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1、課程設計名稱：電子技術課程設計題 目：直流穩(wěn)壓電源的設計專業(yè)：自動化班級：自動化097班 姓 名：高慶 學 號：0916030108 課 程 設 計 成 績 評 定 表學 期第四學期姓名高慶專 業(yè)自動化班級 自動09-7班課題名稱電子技術課程設計論文題目直流穩(wěn)壓電源的設計評定標準評定指標分值得分知識創(chuàng)新性20理論正確性20內(nèi)容難易性15綜合實際性10知識掌握程度15書寫規(guī)范性10工作量10總成績100評語：任課教師馬耀明時間2011年6月23日備 注課程設計任務書一、設計題目直流穩(wěn)壓電源的設計二、設計任務1. 設計一個能輸出12V的直流穩(wěn)壓電源；2. 根據(jù)設計要求和技術指標設計好電路圖，選好元

2、件參數(shù)；3. 測量支流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)；4. 測量直流穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻；5. 擬訂方案和設計步驟。三、設計計劃電子技術課程設計共1周第1天：選題，查資料第2天：確定設計方案第34天：電路原理設計第5天：設計說明書編輯輸出四、設計要求1系統(tǒng)工作原理2 畫出整個系統(tǒng)電路原理圖3功能仿真分析,仿真分析結果圖形曲線4心得體會，發(fā)展方向5電路中圖形符號必須電腦繪制,并符合國家制圖標準指 導 教 師： 馬耀明 教研室主任： 時 間：2011 年6月23日摘要本設計設計了一個簡單的直流穩(wěn)壓電源。設計主要分為四部分，它們是變壓器電路，整流電路，濾波電路和穩(wěn)壓電路。變壓器部分采用典型的降壓變壓器，完全能夠滿足設

3、計要求?？梢詾橐恍┴撦d提供足夠大的電壓。整流部分采用典型的單相橋式整流電路，可以很好地克服其它整流電路的缺點。單相橋式整流電路具有脈動小效率高等優(yōu)點，可以用于一些脈動程度要求較高的電路。濾波部分采用常用的電容濾波電路，很好地得到直流信號。穩(wěn)壓電路采用具有放大環(huán)節(jié)的電路，另外還采用了保護措施。很好的得到穩(wěn)定的直流信號，還保護了電路中的元件。本設計包含了原理說明，方案設計，參數(shù)計算等主要環(huán)節(jié)。原理采用參考書中的說明。參數(shù)計算機算了各部分的主要元件的參數(shù)。由于理論知識尚淺，肯定會有不當之處望老師批評指正。關鍵詞：直流穩(wěn)壓電源，變壓器，放大電路目錄1方案設計 41.1 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的原理41.2

4、 直流穩(wěn)壓電源方案的確定2 電源變壓器2 整流電路2 濾波電路4 穩(wěn)壓電路4 保護電路的選取62 主電路部分設計72.1 主電路結構圖82.2 主電路參數(shù)計算9 變壓器部分8 整流二極管及濾波電路部分6 穩(wěn)壓部分53 元件的確定5心得體會10致謝11參考文獻11 方案設計1.1串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的原理本設計由四部分組成，他們分別是：變壓電路，整流電路，濾波電路和穩(wěn)壓電路。1、電網(wǎng)電壓供電是交流220V（有效值）、50HZ，要獲得低壓直流輸出，首先須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需的交流電壓。2、降壓后的交流電壓，通過整流電路整流成單向的支流電，但其幅值變化大（即脈動大）。3、脈動大的直流電

5、壓再通過濾波電路的作用變換成平滑的、脈動小的直流電，即交流成分濾掉，保留直流成分。4、濾波后的直流電再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可以得到基本上不受外界影響流器的穩(wěn)定的直流電，便可以供給。原理框圖如圖2-1-1所示。220V變壓器整流器濾波器穩(wěn)壓器圖1-1-1 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源原理框圖1.2 直流穩(wěn)壓電源方案的確定根據(jù)設計的要求，電路分為四個模塊，每個模塊的選擇如下：1.2.1電源變壓器78系列的芯片要求輸入電壓VI比輸出電壓VO高23V，輸出的電壓為12V，所以輸入的電壓要在15V左右，在橋式整流電路以前的電壓是15V的1/1.5倍，在13V左右，考慮到實際元器件與理論值的差別，最終選用15V的變

