模电实验报告.docx

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模电实验报告

模电实验报告

模拟电子电路课程设计报告书

题目名称：

直流稳压电源姓名：

刘海东潘天德班级：

15电科2学号：

2326日期：

2019.6.11

绪论...........................................................................................................................................2一设计目的...............................................................................................................................3二设计要求与指标...................................................................................................................3三理论分析...............................................................................................................................4四器件选择及计算...................................................................................................................9五具体制作步骤.....................................................................................................................12六测试方法.............................................................................................................................13七问题及总结.........................................................................................................................15八心得体会.............................................................................................................................17

绪论

直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。

变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。

整流器把交流电变为直流电。

经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。

本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的+/-5v直流电，并实现电压可在8-15V连续可调。

电源在生活中是非常常见的一种电器，任何电子电路都离不开电源，就像我们下学期即将学到的单片机一样，需要5V的直流电源，没有电源就不能进行正常的工作，如果用干电池进行供电，则有供电功率低，持续供电能力差，成本高等缺点。

而交流电在产生、电能输送等方面具有独特的优点，发电站、各市电网中的电能传输都是以交流电的形式进行输送，如果我们对市电提供的电压进行降压整流等，把交流电转换成直流电，以获得我们所

需要的电压。

一设计目的

1.学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。

2．学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。

3．培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

二设计要求与指标

2.1设计要求

（1）分析电路组成及工作原理；

（2）单元电路设计计算；（3）采用分立元件电路；（4）画出完整电路图；（5）调试方法；（6）小结与讨论。

2.2设计指标

（1）输出电压：

8~15V可调

（2）输出电流：

IO=1A

（3）输入电压：

交流220V+/-10%

（4）保护电流：

IOm=1.2A（5）稳压系数：

Sr=0.05%/V（6）输出电阻：

RO

三理论分析

3.1整体电路分析

工频交流

脉动直流

直流

负

载

交流电经整流滤波电路转换为直流电，再经滤波电路滤去整流输出电压中的纹波，最终输出平稳的直流电。

且输出直流电压可调，输出电流可扩展，输出纹波电压与稳压系数均小于一定值。

3.2单元电路分析3.2.1变压器

Ⅰ、电源变压器是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。

Ⅱ、电源变压器特性参数

1工作频率

变压器铁芯损耗与频率关系很大，故应根据使用频率来设计和使用，

这种频率称工作频率。

2额定功率

在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。

3额定电压

指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。

4电压比

指变压器初级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。

5空载电流

变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。

空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。

对于50Hz电源变压器而言，空载电流基本上等于磁化电流。

6空载损耗：

指变压器次级开路时，在初级测得功率损耗。

主要损耗是铁芯损耗，其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗（铜损），这部分损耗很小。

7效率

指次级功率P2与初级功率P1比值的百分比。

通常变压器的额定功率愈大，效率就愈高。

8绝缘电阻

表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。

绝缘电阻的

高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。

Ⅲ、确定变压器次级电压

由UO=18V

Uimin=UO+UCES取UCES=4V有Ui=22v

'

由Ui=1.2U次得：

U次=

Ui22

==18.3V1.21.2

考虑到最低电压为~220-10%=198V，此时次级应有18.3V，所以正常（~220V）时有：

U次=

220

*18.3=20.3V取U次=20V198

3.2.2整流电路

整流电路是把交流电压转变为直流脉动的电压。

常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式整流等。

我们采用常用的桥式整流

图3.2整流电路

四只整流二极管D1-D4接成电桥的形式，故有电桥的之称u1>0时。

D1,D3导通D2,D4截止电流通路:

