直流稳压电源模电课程设计.docx
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直流稳压电源模电课程设计
《模拟电子技术》课程设计
题目直流稳压电源
学生姓名专业班级学号201042103
院(系)电气工程学院
指导教师完成时间
目录
1课程设计的目的4
1.1概述4
1.2目的4
2课程设计的任务与要求5
2.1课程设计的任务5
2.2课程设计的要求5
3设计方案与论证5
3.1设计方案5
3.2方案论证6
3.2.1电源变压器6
3.2.2整流电路7
3.2.3滤波电路8
3.2.4稳压电路8
4设计原理及功能说明8
4.1设计原理8
4.2设计功能说明9
5单元电路的设计(计算与说明)10
5.1计算方法10
5.2计算过程10
6检查元器件12
6.1检查二极管12
6.2检查三极管13
6.3检查电阻14
6.4检查电容15
6.5检查变压器16
7硬件的制作及调试16
7.1硬件的制作16
7.2硬件的测试及调整17
7.2.1测试17
7.2.2调整17
8总结17
参考文献:
18
附录一:
元器件清单19
附录二:
电路原理图20
附表二:
色环识别表20
附表三:
实物图21
1课程设计的目的
1.1概述
在各种电子电路中,总离不开电源电路,而由于电路结构和元件特性,就需要用到直流电源供电。
如若采用干电池为其供电,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。
电力系统供电电压的波动,或者负载阻抗和功率的变化,都会引起整流器输出电压随之改变。
在电子电路和自动控制装置中,通常都需要电压稳定的直流电源供电,使整流器输出电压尽可能少受流电进行滤波,稳压,以获得我们所需要的供电电源。
电源波动或负载变化影响而保持稳定,这就需要我们对整流后的电源进行稳压设计。
1.2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。
4、会运用Multisim工具对所作出的理论设计进行模拟仿真测试,进一步完善理论设计。
2课程设计的任务与要求
2.1课程设计的任务
1.根据从稳定性、可靠性、实用性、经济性选择电子线路和电子器件找到适合的功能电路。
2.通过网络查阅和图书馆资料培养独立分析问题和解决问题的能力。
3.了解常用电子器件的类型和特性。
4.学会电子电路的焊接、安装与调试技能。
5.进一步熟悉电子仪器的使用方法。
6.学会撰写课程设计总结报告。
7.培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
2.2课程设计的要求
1.打印《模拟电子技术》课程设计说明书一份,给出课题的设计和制作、调试、过程。
2.根据技术指标要求,画出设计电路图。
3.设计时间:
一周。
4.人员分组,三或两人一组一实物,选择同一课题的电路相同,但课程设计报告不能完全相同。
3设计方案与论证
3.1设计方案
方案一:
根据:
交流220V→降压→整流电路→滤波器→稳压输出制作电路;
V1V2VrVfVo
220V~50Hz
方案二:
根据仿真图制作电路;
3.1-1电路图
①电源变压器:
电网提供的交流电一般式220V,作用是把220V电网电压转换成实验所需的交流电压。
②整流电路:
他的作用是利用具有单向导电性的二极管器件将正、负交替的正弦交流电压整流为单向的脉冲电压
③滤波电路:
本设计采用电容元件组成,作用是将脉动成分为较大的直流电压中的交流成分滤掉,则电压波形将变得平滑。
④稳压电路:
经过整流滤波后电压波形尽管变得较为平滑,但它受到电压电网变化或负载影响较大,而稳压电路的主要作用是当电网电压波动负载或温度变化时,维持输出电压稳定,但是本实验对直流电压的稳定程度要求不高,可以不要稳压环节。
3.2方案论证
3.2.1电源变压器
电源变压器的作用是将电网220V的交流电压转换为整流电路所需要的交流电压U1,变压器次级与初级的功率比为:
P2/P1=ƞ
(1)
式中ƞ为变压器的功率
3.2.2整流电路
整流电路是把交流电压U1转换为脉动的直流电压。
常见的小功率电路有单相半波,单相全波,单相桥式整流电路。
如图3.2-1所示:
3.2-1单相桥式整流电路
整流二极管所承受的最大反向电压是√2U2
整流输出电压的平均值Ud=0.9U2
整流输出的电流平均值Id=Ud/R
3.2.3滤波电路
滤波电路是用于整流输出,一般有电抗元件组成。
滤波电容C应满足:
C=(3~5)T/2R
(2)
式中T为输入交流信号周期;R为整流滤波电路的等效负载电阻
3.2-2滤波电路
3.2.4稳压电路
稳压电路:
经过整流滤波后电压波形尽管变得较为平滑,但它受到电压电网变化或负载影响较大,而稳压电路的主要作用是当电网电压波动负载或温度变化时,维持输出电压稳定,
4设计原理及功能说明
4.1设计原理
直流稳压电源是一种将220V交流电转换成稳压输出的直流电压的装置,它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。
(1)电源变压器:
我们这里是降压变压器,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,桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性,将四个二极管分为两组,根据变压器副边电压的极性分别导通,将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连,负极性端与负载电阻的下端相连,使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。