6、壓器。1.2.2 整流電路整流是穩(wěn)壓電源的一個重要組成部分，它的主要作用是進行波形變換即將交流信號變成直流信號。（1）半波整流半波整流電路如圖2-2-1所示。為分析方便起見，可設二極管為理想的。圖1-2-1 半波整流電路該電路工作原理：設變壓器次級電壓U2=U2msinwt=U2sinwt，其中U2m為其幅值，U2為有效值。當U2變化的正半周期時，二極管D受正向電壓偏置而導通，UL=U2；當U2變化的負半周期時，二極管D處于反向偏置狀態(tài)而截止，UL=0。U2和UL的波形如圖2-2-2所示，顯然，輸入電壓是雙極性，而輸出電壓是單極性，且是半波波形，輸出電壓與輸入電壓的幅值基本相等。由理論分析可得

7、，輸出單向脈沖電壓的平均值即直流分量為：UL0=U2m/p=0.45 U2（1）顯然，輸出電壓中除了直流成分外，還含有豐富的交流成分基波和諧波（這里可通稱為諧波），這些諧波的總和稱為紋波，它疊加與直流分量之上。常用紋波系數(shù)g來表示直流輸出電壓中相對紋波電壓的大小，即 （2）式中，ULg為諧波電壓總有效值，其值應為= （3）由式（1）、(2）和（3）通過計算可得，g比較大。由結果可見，半波整流電路的輸出電壓紋波較大。oLto U 一U圖1-2-2 半波整流電路波形半波整流電路中的二極管安全工作條件為：a）二極管的最大整流電流必須大于實際流過二極管平均電流，即IFID0=UL0/RL=0.45U2

8、/RLb）二極管的最大反向工作電壓UR必須大于二極管實際所承受的最大反向峰值電壓URM，即URURM =U2（2）全波橋式整流電路全波橋式整流電路如圖(a)所示，圖中4個二極管接成電橋的形式，故有橋式整流之稱。圖(b)所示為該電路的簡化畫法。圖1-2-3 全波橋式整流電路 圖1-2-4 全波橋式整流電路該電路工作原理：參見圖2-2-3，設變壓器次級電壓U2=U2msinwt=U2sinwt，其中U2m為其幅值，U2為有效值。在電壓U2的正半周期時，二極管D1、D3因受正向偏壓而導通，D2、D4因承受反向電壓而截止；在電壓U2的負半周期時，二極管因受D2、D4正向偏壓而導通，D1、D3因承受反向

9、電壓而截止。U2和UL的波形如下圖所示，顯然，輸入電壓是雙極性，而輸出電壓是單極性，且是全波波形，輸出電壓與輸入電壓的幅值基本相等。由理論分析可得，輸出全波單向脈沖電壓的平均值即直流分量為：totoUL0=2U2m/p=U20.9U2（4）UU圖1-2-5 全波整流電路波形圖其紋波系數(shù)g為：（5）式中，ULg為諧波（只有偶次諧波）電壓總有效值，其值應為：（6）由式（4）、（5）和（6）通過計算可得g比較小。由結果可見，全波整流電路的輸出電壓紋波比半波整流電路小得多，但仍然較大，故需用濾波電路來濾除紋波電壓。全波整流電路中的二極管安全工作條件為：a）二極管的最大整流電流必須大于實際流過二極管平均

10、電。由于4個二極管是兩兩輪流導通的，因此有IFID0=0.5UL0/RL=0.45U2/RLb）二極管的最大反向工作電壓UR必須大于二極管實際所承受的最大反向峰值電壓URM，即URURM =U2為了克服半波整流的缺點，故我們常采用橋氏整流電路。如圖2-2-6所示：BA+-220V 50HZD3D2D1D4圖1-2-6 橋式整流電路濾波電路整流部分整流出來的直流含有大量的紋波。方案一：電容濾波電容是一個能儲存電荷的元件。有了電荷，兩極板之間就有電壓UC=Q/C。在電容量不變時，要改變兩端電壓就必須改變兩端電荷，而電荷改變的速度，取決于充放電時間常數(shù)。時間常數(shù)越大，電荷改變得越慢，則電壓變化也越慢

