模电课程设计直流稳压电源.docx
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模电课程设计直流稳压电源
题目名称:
直流稳压电源
姓名:
吴金光
班级:
电气132
学号:
201333495207
日期:
2015-7-9
模拟电子技术课程设计任务书
适用专业:
电子信息工程专业
设计周期:
一周
一、设计题目:
直流稳压电源
二、设计目的及要求
1.1设计目的
1、通过集成直流稳压电源的设计,安装和调试,学会选择变压器、整流二极管、滤波电路、集成稳压器及相关元器件设计直流稳压电源;
2、仿真并焊接直流稳压电源。
3、掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。
1.2设计要求
1、要求设计制作一个直流稳压电源,可将220V/50HZ交流电源输出±12V(±5V)直流电压;
2、仿真直流稳压电源;
3、电网供给的交流电压U1为220V,50HZ。
变压器输出电压U2为18V~20V,50HZ。
4、稳压电源输出直流电压可调,且输出电流可扩展。
5、安装调试后焊接并书写课程设计报告书。
6、答辩验收。
三、设计原理及方案比较
四、设计报告总结(要求自己独立完成,不允许抄袭)。
1、对所测结果(如:
变压器的输出,滤波输出,稳压输出进行测量)进行全面分析,总结稳压电路稳压的条件条件。
2、分析讨论测试中出现的故障及其排除方法。
3、体会与收获。
一、方案论证与比较
1.1方案提出
方案一:
三端稳压电源
方案二:
线性稳压稳流电源
方案三:
半桥式直流稳压电源
1.2设计方案的论证和选择
方案一中三端稳压电源只有输入,输出和公共引出端,组成稳压电源所需的外围元件少。
器件体积小,性能高,操作简单,电路简单,使用方便。
内部电路具有过压保护、过流保护、过热保护功能,这使它的性能很稳定,并且能防止过载,能够实现1A以上的输出电流。
器件具有良好的温度系数,因此产品的应用范围很广泛。
三端稳压芯片的内部含有限流保护、过热保护和过压保护电路,采用了噪声低、温度漂移小的基准电压源,工作稳定可靠。
解决了与单点调节相关的分散问题,而且成本低廉。
方案二中线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源。
线性稳压直流电源的特点是:
输出电压比输入电压低;反应速度快,输出纹波较小;工作产生的噪声低;效率较低(现在经常看的LDO就是为了解决效率问题而出现的);发热量大(尤其是大功率电源),间接地给系统增加热噪声。
方案三中半桥式直流稳压电源的优点是体积小,重量轻,稳定可靠,缺点是相对于线性电源来说波纹较大。
二、系统的功能及设计框图
2.1系统的全部功能、要求及技术指标
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。
1、电网供给的交流电压U1为220V,50HZ;
2、变压器输出电压U2为18V~20V,50HZ;
3、稳压电源输出直流电压可调,最大负载电流100mA左右;
4、输出纹波电压小于5mv,稳压系数<=0.01;
5、驱动负载可调(如:
120Ω 6、适当考虑如何采取短路保护功能。 稳压电源的技术指标分为两种: 一种是特性指标,包括允许输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等;另一种是质量指标,用来衡量输出直流电压的稳定程度,包括稳压系数(或电压调整率)、输出电阻(或电流调整率)、纹波电压(纹波系数)及温度系数。 2.2确定设计框图(系统包含的单元电路及结构)和总体设计方案 稳压模块 滤波模块 整流模块 三端稳压电源 图1三端稳压电源系统框图 总设计方案: 220V的电压经变压器变压后变成电压值较小的交流,再经桥式整流电路和滤波电路形成直流,稳压部分采用串联型稳压电路。 比例运算电路的输入电压为稳定电压,且比例系数可调,集成运放输出端加晶体管,并保持射极输出形式,就构成了具有放大环节的串联型稳压电路。 2.3单元电路的分析与设计: 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,单相桥式整流电路如图2。 由图可见,U2正半周时D1、D4导通,D3、D2截止,在负载电阻RL上形成上正下负的脉动电压;而在U2负半周时,D2、D3导通,D1、D4截止,在RL上仍形成上正下负的脉动电压。 如果忽略二极管内阻,有Uo≈U2。 桥式整流电路波形如图3(b)所示。 正负半周均有电流流过负载,而且电路方向是一致的,因而输出电压的直流成分提高,脉动成分降低。 