《模拟电子技术》课程实验报告-直流稳压电源设计.doc

集成直流稳压电源的设计模拟电子技术课程实验报告集成直流稳压电源的设计集成直流稳压电源的设计一、实验目的1. 掌握集成直流稳压电源的实验方法。2. 掌握用变压器、整流二极管、滤波电容和集成稳压器来设计直流稳压电源的方法。3. 掌握直流稳压电源的主要性能指标及参数的测试方法。 4. 为下一个综合实验语音放大电路提供电源。二、设计要求及技术指标1. 设计一个双路直流稳压电源。 2. 输出电压 uo = 12v ， 最大输出电流 iomax = 1a 。3. 输出纹波电压 uop-p 5mv , 稳压系数 su 510-3 。4. 选作：加输出限流保护电路。三、实验原理与分析直流稳压电源的基本原理直流稳压电源一般由电源变压器t、整流滤波电路及稳压电路所组成。基本框图如下。各部分作用：0tu整流电路0tu0tuuiuo滤波电路稳压电路电源变压器0tu直流稳压电源的原理框图和波形变换1. 电源变压器t的作用是将220v的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压ui。变压器副边与原边的功率比为p2/p1=n，式中n是变压器的效率。2. 整流电路：整流电路将交流电压ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压u1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。3. 滤波电路：各滤波电路c满足rl-c=(35)t/2，式中t为输入交流信号周期，rl为整流滤波电路的等效负载电阻。4. 稳压电路：常用的稳压电路有两种形式：一是稳压管稳压电路，二是串联型稳压电路。二者的工作原理有所不同。稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。它一般适用于负载电流变化较小的场合。串联型稳压电路是利用电压串联负反馈的原理来调节输出电压的。集成稳压电源事实上是串联稳压电源的集成化。实验中为简化电路，我们选择集成稳压器（三端稳压器）作为电路的稳压部分。集成稳压器的w7800系列输出正电压5v、6v、9v、12v、15v、18v、24v，输出电流为1.5a（w7800）、0.5a （w78m00）、0.1a（w78l00）；w7900系列输出负电压-5v、-6v、-9v、-12v、-15v、-18v、-24v，输出电流为1.5a（w7900）、0.5a （w79m00）、0.1a（w79l00）。23cico-+ui-+uow791四、元件选择与参数计算1、整流电路参数输出电压平均值：输出电流平均值：平均整流电流：最大反向电压：整流二极管的选择（考虑电网%波动）：2、滤波电路参数t/2二极管导通角：滤波电容的选择：一般选择几十至几千微法的电解电容，耐压值应大于。3、实际计算过程（1）要使w7812正常工作，必须保证输入与输出之间维持大于2v的压降，因此w7812输入端直流电压必须保证在14v以上。w7812输入端的电流是许对变压器副边输出电压u2(t)整流、滤波后得到的。假设整流电路内阻为0，负载电流为0，w7812输入端有最大电压u=1.414uef，uef是u2(t)的有效值。由于滤波电容不可能无限大，所以u1.414 uef,根据经验可知u=1.2 uef，得uef=14.4v，考虑到整流桥经过两个二极管约有1.4v的压降，得变压器可取15v。（2）变压器选择：变压器选择双15v变压，考虑到电流不需要太大，最大电流为2a，实际选择变压器输出功率为30w，可以很好地满足要求。（3）整流桥：考虑到电路中会出现冲击电流，整流桥的额定电流时工作电流的23倍。选取rs301（100v,3a）即可，实际购买过程中选择了2w10也符合设计要求。