11、，即交流分量越小，也就“濾除”了交流分量。采用電容濾波電路不僅可以使輸出電壓變得平滑、紋波顯著減小，同時輸出電壓的平均值也增大了，輸出電壓平均值U0的大小不僅與濾波電容C及負載電阻RL的大小有關，C的容量一定，RL越大，C的放電時間t就越大，因此放電速度約慢，輸出電壓越平滑，U0就越大。為了取得良好的濾波效果，一般取RlC（35）T/2。方案二：電感濾波電感濾波是利用電感的儲能來減小輸出電壓紋波的。當電感中電流增大時，自電感電動勢的方向與原電流方向相反，自感電動勢阻礙電位增加的同時，也將能量儲存起來，使電流的變化減?。环粗?，當電感中電流減少時，自感電動勢的作用阻礙電流的減少，同時釋放能量，使電

12、流變化減小，因此，電流的變化小，電壓的紋波得到抑制。電感濾波電路中的電感L起著阻止負載電流變化使之趨于平直的作用，一般它只使用于低電壓，大電流的場合，而且考慮到電感體積比較大，危險性高的特點。以上分析知，采用電容濾波（方案一）比較好！穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路采用串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。串聯(lián)性穩(wěn)壓電路以穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路為基礎，利用晶體管的電流放大作用，增大負載電流；在電路中引入深度電壓負反饋使輸出電壓穩(wěn)定；并且，通過改變反饋網(wǎng)絡參數(shù)使輸出電壓可調(diào)。調(diào)整管與負載相串聯(lián)，故稱這類殿祿為串聯(lián)型穩(wěn)壓電源；由于調(diào)整管工作在線性區(qū)，故稱這類電路為線性穩(wěn)壓電源。下圖所示為穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，負載電流最大變化范圍等于穩(wěn)壓管的最

13、大穩(wěn)定電流和最小穩(wěn)定電流之差，擴大負載電流的最簡單方法是：利用晶體管的電流放大作用，將穩(wěn)壓管穩(wěn)定電路的輸出電流放大后，再作為負載電流。電路采用射極輸出形式，因而引入了電壓負反饋，可以穩(wěn)定輸出電壓，如圖1-2-7所示：+-TR1-2-7基本調(diào)整管電路基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路的輸出電壓仍然不可調(diào)，且輸出電壓將因的變化而變，穩(wěn)定性較差。為了使輸出電壓可調(diào)，也為了加深電壓負反饋，可在基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路的基礎上引入放大環(huán)節(jié)。若通向比例運算電路的輸入電壓為穩(wěn)定電壓，且比例系數(shù)可調(diào)，則比例系數(shù)可調(diào)，則其輸入電壓就可調(diào)節(jié)；同時，為了擴大輸出電流，集成運放輸出端加晶體管，并保持射極輸出形式，就構成具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型

14、穩(wěn)壓電路。輸出電壓為：=（1+） （7）由于集成運放開環(huán)差模增益可達80dB以上，電路引入深度負反饋，輸出電壓趨近于零，因而輸出電壓相當穩(wěn)定。電路如2-2-8圖所示：+-R-+-圖1-2-8具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓原理為：當由于某種原因（如電網(wǎng)電壓波動或負載電阻的變化等）使輸出電壓升高（降低）時，取樣電路將這一變化趨勢送到的反相輸入端，并與同相輸入端電位進行比較放大；的輸入電壓，即調(diào)整管的基極電位降低（升高）；因為電路采用射極輸出形式，所以輸出電壓必然降低（升高），從而使得到穩(wěn)定?？梢?，電路是靠引入深度負反饋來穩(wěn)定輸出電壓的。1.2.5 保護電路的選取在集成

15、穩(wěn)壓器電路內(nèi)部含有各種保護電路，使集成穩(wěn)壓器在出現(xiàn)不正常情況下不至于損壞。因為串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的調(diào)整管是其核心器件，調(diào)整管與負載串聯(lián)，它流過的電流金斯等與負載電流，且電網(wǎng)電壓波動或輸出電壓調(diào)節(jié)時管壓降將產(chǎn)生相應的變化，調(diào)整管會因此電流過大或電壓過高是管耗過大而被損壞。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路至少包括調(diào)整管、基準電壓電路、取樣電路和比較防大電爐四個部分組成。為保護電路安全，還常在電路中加保護電路，方框圖如下圖所示：過流保護電路能夠在穩(wěn)壓器輸出電流超過額定值時，限制調(diào)整管發(fā)射極電流在某一數(shù)值或使之迅速減小，從而保護調(diào)整管不會因電流過大而燒壞。凡在過流時使調(diào)整管發(fā)射極電流限制在某一數(shù)值的電路 ，稱為限流型過流保

