課程設(shè)計(jì)名稱：電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題 目：直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)專業(yè)：自動化班級：自動化097班 姓 名：高慶 學(xué) 號：0916030108 課 程 設(shè) 計(jì) 成 績 評 定 表學(xué) 期第四學(xué)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(shù)課程設(shè)計(jì)論文題目直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)評定標(biāo)準(zhǔn)評定指標(biāo)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(shí)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(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)1. 設(shè)計(jì)一個能輸出12V的直流穩(wěn)壓電源；2. 根據(jù)設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)好電路圖，選好元件參數(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(shè)計(jì)步驟。三、設(shè)計(jì)計(jì)劃電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)共1周第1天：選題，查資料第2天：確定設(shè)計(jì)方案第34天：電路原理設(shè)計(jì)第5天：設(shè)計(jì)說明書編輯輸出四、設(shè)計(jì)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(jié)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(biāo)準(zhǔn)指 導(dǎo) 教 師： 馬耀明 教研室主任： 時 間：2011 年6月23日摘要本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了一個簡單的直流穩(wěn)壓電源。設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)要求?？梢詾橐恍┴?fù)載提供足夠大的電壓。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(diǎn)。單相橋式整流電路具有脈動小效率高等優(yōu)點(diǎn)，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(hù)措施。很好的得到穩(wěn)定的直流信號，還保護(hù)了電路中的元件。本設(shè)計(jì)包含了原理說明，方案設(shè)計(jì)，參數(shù)計(jì)算等主要環(huán)節(jié)。原理采用參考書中的說明。參數(shù)計(jì)算機(jī)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(dāng)之處望老師批評指正。關(guān)鍵詞：直流穩(wěn)壓電源，變壓器，放大電路目錄1方案設(shè)計(jì) 41.1 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的原理41.2 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(hù)電路的選取62 主電路部分設(shè)計(jì)72.1 主電路結(jié)構(gòu)圖82.2 主電路參數(shù)計(jì)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(xiàn)11 方案設(shè)計(jì)1.1串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的原理本設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shí)際元器件與理論值的差別，最終選用15V的變壓器。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(jìn)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(shè)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(shè)變壓器次級電壓U2=U2msinwt=U2sinwt，其中U2m為其幅值，U2為有效值。當(dāng)U2變化的正半周期時，二極管D受正向電壓偏置而導(dǎo)通，UL=U2；當(dāng)U2變化的負(fù)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，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(yīng)為= （3）由式（1）、(2）和（3）通過計(jì)算可得，g比較大。由結(jié)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(shí)際流過二極管平均電流，即IFID0=UL0/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(shí)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(shè)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(dǎo)通，D2、D4因承受反向電壓而截止；在電壓U2的負(fù)半周期時，二極管因受D2、D4正向偏壓而導(dǎo)通，D1、D3因承受反向電壓而截止。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(yīng)為：（6）由式（4）、（5）和（6）通過計(jì)算可得g比較小。由結(jié)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(shí)際流過二極管平均電。由于4個二極管是兩兩輪流導(dǎo)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(shí)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(diǎn)，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，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(fù)載電阻RL的大小有關(guān)，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(dāng)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，使電流的變化減小；反之，當(dāng)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(fù)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(xiǎn)性高的特點(diǎn)。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(chǔ)，利用晶體管的電流放大作用，增大負(fù)載電流；在電路中引入深度電壓負(fù)反饋使輸出電壓穩(wěn)定；并且，通過改變反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)使輸出電壓可調(diào)。