模拟电路课程设计半导体直流稳压电源的设计和测试.docx
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模拟电路课程设计半导体直流稳压电源的设计和测试
模拟电路课程设计报告
设计课题:
半导体直流稳压电源的设计和测试
(一)
专业班级:
电子信息工程
学生姓名:
***
学 号:
***********
指导教师:
***
设计时间:
半导体直流稳压电源的设计和测试
(一)
一、设计任务与要求
(一)设计目的
1、学习直流稳压电源的设计方法;
2、研究直流稳压电源的设计方案;
3、掌握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法;
(二)设计要求和技术指标
1、技术指标:
要求电源输出电压为±12V(或±9V/±5V),输入电压为交流220V,最大输出电流为Iomax=500mA,纹波电压△VOP-P≤5mV,稳压系数Sr≤5%。
2、设计要求
(1)设计一个能输出±12V/±9V/±5V的直流稳压电源;
(2)拟定测试方案和设计步骤;
(3)根据设计要求和技术指标设计好电路,选好元件及参数;
(4)要求绘出原理图,并用Protel画出印制板图;
(5)在万能板或面包板或PCB板上制作一台直流稳压电源;
(6)测量直流稳压电源的内阻;
(7)测量直流稳压电源的稳压系数、纹波电压;
(8)撰写设计报告
二、方案设计与论证
半导体直流稳压电源主要由滤波电路、稳压电路决定,采用不同的滤波电路、稳压电路可以设计出不同的设计方案。
方案一:
简单的并联型稳压电源并联型稳压电源的调整元件与负载并联,因而具有极低的输出电阻,动态特性好,电路简单,并具有自动保护功能;负载短路时调整管截止,可靠性高,但效率低,尤其是在小电流时调整管需承受很大的电流,损耗过大,因此在本实验中此方案不适合。
方案二:
输出可调的开关电源;开关电源的功能元件工作在开关状态,因而效率高,输出功率大;且容易实现短路保护与过流保护,但是电路比较复杂,设计繁琐,在低输出电压时开关频率低,纹波大,稳定度极差,因此在本实验中此方案不适合。
方案三:
由固定式三端稳压器(7812、7912)组成
由固定式三端稳压器(7812、7912)输出脚V0、输入脚Vi和接地脚GND组成,它的稳压值为+12V和-12V,它属于CW78**和CW79**系列的稳压器,输入端接电容可以进一步滤波,输出端接电容可以改善负载的瞬间影响,此电路比较稳定。
根据实验设计要求,本实验采用方案三。
任务书要求输入220伏的交流电,输出为正负12V、9V、5V的稳压直流电,则首先应该进行降压处理,然后要对降压后的交流电进行整流,再其次是对含有交流成分的脉动直流电进行滤波处理,最后对直流点进行最后的稳压处理。
(一)降压的过程,直接选用实物降压器进行降压,并且要根据电路中所需的合适电压适当选择降压器,具体情况根据实际需求而定。
在此次我们选用的是12V变压器。
(二)然后是整流过程,自然而然选择了优点突出的桥式整流电路,它由4只二极管构成,连接方法此不做说明,在以后的原理图中将做详细的说明。
(三)对于滤波过程,我们用电容滤波电路来实现,它的方法是在桥式整流电路输出端并联一个较大的电容C来构成一个电容滤波电路。
(四)最后的稳压器选择,我们选择了集成电路,又根据任务书中的提示,选择了三端可调输出集成稳压器,它主要由LM317芯片和两个电解电容以及两个二极管和若干电阻和电容构成,具体不再介绍,后面的原理图将会给出三端可调输出集成电路的构成图。
(五)直流稳压电源也可由硅稳压二极管稳压电路来实现,下面仅做简单的论述,本次课程设计主要论述三端可调输出集成稳压器。
硅稳压管的伏安特性及符号如图1所示。
滤波电路:
将脉动的直流电变成平滑的直流电。
稳压电路:
抑制电网电压和整流电路负载的变化引起的输出电压变化,将平滑的直流电变成稳定的直流电。
1.硅稳压二极管的特性
(1)稳压管工作在反向击穿状态。