16、護電路；凡在過流時使調(diào)整管發(fā)射極電流迅速減小到較小數(shù)值的電路，稱為截流型（或減流型）過流保護電路。限流型保護電路組成簡單，但在保護電路起作用后調(diào)整管仍有較大的工作電流，因而也就有較大的功耗；而限流型保護電路就沒有以上的缺點，但是該電路形式較復雜，并且參數(shù)計算較繁瑣。因為該電路為小功率電源，所以選用限流型保護電路。調(diào)整管比較電路保護電路取樣基準電路 圖1-2-9 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的方框圖如下圖所示為限流型過流保護電路，為調(diào)整管，和構成保護電路。為電流取樣電阻，其電流近似等于穩(wěn)壓電源的輸出電流，故其電壓正比于。正常工作時，的b-e間電壓=1.414UI=14.14. IOMAX=7.5mA，IN40

17、01的反向擊穿電壓，額定工作電流，故整流二極管選用IN4001或者用IN4007或者用整流橋代替亦可。根據(jù) ，和公式可求得：所以，濾波電容：電容的耐壓要大于，故濾波電容C取容量為，耐壓為的電解電容。2.穩(wěn)壓部分有上面分析可以知道，采用固定式的穩(wěn)壓電路，L7812CV，他們的輸出電壓為12V，輸出電流為0.5A，溫度系數(shù)為300，確定其電路形式為了確定電路的接法是否正確，電路是否正常工作，輸出端接一個電阻和發(fā)光二極管。R12-0.7/0.5=22、6 取470歐姆即可。(我沒做這一步)可以省略.為防止電路電容發(fā)生短路，在變壓器輸出端安一個保險管，防止器件燒壞。（但我沒有做這一步）。這也是我設計電

18、路不完善的地方.3 元件的確定由上面參數(shù)計算可知，選取下列元件：變壓器：輸出15 V一個電容：2200F、0.01F、0.01F、470F各一個。整流橋：一個固定電阻：1000一個滑動變阻：1k一個二極管：一個其它電容電阻若干.心得體會此次設計的是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷闹绷鞣€(wěn)壓電源。直流電源看起來比較簡單，但是其實際上是比較復雜的，直流電源是通過交流電源通過電源變壓器，整流電路，濾波電路和溫服電路得到的。在設計過程中，經(jīng)過了一系列的方法的比較，我們最終選擇了用橋式整流電路來獲得直流穩(wěn)壓電源。再講過一系列的計算分析，元件的選擇還有性能的分析最終得到符合要求的直流穩(wěn)壓電源。在這次設計工程當中用到了

19、很多經(jīng)驗值。理論計算必須與經(jīng)驗值相結合起來，最后才能得到正確的結果。致謝在馬耀明導師的悉心指導下，經(jīng)過一個禮拜的努力，我們的設計終于圓滿完成了。自始至終老師都能給與我們幫助，令大家十分感激。感謝導師在繁忙的工作中抽出時間來指導我們，您們辛苦了！我要感謝所有老師對我的幫助與教導。沒有他們細心的指導我的學習與研究，我就不會這樣順利的完成本次課程設計，在此，我要向我的導師表示深深的感謝，向他們表示我誠摯的謝意和崇高的敬意。感謝我的導師們！我還要感謝我小組的同學，沒有大家的共同努力就不可能完成這次設計。總之，感謝所有幫助我、支持我的人！參考文獻1.王振宇，李香萍，沈燕。實驗電子技術. 北京：電子工業(yè)出版社，2004。2.胡宴如，耿蘇燕。模擬電子技術（第二版）.北京：高等教育出版社，2005.3.熊幸明，王新輝，曹才開. 電工電子技能訓練.北京：電子工業(yè)出版社，2004.4.彭介華電子技術課程設計北京：. 高等教育出版社2005.5.華成英，童詩白，模擬電子技術（第五版），北京：高等教育出版社，2005。