4.2设计功能说明
三极管:
半导体电子器件,有两个PN结组成,可以对电流起放大作用,有3个引脚,分别为集电极(c),基极(b),发射极(e).有PNP和NPN型两种,以材料分有硅材料和锗材料两种。
晶体管,本名是半导体三极管,是内部含有两个PN结,外部通常为三个引出电极的半导体器件。
可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。
电容器:
电容器的基本作用就是充电与放电,但由这种基本充放电作用所延伸出来的许多电路现象,使得电容器有着种种不同的用途,例如:
耦合,虑波,退耦,高频消振,谐振,旁路,中和,定时,积分,微分,补偿,自举,分频,负载电容。
而这里主要运用了电容器的滤波,谐振等功能。
二极管:
二极管还具有稳压作用,这是因为二极管反向接通时,在二极管被击穿的情况下,其电流将瞬间增大,这样在外电压增大时,由于二极管被击穿后增加的电流会通过二极管而不会经过与二极管并联的负载上,从而可以保护与其并联的器件。
常见的有保护场效应管,即在场效应管栅极反向并接一个二极管。
二极管击穿电压一般在4V-7V。
整流二极管,也是很常见的,利用的是二极管的单向导通特性,从而可以将负极性电信号滤掉---半波整流,也可以进行其它的整流----例如滤波整流。
主要的器件的功能罗列在此,这些是支撑整个电路形成的零件。
也正是有了这些器件的功能才使得我们的设计得以达到了最后的结果。
5单元电路的设计(计算与说明)
5.1计算方法
1、采用分歩计算出,所用元件的所用参数,然后根据所需电路将算出的数据组合起来;
2、根据电路指标和要求以及各元器件的参数通过计算得到相应的参数;
3、将电路图分为几部分,并分别计算;
5.2计算过程
1、降压:
设变压器副边电压u2=√2U2sinωt,U2为有效值。
在U2的正半周内,二极管VD1、VD2导通,VD3、VD4截止;U2的负半周内,VD3、VD4导通,VD1、VD2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。
2、整流电路:
在桥式整流电路中,每个二极管都只在半个周期内导电,所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半,即电路中的每只二极管承受的最大反向电压为(U2是变压器副边电压有效值)。
3、滤波电路:
采用滤波电路可滤除整流电路输出电压中的交流成分,使电压波形变得平滑。
常见的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。
在整流电路的输出端,即负载电阻R2两端并联一个电容量较大的电解电容C,则构成了电容滤波电路,由于滤波电容与负载并联,也称为并联滤波电路。
单相桥式整流电容滤波电路,当U2为正半周时,电源U2通过导通的二极管VD1、VD3向负载R2供电,并同时向电容C充电,输出电压Uo=Uc≈U2;Uo达峰值后U2减小,当Uo≥U2时,VD1、VD3提前截止,电容C通过R2放电,输出电压缓慢下降,由于放电时间常数较大,电容放电速度很慢,当Uc下降不多时U2已开始下一个上升周期,当U2>Uo时,电源U2又通过导通的VD2、VD4向负载R2供电,同时再给电容C充电,如此周而复始。
电路进入稳态工作后,负载上得到如图中实线所示的近似锯齿的电压波形,与整流输出的脉动直流(虚线)相比,滤波后输出的电压平滑多了。
显然,放电时间常数RLC越大、输出电压越平滑。
若负载开路(R2=∞),电容无放电回路,输出电压将保持为U2的峰值不变。
(1)输出电压的估算,电容滤波电路的输出电压与电容的放电时间常数τ=RLC有关,τ应远大于U2的周期T,当τ=RLC≥(3~5)T/2时,滤波电路的输出电压可按下式估算,即Uo≈1.2U2
(2)整流二极管导通时间缩短了,存在瞬间的浪涌电流,要求二极管允许通过更大的电流;(3)在已知负载电阻R2的情况下,根据式子选择滤波电容C的容量,即C≥(3~5)T/2RL若容量偏小,输出电压Uo将下降,一般均选择大容量的电解电容;电容的耐压应大于U2的峰值,同时要考虑电网电压波动的因素,留有足够的余量。
电容滤波电路的负载能力较差,仅适用于负载电流较小的场合。
4、稳压电路:
常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点,将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联,以达到使输出波形基本平滑的目的。
选择电容滤波电路后,直流输出电压:
Uo1=(1.1~1.2)U2,直流输出电流:
(I2是变压器副边电流的有效值),稳压电路可选集成三端稳压器电路。
6检查元器件
6.1检查二极管
6.1-1发光二极管
6.1-2二极管
二极管有1个PN结构成,单向导电性
①万用表的选用:
选用R×1K档(R×1档电流太小,R×10K电压太高,易损坏二极管)
②好坏判断:
两表笔分别接于二极管两端,测得一阻值,再对调两笔,测得另一阻值。
二极管正向电阻很小(大约几十欧-几百欧姆),反向电阻很大(几十KΩ-几百KΩ)若正、反向电阻值相差很大,说明管子单向导电性能好,若两次值均很小或很大,则管子质量有问题。
(很小,击穿短路,很大,开路)。
③正负极判断:
对于大多数的二极管,用一个不同颜色的环来表示负极,如果看不清了可以根据阻值较小一次中红表笔接的管脚是二极管正极,黑表笔接的
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