（4）滤波电路：考虑到对纹波电压要求比较高，所以选择了2200uf、耐压值为25v的电解电容。（5）去耦电容：去耦电容的选择是由w7812和w7912芯片要求的，查手册可）知分别为0.1uf和0.33uf，用来滤除高频分量，防止产生自激。（6）为了防止负载产生冲击电流，故在输出端加入220uf、耐压值为25v的电解电容。（7）w7912支路的原件参数与w7812支路相同。（8）为防止电源输出端短路，需安装保险管；为防止w7812和w7912因过热而烧坏，需加装散热片。至此，所有元件的参数都已确定。五、整体电路六、参数性能指标及测试1、测量稳压电源输出的稳压值及稳压范围首先使调压器的输出为0v，通过示波器或万用表观测稳压电路的输出，然后调节调压器的输出，使输入到变压器的交流电压逐渐增加，当稳压电路输出的直流电压值不再随着调压器输出电压的增加而改变时，此时电路输出的直流电压值即为稳压电源的稳压值。使稳压器输出在稳压值上的输入电压范围为稳压电路的稳压范围。2、测量稳压电源的稳压系数su稳压系数定义为：当负载保持不变时，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比。稳压系数反映电网电压波动时对稳压电路的影响，越小越好。调节调压器的输出，使输入到变压器的交流电压分别为220v+10%和220v-10% ，测量稳压电源的输出电压，根据公式计算稳压电源的稳压系数su3、测量稳压电路的输出电阻ro输出电阻 ro 定义为：当稳压电路输入电压保持不变时，由于负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流变化量之比。输出电阻反映稳压电路受负载变化的影响，越小越好。可用输出换算法测量输出电阻 ro 。4、测量稳压电源的纹波电压和纹波因数纹波电压是指在额定负载条件下，稳压电源输出直流电压中所含的交流分量。在交流电压为220v，负载电流最大（额定输出电流）的条件下，用示波器分别测量稳压电源的输入纹波电压和输出纹波电压。纹波因数是负载上交流分量与直流分量之比。我们小组最初的测试结果并不尽如人意，测试时发现，是因为w7812和w7912烧坏所致，在更换之后输出电压值就很接近要求了。测得纹波电压为0.3mv。七、仿真报告整流电路输出滤波电路输出稳压电路输出可以看到输入的正弦信号经过整流、滤波、稳压后最终得到我们所需要的直流电压八、设计过程的体会、创新点与建议经过三次模电实验以后，我们终于开始着手设计最后的两个重量级实验：集成直流稳压电源和语音放大器。由于集成直流稳压电源是我们所做的第一个设计性实验，所以刚开始我们小组的成员都有些无从下手，总觉得有很多问题，比如电路如何设计，需要哪些元件，参数如何选取等等。后来，我们整理了下思绪，首先非常仔细的研究了下老师给的ppt里的内容，借助老师所给的电路结构，确立了变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路四个部分，然后查阅模电实验的教材，拟定了所需要的元件及元件的的参数。电路板和元件等器材买回来之后，我们首先对电路进行布线，然后尝试焊，结果还没焊上两个元件，就觉得不对劲，仔细看了看电路板，这才发现我们之前布线居然没有注意到板子是三联的，很多管孔是短路的，之前布好的线路全都不能用，只好又拆了重新焊。这次焊接比较顺利，但也耗费了我们大约两个多小时的时间。随后我们没有检查电路，便直接插上电源试，刚插上就觉得不对劲，变压器特别的热，随后没有两秒钟，“嘭”的一声就爆了一个电解电容，随后变压器开始冒烟，吓的我们赶紧拔电源。后经过我们非常仔细的检查电路，发现我们的7812的管脚与地线端接了，同时还接反了一个电解电容这给了我们一个非常好的教训，以后一定要先检查完电路才能测试。我们的苦难还没有结束。修改过后，正电源输出正常了，可是负电源输出怎么也不正常。