由+经D1→RL→D3→-；u1

t

t

图3.3整流前和整流后的波形

3.2.3滤波电路

经过整流后的电压（电流）仍然是有“脉动”的直流电，并不能用为电子产品的电压共给，为了减少波动，滤去整流输出电压中的纹波，从而得到比较平滑的直流电压。

一般用电抗元件组成。

因此滤波又分电容率波和电感滤波。

这里采用电容滤波。

图3.4滤波电路

电容滤波器是利用电容充电和放电来使脉动的直流电变成平稳的直流电。

我们已经知道电容器的充、放电原理设。

在t0时刻接通电源，整流元件的正向电阻很小，可略去不记，在t=t1时，uc达到峰值为

。

此后ui以正弦规律下降直到t2时刻，二极管D不再导电，

电容开始放电，uc缓慢下降，一直到下一个周期。

电压ui上升到和uc相等时，即t3以后，二极管D又开始导通，电容充电，直到t3。

在这以后，二极管D又截止，uc又按上述规律下降，如此周而复始，形成了周期性的电容器充电放电过程。

在这个过程中，二极管D并不是在整个半周内都导通的，从图上可以看到二极管D只在t3到t4段内导通并向电容器充电。

由于电容器的电压不能突变，故在这一小段时

间内，它可以被看成是一个反电动势。

由电容两端的电压不能突变的特点，达到输出波形趋于平滑的目的。

经滤波后输出的波形如图3.6所示。

图3.6直流滤波后的波形

3.2.4稳压电路

三端稳压器：

集成串联型稳压电路有三个引脚，分别为输入端、输出端和公共端，因而称为三端稳压器。

按功能分类

固定式稳压电路：

输出电压不能进行调节，为固定值。

可调式稳压电路：

通过外接元件使输出电压得到很宽的调节范围。

我们采用的3362p-101电位器，作用是用作分压器，电位器是一个连续可调的电阻器，当调节电位器的转柄或滑柄时，动触点在电阻体上滑动。

此时在电位器的输出端可获得与电位器外加电压和可动臂转角或行程成一定关系的输出电压。

3.2.5其他电路

为了方便为负载供电，需要输出插槽。

我们平常用的负载需要的电压用的最多的是±12V,±5V，所以设计时为±12V,±5V各提供3

个输

出插槽，为±9V提供两个输出插槽。

四器件选择及计算

4.1变压器次级电压的计算

由UO=18V

Uimin=UO+UCES取UCES=4V有Ui=22v

'

由Ui=1.2U次得：

U次=

Ui22

==18.3V1.21.2

考虑到最低电压为~220-10%=198V，此时次级应有18.3V，所以正常（~220V）时有：

U次=

220

*18.3=20.3V取U次=20V198

调整管选择

最高输入电压发生在~220+10%=242V此时变压器次级电压U次=22V

‘’

Ui'=1.2UV次=1.2*22=26.4

UCEO=2*26.4=37V取BV=100V极端情况，负载短路，且考虑峰值：

CEO

最大电流：

IOM>=1.5A

'

U=U-UO=26.4-18=8.4VCEi最大管压降：

最大集电极功耗：

PCM=UCE*IOM=8.4*1.5=12.6W取PCM=20W4.2整流桥的选择

因为指标要求输出电流1A，所以整流桥选择常用的2W10型号。

4.3滤波电容的选择

通常认为：

滤波电容越大越好。

这是因为整流特性与时间常数R.C的

值有关，他的数值越大，电容放电越慢，滤波效果越好。

但滤波通常采用的是电解电容，太大将使电源体积增大，成本提高。

我们在电压输入端首先接入一个1000uf的电容，为了防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高电频，电路中接入0.1uf的电容，电容的作用是瞬时增减负载电流时不会引起输出电压有较大的波动。

有了第一级滤波，为了减小电源体积，后面的滤波电解电容采用2200uF。

高频自激抑制电容均采用0.1uF。

4.4稳压管的选择

因为要得到8-15V的电压，选基准电压、稳压管选DZ2=6V，可选稳压管2CWIDZ=10mA

R2=

Ui-UDZ222-6

==1.6KΩ

IDZ210Ui'-UDZ226.4-6===12.75mA

R21.6

IDZM

所以我们选择了TIP41C的稳压芯片。

4.5其他电路选择4.5.1取样电路

UB3=UDZ2+0.7=6+0.7=6.7V

'