調(diào)整管與負(fù)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(fù)載電流最大變化范圍等于穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流和最小穩(wěn)定電流之差，擴(kuò)大負(fù)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(fù)載電流。電路采用射極輸出形式，因而引入了電壓負(fù)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(fù)反饋，可在基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路的基礎(chǔ)上引入放大環(huán)節(jié)。若通向比例運(yùn)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(kuò)大輸出電流，集成運(yùn)放輸出端加晶體管，并保持射極輸出形式，就構(gòu)成具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。輸出電壓為：=（1+） （7）由于集成運(yùn)放開環(huán)差模增益可達(dá)80dB以上，電路引入深度負(fù)反饋，輸出電壓趨近于零，因而輸出電壓相當(dāng)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(dāng)由于某種原因（如電網(wǎng)電壓波動或負(fù)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(jìn)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?yàn)殡娐凡捎蒙錁O輸出形式，所以輸出電壓必然降低（升高），從而使得到穩(wěn)定?？梢姡娐肥强恳肷疃蓉?fù)反饋來穩(wěn)定輸出電壓的。1.2.5 保護(hù)電路的選取在集成穩(wěn)壓器電路內(nèi)部含有各種保護(hù)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?yàn)榇?lián)型穩(wěn)壓電源的調(diào)整管是其核心器件，調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)，它流過的電流金斯等與負(fù)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(yīng)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(zhǔn)電壓電路、取樣電路和比較防大電爐四個部分組成。為保護(hù)電路安全，還常在電路中加保護(hù)電路，方框圖如下圖所示：過流保護(hù)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(hù)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 ，稱為限流型過流保護(hù)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(hù)電路。限流型保護(hù)電路組成簡單，但在保護(hù)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(hù)電路就沒有以上的缺點(diǎn)，但是該電路形式較復(fù)雜，并且參數(shù)計(jì)算較繁瑣。因?yàn)樵撾娐窞樾」β孰娫?，所以選用限流型保護(hù)電路。調(diào)整管比較電路保護(hù)電路取樣基準(zhǔn)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(hù)電路，為調(diào)整管，和構(gòu)成保護(hù)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=<，為間的開啟電壓，因而處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)過流，即輸出電流增大到議定數(shù)值時，上的電壓足以使導(dǎo)通，便從管的基極電流分流，因而限制了調(diào)整管的發(fā)射極電流。的取值不同，調(diào)整管發(fā)射極電流的限制值將不同，其表達(dá)式為：（8）2 主電路部分設(shè)計(jì)2.1 主電路結(jié)構(gòu)圖圖2-總體電路圖2.2 主電路參數(shù)計(jì)算2.2.1變壓器部分但我們必須用7815的因?yàn)樗?jīng)過穩(wěn)壓電路后輸出直流12V,在輸入穩(wěn)壓電路之前到輸出穩(wěn)壓電路之后,它們之間相差2-3V. 所以我們必須選擇輸出的變壓器為15V.2.2.2 整流二極管及濾波電容部分由于：URM>1.414UI=14.14. IOMAX=7.5mA，IN4001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(xiǎn)管，防止器件燒壞。（但我沒有做這一步）。這也是我設(shè)計(jì)電路不完善的地方.3 元件的確定由上面參數(shù)計(jì)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(shè)計(jì)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(shí)際上是比較復(fù)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(shè)計(jì)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(jì)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(shè)計(jì)工程當(dāng)中用到了很多經(jīng)驗(yàn)值。理論計(jì)算必須與經(jīng)驗(yàn)值相結(jié)合起來，最后才能得到正確的結(jié)果。致謝在馬耀明導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下，經(jīng)過一個禮拜的努力，我們的設(shè)計(jì)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(dǎo)師在繁忙的工作中抽出時間來指導(dǎo)我們，您們辛苦了！我要感謝所有老師對我的幫助與教導(dǎo)。沒有他們細(xì)心的指導(dǎo)我的學(xué)習(xí)與研究，我就不會這樣順利的完成本次課程設(shè)計(jì)，在此，我要向我的導(dǎo)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(dǎo)師們！我還要感謝我小組的同學(xué)，沒有大家的共同努力就不可能完成這次設(shè)計(jì)?？傊?，感謝所有幫助我、支持我的人！參考文獻(xiàn)1.王振宇，李香萍，沈燕。實(shí)驗(yàn)電子技術(shù). 北京：電子工業(yè)出版社，2004。2.胡宴如，耿蘇燕。模擬電子技術(shù)（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(xùn)練.北京：電子工業(yè)出版社，2004.4.彭介華電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)北京：. 高等教育出版社2005.5.華成英，童詩白，模擬電子技術(shù)（第五版），北京：高等教育出版社，2005。