(2)当工作电流IZ满足IA 2.稳压二极管的主要参数 (1)稳定电压VZ——稳压管在规定电流下的反向击穿电压。 (2)稳定电流IZ——稳压管在稳定电压下的工作电流。 (3)最大稳定电流IZmax——稳压管允许长期通过的最大反向电流。 (4)动态电阻rZ——稳压管两端电压变化量与电流变化量的比值,即rZ∆VZ/∆IZ。 此值越小,管子稳压性能越好。 图1硅稳压管的伏安特性及符号 3.稳压管稳压电路的工作原理 (1)电路图稳压管稳压电路如图2所示。 V为稳压管,起电流调整作用;R为限流电阻,起电压调整作用。 (2)电路的稳压过程: VO↓→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑ (3)应用: 小功率场合。 图2硅稳压管的伏安特性及符号 电路优点是结构简单,调试方便;缺点是输出电流较小、输出电压固定,稳压性能较差。 因此,只适用于小型电子设备。 4)电路图见下图,如图3所示: 图3硅稳压电路图 (1)稳压管稳压电路如上图所示。 Dz为稳压管,起电流调整作用;R为限流电阻,起电压调整作用。 (2)电路的稳压过程: VO↓→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑5)测量硅稳压管两端电压得6.33v用开短路法测得测量硅稳压管两端电流、电阻分别为: 59.8mA106Ω 三、单元电路设计与参数计算 1、设计电路框图如图所示 稳压电路若使用分离元件要有取样、放大、比较和调整四个环节,晶体管选用3DD或3DG等型号;若用集成电路选78XX和79XX稳压器。 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。 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。 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。 四、总原理图及元器件清单 1.总原理图 2.元件清单 元器件名称 数量 12v变压器 1 万用电表 1 电源芯片317 1 二极管 1 电容0.1μF、1μF、10μF 各1个 电容2200μF 2 滑动变阻器4.5KΩ、18Ω 各1个 桥式振荡器 1 插头 1 五、安装与调试 1静态调试 当连好电路板的线路时,先不要急着通电,而因该从以下几个方面进行检测: A、对照原理图,用万用表一一检查线路的各个接口是否接通,是否有短路、断路或漏接的现象,如果有,因该及时改好电路连线。 B、对照原理图,检查各元件是否接正确。 2动态调试 a、稳压电源的性能指标的测试 1)、输出电压的测量接通220V的电源,用数字万用表对所设计的电路实物进行测试,得到正源输出电压为+10.50V,负电源输出电压为-10.48V。 2)、内阻的测量在输入交流为220V,分别测得负载电流为0及最大值时的△VO,即用开短路法可测得电源内阻。 测得数据如下 IA+=0.22A,VO+=10.50VIA-=0.218A,VO-=10.48V 根据以上数据可得电源内阻为: r+=VO+∕IA+=10.50V/0.22A=47.70Ωr-=VO-/IA-=10.48V/0.218A=48.01Ω 3)、稳压系数的测量稳压系数是指在负载电流I0、环境温度T不变的情况下,输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化,即稳压系数Sr=(△VO/VO)/(△VI/VI)Sr的测量电路如图5所示: IO=常数,T=常数 图5 六、性能测试与分析 a.