R8+RW6.7

==0.37

R7+RW+R818

一般取样电流为30~50mA，取I取样=40mA

R7+RW+R8=

UO18

==450ΩI取样40

'

R8+RW=0.37*450=166.5Ω''R7+RW=450-166.5=283.5Ω

取：

R7=270Ω,R8=150Ω,RW=30Ω可调

4.5.2调整电路

IOM=1.5mA取β1=β2=50IB2=

R9≤IOMβ1β2=1.5=0.6mA50*50有：

Ui-UO22-18==6.6KΩIB20.6

取R9=2kΩ

4.5.3保护电路

取UDZ1=12VR1=Ui-UDZ1=1KΩ10

这里，取UDZ1稳定电流为10mA

取流过R3+R4的电流也为10mA，

R3+R4=UO18==1.8KΩ1010

取UE4=1V，则R4=100Ω，R3=1.6KΩ

当IOM=1.5A时保护，取RO=0.5Ω,URO=1.5*0.5=0.75V

此时，UB4=UE4+UBEQ=1.7V,

可得：

UR6=1V，取R6=1KΩ，R5=11KΩ

元器件列表

五具体制作步骤

5.1设计总线路

5.2根据线路图焊接各个元器件和线路，焊接时一点要牢固，避免虚汗，影响电路的导电，和产品的使用寿命。

尽可能保证焊点的美观。

六测试方法

6.1测试方法

（1）目光检测法：

根据设计的要求和指标，需对成品进行参数的测试。

在进行参数的测量前必须保证元器件的安装没有发生错误。

所以可以用目眼检测的方法进行。

（2）仪器测量法：

设计要求测试电源的稳压系数，内阻，和纹波电压。

这些数据的测试必须用到实验仪器设备。

6.2测试项目

（1）测量稳压系数：

在负载电流为最大时，分别测得输入交流比220V增大和减小10%的输出Δvo，并将其中最大一个代入公式计算Sr，当负载不变时，Sr=ΔVoVI/ΔVIVO。

（2）测量内阻：

在输入交流为220V，分别测得负载电流为0及最大值时的ΔVo，ro=ΔVO/ΔIL。

（3）纹波电压测量：

叠加在输出电压上的交流分量，一般为mV级。

可将其放大后，用示波器观测其峰－峰值△VOP-P；用可用交流毫伏表测量其有效值△VO，由于纹波电压不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定误差

6.2基本检查

在通电前认真检查安装电路，必须对电路进行以下事项的检查：

（1）电源变压器的一次和二次绕组是否搞错，否则将会造成变压器损坏.。

（2）三端稳压器的输入、输出和公共一定要识别清楚，不能搞错。

特别是公共端不能开路，如果开路，很可能导致负载损坏。

（3）或整流桥的引脚和滤波电容器的极性不能接反，否则将会损坏元器件。

（4）检查负载端是否有短路现象。

6.3指标测试

6.3.1稳压系数测试

（1）先将变压器的输入电压调为交流220V，用万用表的直流电压档

分别测量电源的各个输出端/

（2）将变压器的输入端调至交流244V，重复上述操作。

（3）将变压器的输入端调至交流198V，重复上述操。

6.3.2测量内阻

（1）不接负载，直接用万用表直流档测量电源输出端的电压

（2）在±12V输出端外接一个电位器，使电流达到规定的最大电流1A，用万用表直流档测量输出端口的电压得到的电压值

6.3测量纹波电压

（1）将电源的±12V输出端接一电阻使电流达到最大的1A，用示波器接±12V输出端口的两极，观察波形，读取其峰－峰值△OP-P，

（2）不撤电阻，用交流毫伏表接±12V输出端口的两极.

