电子技术课程设计-直流稳压电源设计.doc

目录1 摘要.22 电子技术课程设计的目的、要求.32.1 设计的目的.32.2 设计的要求.33 直流稳压电源设计要求.44 直流稳压电源设计的具体实现.54.1 系统概述.54.1.1 直流稳压电源的作用.54.1.2 直流稳压电源基本结构.64.1.3 总体原理电路.74.1.4 稳压电源的主要性能指标.84.2 单元电路设计与分析.94.2.1 实验设备及元器件.94.2.2 桥式整流电路.104.2.3 滤波电路.114.2.4 串联稳压电路设计.124.3 主要元器件的参数.134.3.1 选择电源变压器.134.3.2 选择整流电路中的二极管.144.3.3 滤波电路中滤波电容的选择.155 课程设计心得体会.16参考文献资料1 摘要课程设计是针对课程而言，但又不局限于课程。电子技术课程设计是对本门课程的综合性技能训练，可以使学生进一步掌握电子技术理论知识，熟悉元器件识别和检测技能，掌握电子仪器仪表的使用方法；通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析和解决问题的能力。在电子电路和电气设备中，一般都需要电压稳定的直流电源供电，这些直流电源除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电转化为直流电的直流稳压电源。直流稳压电源可分为开关电源和线性电源。开关电源最大的优点是效率高、体积小，缺点是精度低、稳定性差、噪声大；直流线性稳压电源最大的优点是稳定性好、精度高、噪声小，缺点是效率低、体积大。因此，对于电源稳定性要求不高的一般情况供电和输出大功率电源，可选用开关电源。对于电源精度、噪声要求高的场合必须选用线性电源，比如电压基准期，高精度的测量仪器等等。2 电子技术课程设计的目的、要求2.1 设计的目的（1） 巩固加深对模拟电子技术基础知识的理解，提高综合运用所学知识的能力。（2） 通过查找资料、选方案、设计电路、仿真和调试、写报告等环节的训练，培养学生独立分析问题、解决问题的能力。（3） 了解电子线路设计的过程、工艺技术规范，学会书写设计说明书。（4） 培养学生严肃、认真的科学态度和工作作风。（5） 了解与掌握常用电子仪器的使用方法，及简单的制版、焊接、组装、调试工艺过程。2.2 设计的要求（1） 电子元器件结构原理，民命名方法及工艺特点；电阻元件、电容元件、电感原件、晶体二极管、三极管元件、运放元件、特殊元件（特殊半导体器件如:稳压管、发光管、光电晶体管、霍尔元件）；（2） 基本元器件的逻辑原偶找构造：常用门电路集成电路（tilcmos）的构造、功能;（3） 魔宠波形与产生电路;（4） 单元电路理论、工程计算方法、分压式电流负反馈、跟随器电路、场效应管电路、多级放大电路、负反馈电路、振荡器电路、直接耦合放大电路、运放电路；（5） 掌握电子线路设计的工程、工艺技术规范，了解与掌握常用电子仪器的使用方法，及简单的制版、焊接、调试工艺过程，提高基本操作技能；3 直流稳压电源设计要求（1） 设计一个串联反馈式稳压电源（2） 要求输出电压可调在0v15v； 连续可调，输出电流：01a；稳压系数： sv0.05；输出电阻ro0.05，输出纹波电压5mv。（3） 画出系统电原理图。（4） 列出系统所用元件对部分主要元件的功能给以介绍。计算单元电路的参数。（5） 若条件满足的情况下，在实验室包装箱上接线验证、调试各个功能模块的电路。4 直流稳压电源设计的具体实现4.1系统概述4.1.1 直流稳压电源的作用（1）电网供电电压交流220v(有效值)50hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载rl。4.1.2 直流稳压电源基本结构直流稳压电源是一种将220v工频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，见图1。图4.1直流稳压电源方框图其中：（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。（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。4.1.3 总体原理电路 d6 3 cw317 2 保险丝d1 d4 1 c r1 d5 u1 d2 d3 c1 co uo 220v u2 c2 rw 图4.2 稳压电路原理图4.1.4 稳压电源的主要性能指标(1) 输出电压u。和输出电压调节范围： 调节rp可以改变输出电压u。(2) 最大负载电流iom(3) 输出电阻r。输出电阻r。定义为：当输入电压ui（稳压电路输入）保持不变，由于输出负载变换而引起输出电压变化量u。与输出电流变化量i。之比，即(4) 稳压系数s（电压调整率）稳压系数定义为：当负载保持不变输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比，即 由于工程上常把电网电压波动作为极限条件，因此也有将此时输出电压的性对变化做为衡量指标，称为电压调整率。(5) 纹波电压 输出纹波电压是指在额定负载条件下输出电压中所含交流分量的有效值（或峰值）。