电气普招二班董晓杰课程设计.docx
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电气普招二班董晓杰课程设计
中州大学工程技术学院
模拟电路课程设计
设计题目:
串联直流稳压电路
专业:
电气工程及其自动化
姓名:
董晓杰
班级:
09级电气普招2班
学号:
200925030223
指导老师:
黄传金
2010年6月16日
前言
由于电子技术的特性,电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能,而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。
提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。
直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。
直流稳压电源又称直流稳压器。
它的供电电源大都是交流电源,当交流供电电源的电压或负载电阻变化时,稳压器的直接输出电压都能保持稳定。
稳压器的参数有电压稳定度、纹波系数和响应速度等。
前者表示输入电压的变化对输出电压的影响。
纹波系数表示在额定工作情况下,输出电压中交流分量的大小;后者表示输入电压或负载急剧变化时,电压回到正常值所需时间。
直流稳压电源分连续导电式与开关式两类。
前者由变压器把单相或三相交流电压变到适当值,然后经整流、滤波,获得不稳定的直流电源,再经稳压电路得到稳定电压(或电流)。
这种电源线路简单、纹波小、相互干扰小,但体积大、耗材多,效率低(常低于40%~60%)。
后者以改变调整元件(或开关)的通断时间比来调节输出电压,从而达到稳压。
这类电源功耗小,效率可达85%左右。
所以,80年代以来发展迅速。
从工作方式上可分为:
①可控整流型。
用改变晶闸管的导通时间来调整输出电压。
②斩波型。
输入是不稳定的直流电压,以改变开关电路的通断比得到单向脉动直流,再经滤波后得到稳定直流电压。
③变换器型。
不稳定直流电压先经逆变器变换成高频交流电,再经变压、整流、滤波后,从所得新的直流输出电压取样,反馈控制逆变器工作频率,达到稳定输出直流电压的目的。
董晓杰
2010年6月16日
目录
一、设计题目1
二、设计要求1
三、设计思路1
四、设计方案1
五、剖析计算6
六、测试要求8
七、注意事项8
八、误差分析8
九、数据处理9
十、心得体会10
十一、参考资料11
直流稳压电源
一、设计题目
通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试,要求学会:
(1)选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源;
(2)掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。
(3)学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。
二、设计要求
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。
学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。
培养实践技能,提高分析和解决实际问题的能力。
1.设计串联直流稳压电源电路图
2.计算输出电压和输出点调节范围
3.测量稳压系数
4.测量纹波电压
5.测量稳压电阻
6.具有过流保护功能
三、设计思路
直流稳压电源由电源变压器T、整流、滤波和稳压电路四部分组成,其原理框图如图1所示。
电网供给的交流电压U1(220V,50Hz)经电源变压器降压后,得到符合电路需要的交流电压U2,然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压U3,再用滤波器滤去其交流分量,就可得到比较平直的直流电压Ui。
但这样的直流输出电压,还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。
在对直流供电要求较高的场合,还需要使用稳压电路,以保证输出直流电压更加稳定。
四、设计方案
(1)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。
(2)整流电路:
利用单向导电元件,把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。
(3)滤波电路:
可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除,从而得到比较平滑的直流电压。
(4)稳压电路:
稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定,不随交流电网电压和负载的变化而变化。
整流电路常采用二极管单相全波整流电路,电路如图2所示。
在u2的正半周内,二极管D1、D2导通,D3、D4截止;u2的负半周内,D3、D4导通,D1、D2截止。
正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL,且方向是一致的。
电路的输出波形如图3所示。