怎么测试也测试不出来问题在哪，这令我着实烦恼了好几天。眼看着就要交了，我们始终有一端输出过高。迫不得已我们只好请教了一个已经成功的同学。他对我们的电路板进行了各种测试后，建议我们换一个变压器，因为怀疑我们开始测试的时候烧坏了。果然，换了变压器之后，所有输出都正常了，我们的直流稳压电源这才成功完成。这次电路设计虽然很简单，但是由于是我们第一次完成设计性实验，经验不足，真可谓是多灾多难，但也给我们积累了很多宝贵的经验，为下面的电路做基础。在实验过程中，我们也收获了很多。我们这次的第一个任务就是直流稳压电源设计。刚开始电路设计出来的时候，觉得应该比较好焊，电路看起来不是特别复杂。但实际去操作下来才发现问题真的不少。首先是对元件的不熟悉，电解电容的管脚识别，一般电容的容值的读取都花费了一定的时间，以前学的一些基本知识都记得不是很清楚了。这最终导致我们在测试电容的时候出现了电容爆炸的问题，两个220uf的电容接反，而且电容突然爆炸造成了短路给变压器也造成了影响，导致在后来的测试中一直有问题而我们始终在找电路的问题，而没有去检查检查变压器的输出浪费了很多的时间。其次是焊接技术的不合格，虽然大一的时候我们有联系过但长时间的不接触自己的技术有很多的问题，有许多虚焊点。而且电路在平常的磕碰中经常会出现焊点脱落的问题，虽然每次都小心翼翼但板子的背后已经被改的面目全非了。最后没办法只能重新去焊一块，到那个时候才发现变压器有问题。再后来板子焊好做测试的时候也出现不少的问题，有时候是自己不注意没接地线使输出地图像出现杂波，有时候是元件出现问题自己又没发现，有的时候做的都快没信心了，但没有办法还得和大家一起找出问题。光芯片7812和7912就换了好几个。而且在最初布线的的时候，内有给散热片留下足够大的地方，最后只能用小的散热片，虽然能起到一定的作用，但之前元件布置的不合理还是带来了一定的麻烦。第一块板子中遇到的各种问题，为我们的语音放大器的设计提供了很好的借鉴，尝试过几次失败以后才会寻找到最有利的方法。失败乃成功之母，我们会有一个更合理的规划去完成下一个任务。大一的时候常听学哥学姐们说模电焊板子有多么辛苦，当时我总觉得他们有些夸大其词，然而当我真正开始焊第一块板子的时候，问题就接踵而至。首先我们买的是三连线的板子，在一开始布元件的时候我没有考虑到板子内部连线的问题，导致几个电容短路。第一次测试的时候，刚接通电源正输出那端的220uf电解电容就爆了，仔细检查电路才发现我把它的正负端接反了。于是换电容接着测试，正输出那端输出电压与要求值很接近，而负端无输出，经过仔细检查才发现w7912的输入端和地线接在了一起，遂再次改板子。第三次测试正输出没有问题，而负输出总是14v，用电表逐段检测都没什么问题，遂怀疑集成稳压器w7912烧坏，于是换了一个，输出正常。就这样，我们一共焊了两块直流稳压电源的板子，元件换了好几个，终于功夫不负有心人，我们最后的输出电压与要求值非常接近。说实话，测试的过程比焊的过程辛苦，有时候真的是花了好几个小时去检查一个小错误，每一次测试我都非常紧张，害怕自己辛辛苦苦焊好的板子得不到预期的效果。通过这次实验，我知道了在焊板子时，要尽量利用板子的三连线，减少布线，这样不仅能使板子看起来更加干净美观，而且还减少了许多短路的潜在可能。我知道了在测试板子之前一定要先仔细地检查电路是否有短路、错接的情况，不要等到测试的时候才发现，因为那样很容易烧毁元器件。我还知道了团队合作的重要性，一个三人小组要想做到事半功倍，最重要的就是分工明确，发挥每个人的特长，当然遇到问题的时候大家要一起商量，一起发现问题的症结所在。同时，在设计电路的过程中，我把模电课堂上所学的知识用到了实际中来，也算是对自己学习成果的一次检验。总的来说，我们这块板子设计得比较常规。最后，在测试完以后，为了增强板子的安全性，我们在变压器输出端接了一个保险管。并且为了让板子更好看