单相桥式整流电路主要参数: 输出直流电压O(AV)U,脉动系数S,二极管正向平均电流ID(AV),二极管最大反向峰值电压URM。 桥式整流电路解决了单相整流电路存在的缺点,用一次级线圈的变压器,达到了全波整流的目的。 图2单相桥式整流电路 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。 设u2波形如图3(b)所示,未接电容时,输出电压如图3(b)中的虚线所示。 在u2正半周,设u2由零上升,二极管D导通,u0=u2,此时电源对电容充电,由于充电时间常数很小,电容充电很快,所以电容上升的速度完全跟得上电源电压的上升速度,uC=u2。 当u2上升到峰值时,电容充电达到1.4U2,二极管D截止,随后u2下降,电容C向负载RL放电,放电时间常数为RLC,其值较大,所以电容电压下降的速度比u2下降到速度慢得多,此时负载电压靠电容C的放电电流来维持,u0=uC。 当电容放电到b点时,uC<u2,二极管D又导通,电容又被充电。 充电至1.4U2后,又放电。 如此重复进行,就得到输出电压的波形如图3(b)中实线所示。 图3单向桥式整流电容滤波电路及其波形图 4、稳压电路: 集成三端稳压器具有体积小,外围元件少,调整简单,使用方便且性能好,稳定性高,价格便宜等优点,因而获得越来越广泛的应用。 常见的有固定式和可调式两类集成三端稳压器,内部多以串联型稳压电源为主,还有适当的过流、过热等保护电路。 一般固定式较便宜,可调式较贵,性能也好些,功率相对也较大。 故本次设计采用固定式三端稳压器。 主要有7800系列(输出正电压)和7900系列(输出负电压)。 后两位数字通常表示输出电压的大小。 图4是外形图和电路符号。 加散热片后允许功耗达到7.5W,普通型稳压器最大输出电流为1.5A。 图4固定式集成三端稳压器外形及电路符号 三、系统调试分析 3.1软件仿真原理图 图5直流稳压电源原理图 3.2模拟仿真过程 图6变压后输出电压 图7整流后输出电压 图8稳压输出电压及波形 在完成了三端稳压电源电路的设计之后,将上述器材在电路板上焊接,焊接工作完成之后,用电流表和示波器对器件进行测量和调试。 图9焊接完成图 3.3各项指标测试 主要测试空载、负载起震、负载稳伏和达到最大负载时的电压电流。 测试结果如下表: 空载 负载起振 负载稳幅 最大负载 输出电流 0.0000A 0.3854A 0.5339A 0.610A 输出电压 5.05V 4.98V 4.46V 2.05V 表1空载、负载起震、负载稳伏和达到最大负载时的电压电流值 图10空载时电压电流 图3.2负载起振时电压电流 图3.3负载稳幅时电压电流 图3.4最大负载时电压电流 四、结语 在这次模电课程设计中,我还是学到了不少知识,还接触了一款强大的软件Multisim,它的仿真功能可以让你还没有做出实物前检验电路的正确性,大大减少了电路设计的出错率,在仿真过程中遇到过几次仿真错误,经过检查发现是桥式整流处的输出接错了,改过后仿真正常了。 通过这次实践,我加深了对课本知识的理解,掌握了直流稳压电源的要点。 也熟悉了焊接过程,也的到了一些解决问题的方法和经验,也发现了自己不足的地方,理论与实践转换仍有待提高充分认识到了实践的重要性,只有理论与实践更好的结合,才能对知识更深层次的理解。 五、参考文献 1.郑步生. Multisim2001电路设计及仿真入门与应用.电子工业出版社.2002 2.康光华主编《电子技术基础--模拟部分.第六版》北京,高等教育出版社,2013 3.高吉祥主编《电子技术基础实验与课程设计》北京,电子工业出版社,2002 4.陈大钦主编.电子技术基础实验—电子电路实验•设计•仿真.北京: 高等教育出版社,2000 附录1: 表1元器件清单 参数 代号 数量 参数 代号 数量 100uF C3,C7 2 发光二极管 LED1 1 470uF C1,C5 2 稳压二极管 D5 1 0.1uF C1 4 三端稳压块 U1,U2 2 散热片 1 3N D1 1 电路板 1 接线柱 J1,J2 2 电位器 RP1 1 螺丝 M3 1 图1LM7812/7912的引脚图 7812引脚正确的顺序: 1脚接输入,2脚接地,3脚接输出。 7912引脚正确的顺序: 2脚接输入,1脚接地,3脚接输出。 作用: 能提供多种固定的输出电压,应用范围广。 内含过流、过热和过载保护电路。 带散热片时,输出电流可达1A。 虽然是固定稳压电路,但使用外接元件,可获得不同的电压和电流。 附录2: 图1三端稳压电源电路图 图2线性稳压电源电路图 图3半桥式直流稳压电源电路图
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