图4是由分立元件组成的串联型稳压电源的电路图。
其整流部分为单相桥式整流、电容滤波电路。
稳压部分为串联型稳压电路,它由调整元件(晶体管V1);比较放大器V2、R7;取样电路R1、R2、RP,基准电压VD、R3和过流保护电路V3管及电阻R4、R5、R6等组成。
整个稳压电路是一个具有电压串联负反馈的闭环系统,其稳压过程为:
当电网电压波动或负载变动引起输出直流电压发生变化时,取样电路取出输出电压的一部分送入比较放大器,并与基准电压进行比较,产生的误差信号经T2放大后送至调整管V1的基极,使调整管改变其管压降,以补偿输出电压的变化,从而达到稳定输出电压的目的。
图4由分立元件组成的串联型稳压电源的电路图
图5由运放组成的串联型稳压电源的电路图
稳压电源的主要性能指标:
输出电压U0和输出电压调节范围
调节RW可以改变输出电压U0。
2、最大负载电流I0m
3、输出电阻R0
输出电阻R0定义为:
当输入电压UI(指稳压电路输入电压)保持不变,由于负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流变化量之比,即
4、稳压系数S(电压调整率)
稳压系数定义为:
当负载保持不变,输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比,即
由于工程上常把电网电压波动±10%做为极限条件,因此也有将此时输出电压的相对变化△U0/U0做为衡量指标,称为电压调整率。
5、纹波电压
输出纹波电压是指在额定负载条件下,输出电压中所含交流分量的有效值(或峰值)。
W7800、W7900系列三端式集成稳压器的输出电压是固定的,在使用中不能进行调整。
W7800系列三端式稳压器输出正极性电压,一般有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V七个档次,输出电流最大可达1.5A(加散热片)。
同类型78M系列稳压器的输出电流为0.5A,78L系列稳压器的输出电流为0.1A。
若要求负极性输出电压,则可选用W7900系列稳压器。
图6为W7800系列的外形和接线图。
它有三个引出端
输入端(不稳定电压输入端)标以“1”
输出端(稳定电压输出端)标以“3”
公共端标以“2”
除固定输出三端稳压器外,尚有可调式三端稳压器,后者可通过外接元件对输出电压进行调整,以适应不同的需要。
本实验所用集成稳压器为三端固定正稳压器W7812,它的主要参数有:
输出直流电压U0=+12V,输出电流L:
0.1A,M:
0.5A,电压调整率10mV/V,输出电阻R0=0.15Ω,输入电压UI的范围15~17V。
因为一般UI要比U0大3~5V,才能保证集成稳压器工作在线性区。
图6W7800系列外形及接线图
图7是用三端式稳压器W7812构成的单电源电压输出串联型稳压电源的实验电路图。
其中整流部分采用了由四个二极管组成的桥式整流器成品(又称桥堆),型号为2W06(或KBP306),内部接线和外部管脚引线如图8所示。
滤波电容C1、C2一般选取几百~几千微法。
当稳压器距离整流滤波电路比较远时,在输入端必须接入电容器C3(数值为0.33μF),以抵消线路的电感效应,防止产生自激振荡。
输出端电容C4(0.1μF)用以滤除输出端的高频信号,改善电路的暂态响应。
图7由W7815构成的串联型稳压电源
图8(a)圆桥2W06图8(b)排桥KBP306
图8 桥堆管脚图
图9为正、负双电压输出电路,例如需要U01=+15V,U02=-15V,则可选用W7815和W7915三端稳压器,这时的UI应为单电压输出时的两倍。
图9正、负双电压输出电路 图9输出电压扩展电路
五、剖析计算
当集成稳压器本身的输出电压或输出电流不能满足要求时,可通过外接电路来进行性能扩展。
图八是一种简单的输出电压扩展电路。
如W7812稳压器的3、2端间输出电压为12V,因此只要适当选择R的值,使稳压管DW工作在稳压区,则输出电压U0=12+Uz,可以高于稳压器本身的输出电压。
图10是通过外接晶体管T及电阻R1来进行电流扩展的电路。
电阻R1的阻值由外接晶体管的发射结导通电压UBE、三端式稳压器的输入电流Ii(近似等于三端稳压器的输出电流I01)和T的基极电流IB来决定,即
式中:
IC为晶体管T的集电极电流,它应等于IC=I0-I01;β为T的电
流放大系数;对于锗管UBE可按0.3V估算,对于硅管UBE按0.7V估算。
图10输出电流扩展电路
附:
(1)图11为W7900系列(输出负电压)外形及接线图
图11W7900系列外形及接线图
(2)图12为可调输出正三端稳压器W317外形及接线图。
图12W317外形及接线图
输出电压计算公式
最大输入电压 UIm=40V
输出电压范围 U0=1.2~37
六、测试要求
(1)测试并记录电路中各环节的输出波形。
(2)测量稳压电源输出电压的调整范围及最大输出电流。
(3)测量输出电阻Ro。
(4)测量稳压系数。
用改变输入交流电压的方法,模拟Ui的变化,测出对应的输出直流电压的变化,则可算出稳压系数SV.(注意:
用调压器使220V交流改变±10%。
即ΔUi=44V)
(5)用毫伏表可测量输出直流电压中的交流纹波电压大小,并用示波器观察、记录其波形。
(6)分析测量结果,并讨论提出改进意见。
七、注意事项
(1)焊接时要对各个功能模块电路进行单个测试,需要时可设计一些临时电路用于调试。
