,故整流二極管選用IN4001。則濾波電容C為因此我們可以采用4700μF的電容。對于78、79系列的電路圖，如下圖所示：TT圖4-278、79系列穩(wěn)壓輸出n圾這次仿真分析我選用的是PSpice軟件，它是一種基于PC平臺的電子設(shè)計軟件，具有方便、實用的人機圖形界面。它能提供各種電子元器件和常用儀器儀表，是設(shè)計、運行和驗證電子線路的理想仿真軟件。新建一個PSpiceProject,按照步驟把電路圖畫在模板中，但是由于元件選擇和對因為之前模電的實驗考試做的是直流穩(wěn)壓電源，所以覺得會很簡單，而實際做起來發(fā)現(xiàn)并非想象中的那么簡單。實驗也不知道失敗了多少次，但最終還是有所成功的?，F(xiàn)在覺得，作設(shè)計就應(yīng)該有種踏實的態(tài)度，簡單也好，難做也罷，只要我們靜下心有了最初的單元電路，翻模電課本在結(jié)合自做仿真的時候，本來想先熟悉一下EWB用它來做仿真的，但是掌握了EWB的基本用法之后，發(fā)現(xiàn)其元件庫所含元件太少，尤其是其中沒有LM317,集成穩(wěn)壓器很難找到，所以我又改用了PSPICE來做仿真，但是，由于時間倉促，而且完全不熟悉這個仿真軟并了解了直流穩(wěn)壓電源的系統(tǒng)方案論證與選擇和各模塊方案設(shè)計與論證，讓我們更進一通過此次設(shè)計，我深刻的體會到只有在實踐計過程中我查看了一些參考書目本次設(shè)計的不足在與雖然原理清楚了，但對于實際電通過此次設(shè)計，也培養(yǎng)了我們的專業(yè)學(xué)習(xí)能握了一些基本的使用專業(yè)軟件的能力，為我們以后的專業(yè)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。但是，由于設(shè)計是安排在期末考試左右，又是第一生了一定的沖突，很多問題來不及細細思考，只是依葫蘆畫瓢的做，在作報告時花了很多不時間，值得我們在下一次的課程設(shè)計中好好改進，對7參考文獻周政新.《電子設(shè)計自動化實踐與訓(xùn)練(第三版)》.北京：中國民航出版社，2002童詩白.《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第二版)