七问题及总结

7.1总结

7.1.1稳压系数是表征稳压电源应对输入电压的波动而保持输出电压稳定的能力。

稳压系数越小，表示稳定电压的能力越强。

所以一个电源的稳压系数越小表示其性能越好。

经试验测量和计算得到制作的电源稳压系数为0.0083，小于设计要求的5﹪。

所以设计的电源是符合要求的。

7.1.2内阻也是电源质量好坏的一个重要的指标，它表征的是电源接负载的能力，内阻越小，接负载时分得的电压越小，从而保证接大电

流负载时能够保证有足够的输出电压，保证负载能够正常工作。

经测量和计算得到电源正负输出的内阻分别为2.28Ω和1.76Ω，这个内阻非常的小，说明接负载的能强。

7.1.3纹波电压时加在直流电压上的交流成分，其大小决定于滤波电路设计的质量，决定于滤波电容的值是否足够，纹波电压越小，说明输出的直流波形越平。

经测量得到纹波电压为△OP-P=3mV，有效值为1.3mV。

△OP-P小于设计要求的5mV，所以设计是符合要求的。

7.2遇到的问题

7.2.1焊接时因为电烙铁的温度过高，把电路板的铜箔烧毁，从而导致焊接难度增加，需要另外设计元器件的放置位置。

7.2.2由于元器件种类多，需要我们自行XX使用方法和接入的正确接口，比如稳压管的三个端口与三极管的三个端口位置略有不同，如果事先不XX了解，那么就有可能会导致电路焊接错误，从而烧毁元器件。

7.2.3焊接过程中由于锡条的问题，会出现器件与器件之间接触不良的情况，还有焊接过程中由于操作不当导致虚焊，这些都是会导致整个电路不能正常运行的一些外界因素。

7.2.4接入220V电压时，没有看清楚正负极而接错正负极，从而烧毁电阻。

7.2.5初次测试时发现结果与指标差距很大，但却无从下手，不知如何修改，需要询问同学和自行XX。

八心得体会

这次课程设计给我带来了很大的收获，让我学到了很多，第一次用PCB做电子产品,不仅掌握了简单的电子电路的设计与制作，也掌握了一些芯片的原理与作用。

总体来说，这次电源的制作是比较成功的。

因为我制作的这个电源稳压系数比较的小，能够很好的保持电源输出的稳定，内阻比较的小，接负载的能力也比较的强。

纹波电压也不高。

在接电路之前，一定要通过查资料把电路中的每个元件的作用弄明白和把每个芯片的管脚的功能弄清楚，明白每个元件的各个管脚与它哪里相对应。

在电路设计中，应该仔细认证，从中我们可以学到很多东西，可以提高自己发现问题解决问题的能力，使自己的动手能力有一定的提高。

出现故障时要积极面对，在检查线路时一定要有耐心，不要因为麻烦就放弃。

遇见错误要一步一步的按照原理图来，先一步一步的测试，然后整体测试。

不要没顺序没条理，这里测一下那里测一下，最后又什么都没查出来，那样既浪费了时间又浪费了精力。

这次电源的制作我不是一次性成功的，我做了两次，中间甚至因为找不出错误的原因差点放弃，经过同学的一些指点，很快找出了错误之处，从而修改过来，这告诉我们，在遇到问题之时，不能自暴自弃，只有静下心来，耐心的检查自己的线路是否正确，元器件是否有焊接错误，只有这样才能最终完成整个课程设计。

总得来说，这次课程设计不仅提高了自己的动手能力，和独立解决问题的能力，还学到了很多新的知识。

最后，课程设计是对上课理论内容的实际操作检验，通

过直流稳压电源的设计，加强了知识的整合、分析，解决为题，进一步体会课程内容的真正用途，加强对课程的重视度，进一步了解所学知识的实际应用。

在设计的同时也深感课本知识的重要性，使用性，学好知识的必要性。