测试过程是: 先调节自耦变压器使输入电压增加10%,即Vi=242V,测量此时对应的输出电压VO1;再调节自耦变压器使输入电压减少10%,即Vi=198V,测量此时对应的输出电压VO2,然后再测出Vi=220V时对应的输出电压VO,则稳压系数 Sr=(△VO/VO)/(△Vi/Vi)=[220/(242-198)][(VO1-VO2)/VO] 根据上述测量方法,可对正负双电源进行测试,测试数据如下: 当Vi=198V时,测得数据为: VO1+=10.12V,V01-=10.09V 当Vi=242V时,测得数据为: VO2+=10.14V,VO2-=10.11V 当Vi=220V时,测得数据为: VO+=10.00V,VO-=9.98V由以上所测数据,可得稳压系数为: Sr+=(△VO+/VO+)/(△Vi/Vi) =[220/(242-198)][(VO1+-VO2+)/VO+] ≈0.00167 Sr-=(△VO-/VO-)/(△Vi/Vi) =[220/(242-198)][(VO1--VO2-)/VO-] ≈0.00168 b、误差分析 1)误差计算 +Vcc%=(12.00-10.50)/12.00=12.5% -Vcc%=︱10.48-12.00︱/12.00=12.67% 2)误差原因 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: a)元件本身存在误差; b)焊接时,焊接点存在微小电阻; c)万用表本身的准确度而造成的系统误差; d)测量方法造成的认为误差。 调试中注意事项: 调试结果是否正确,很大程度受测量正确与否和测量精度的影响。 为了保证高度准确的效果,必须减小测量误差,提高测量精度。 为此,需注意以下几点: 1.正确使用测量仪器的接地端 凡是使用低端接机壳的电子仪器进行测量,仪器的接地端应和仪器的接地端接在一起,否则仪器机壳引入的干扰不但会使仪器的工作状态发生变化,而且将使测量结果出现误差。 若使用干电池的万用表进行测量,由于电表的两个输入端是浮动工作的,所以允许直接跨接在测量点之间。 2.正确选择测量点 用同一台测量仪进行测量时,测量点不同,仪器内部引进的误差大小将不同。 3.测量方法要方便可行 需要测量电路的电流时,一般尽可能测电压而不测电流,因为测电压不必改动被测电路,测量方便。 若需知道某一支路的电流值,可以通过测该支路上电阻两端的电压,经过换算而得到。 七、结论与心得 很荣幸这个学期我们专业开设了本次课程设计的课程,这一次的设计对于我来说都是一种考验。 也为了我以后能设计出更多更好的电子产品打下坚实的基础。 现代社会是一个电子盛行的社会。 随着现代电子设计技术的不断发展,对于我们新一代的电子设计人才来说是一种挑战,也是一种机遇。 会更加激发我们的斗志! 在这次课程设计中,我学到了在课本上学习不到的东西,进一步的了解和熟练了Protel制作原理图,并且学会了在Protel里怎样绘制元器件和怎么把所绘制的元器件放入元件库。 学会了各元件的功能分析及元件内部电路的结构。 在动手技能方面有了很大进步,也知道了理论知识的重要性,在没有理论知识的条件下,你又没有经验,你是很难做好这次课程设计的。 我们这次课程设计要有理论知识后,动手的时候就快了许多。 在做的时候,布线是一个很重要的环节,如果你布线整齐、美观就给别人留下了好的第一感觉。 通过这学期的模电课程设计,使我从中受益匪浅,我认识到了自己的以前许多许多的不足和缺点。 我明白了要想把理论和实际,还是有一定距离的。 我懂得了一个实用的实物来,并不是自己想象中的那样简单。 八、参考文献 《电工学》电子工业出版社;《晶体管直流稳压电源》辽宁科技出版社; 《电子线路设计•实验•测试》华中科技大学出版社 《模拟电子技术基础》高等教育出版社 延边大学工学院学院模拟电路课程设计成绩评定表 专业: 电子信息工程班级: 10电子学号: *******姓名: **** 课题名称 半导体直流稳压电源的设计和测试 (一) 设计任务与要求 设计报告成绩 电子 作品成绩 课程设计成绩 指导教师: 吴今哲 2012年7月12日
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- 模拟 电路 课程设计 半导体 直流 稳压电源 设计 测试