4.2 单元电路设计与分析4.2.1 实验设备及元器件1.万用表 2.示波器 3.交流毫伏表 4.滑线变阻器5 晶体二极管 6.晶体三极管7 电阻 8.稳压管174.2.2 桥式整流电路整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图3所示。在u2的正半周内，二极管d1、d2导通，d3、d4截止；u2的负半周内，d3、d4导通，d1、d2截止。正负半周内部都有电流流过负载电阻rl，且方向是一致的。电路的输出波形如图4所示。图4.3整流电路图4.4输出波形图在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导通，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)。在设计中，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=(1.11.2)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。4.2.3 滤波电路滤波电路的作用：尽量减小输出直流电压中的脉动成分，使输出的波形更加平滑4.2.4 串联稳压电路设计（1）稳压电路主要有几个环节组成：a.调整环节一般是大功率管，也可以使2-3个三极管组成复合管；b.基准环节由稳压管构成，提供一个基准电压（uz）;c.比较放大环节一般是单管放大电路，或差动放大电路，或集成运放放大器组成。将取样得得信号与基准电压进行比较，并将比较得到的偏差信号进行放大然后传递给调整环节；d.取样环节由电阻r1、r2组成的分压器(2) 工作原理利用电压串联负反馈，稳定输出电压。其文雅过程为： 取样uf放大ufuo控制uos调整4.3 主要元器件的参数4.3.1 选择电源变压器（1）确定副边电压u2:根据性能指标要求：uomin=0v uomax=15v又 ui-uomax(ui-uo)min ui-uoin(ui-uo)max其中：（ui-uoin）min=3v，(ui-uo)max=40v 18vui40v此范围中可任选 ：ui=20v=uo1根据 uo1=(1.11.2)u2 可得变压的副边电压（2）确定变压器副边电流:i2 io1=io又副边电流i2=(1.52)io1 取io=iomax=1a则i2=1.5*1a=1.5a（3）选择变压器的功率变压器的输出功率：poi2u2=26.1w4.3.2 选择整流电路中的二极管 变压器的副边电压u2=17.39v 桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：查手册选整流二极管in4001，其参数为：反向击穿电压ubr=50v24.6v最大整流电流if=1a0.5a4.3.3 滤波电路中滤波电容的选择滤波电容的大小可用式 求得。（1）求ui:根据稳压电路的的稳压系数的定义：设计要求uo5mv ，sv0.05 uo=0v15vui=20v代入上式，则可求得ui（2）滤波电容c设定io=iomax=1a，t=0.01s则可求得c。电路中滤波电容承受的最高电压为，所以所选电容器的耐压应大于25v。注意： 因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，所以稳压器的输入、输出端常 并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。5 课程设计心得体会通过本次电子技术课程设计，我更加充分的理解了课本上的知识，并能够加以扩展，从而应用于实践当中。我认为，在这次电子技术课程设计过程中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟。在此过程中，我通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。在设计过程中我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。在本此实训的途中，了解到了关于直流稳压电源的诸多知识、了解到了关于单相全波整流电路、桥式整流电路的原理知识及其应用，了解到了电容滤波电路、电感滤波电路、复式滤波电路的应用和注意事项，了解到了稳压电路的主要性能指标、并联稳压电路、串联稳压电路、三端集成稳压器的主要参数、三端固定电压输出集成稳压器及应用电路、集成稳压器的使用注意事项、在课程设计过程中，遇到了不少的麻烦，主要是由于低频电子线路的基础知识不扎实从而捉肩见肘，应对不自如。所以打好良好的基础是非常之重要的。一种知识的积累，能力的提高。完全可以把这个当作基础东西，只有掌握了这些最基础的，才可以更进一步，取得更好的成绩。很少有人会一步登天吧。永不言弃才是最重要的。而且，这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在课程设计结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。参考文献资料（1）电子技术课程设计指导彭介华主编 北京 高等教育出版社 1997（2）电子电路实验及应用课题设计