(2)测试电路时,必须要保证焊接正确,才能打开电源,以防元器件烧坏。
(3)按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。
八、误差分析
1、综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有:
①测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差;
②电流表内阻串入回路造成的误差;
③测得纹波电压时示波器造成的误差;
④示波器,万用表本身的准确度而造成的系统误差
2、可以通过以下的方法去改进此电路:
①减小接触点的微小电阻;
②根据电流表的内阻对测量结果可以进行修正;
③测得纹波时示波器采用手动同步;
④采用更高精确度的仪器去检测;
九、数据处理
1.输出电压可调:
表一
有载
空载
Umin
Umax
10V
9.25V
12.67V
10V
9.02V
12.66V
2.测试结果:
(1)、输出电压调节范围
a、空载:
U0=9.25V~12.67V
b、有载:
表二
阻值
输出电压调节范围
R=200欧
U0=8.67~12.51V
c、电压和电流变化范围为:
表三
阻值
电压
电流
200欧
12.51V
50mA
250欧
10.61V
40mA
(2)、输出电阻:
输出电阻R0定义为:
当输入电压Vi保持不变,由于负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流变化量之比,即:
R0=ΔU0/Δio
所以R0=(12.51-10.61)/(0.05-0.04)=3欧.
(3)、输出纹波电压:
测试得纹波电压为:
0.3mV~1.5mV
(4)、稳定系数:
电压Ui电压U0
220V9.95V
240V9.94V
210V9.94V
经测得:
表四
电压Ui
电压U0
220V
9.95V
240V
9.94V
210V
9.94V
由公式
可求得Sv=0(精确度为0.01)
十、心得体会
在这次设计中遇到了很多实际性的问题,在实际设计中才发现,书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的,所以有些问题不但要深入地理解,而且要不断地更正以前的错误思维。
一切问题必须要靠自己一点一滴的解决,而在解决的过程当中你会发现自己在飞速的提升。
通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处,虽然感觉理论上已经掌握,但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑,经过一番努力才得以解决。
次,这次课程设计让我充分认识到团队合作的重要性,只有分工协作才能保证整个项目的有条不絮。
另外在课程设计的过程中,当我们碰到不明白的问题时,指导老师总是耐心的讲解,给我们的设计以极大的帮助,使我们获益匪浅。
因此非常感谢老师的教导。
通过这次设计,我懂得了学习的重要性,了解到理论知识与实践相结合的重要意义,学会了坚持、耐心和努力,这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。
我觉得作为一名软件工程专业的学生,这次课程设计是很有意义的。
更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。
虽然自己对于这门课懂的并不多,很多基础的东西都还没有很好的掌握,觉得很难,也没有很有效的办法通过自身去理解,但是靠着这一个多礼拜的“学习”,在小组同学的帮助和讲解下,渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣,自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。
我认为这个收获应该说是相当大的。
一开始我们从参考书上找来了课题,但是毕竟是参考书,做到后来发现很多程序都是不完整的,这让我们伤透了脑筋。
看着别的小组都弄得有模有样了,可是我们连一个课题都还没有定好。
好不容易又找到了课题,可是结果还是很不尽人意。
程序接线什么的都弄好了,调试也没有问题,可是就是无法达到预期想要的结果。
参考书毕竟只是一个参考,设计这种东西最后还是要靠自己动脑筋。
然后我们大家一起齐心协力,从平时做的实验﹑老师上课的举例﹑书本上的知识以及老师的辅导和其他同学的帮助下终于完成了。
应该说这是通过我们小组成员的共同努力和动脑完成的,虽然内容并不是很复杂,但是我们觉得设计的过程相当重要,学到了很多,收获了很多。
我觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程,但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。
小组人员的配合﹑相处,以及自身的动脑和努力,都是以后工作中需要的。
所以我认为这次的课程设计意义很深,和其他4位同学的共同学习﹑配合﹑努力的过程也很愉快。
十一、参考资料
《电子技术基础》
《电子线路设计》
《模拟电子基础》
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