模拟电子技术课程设计-直流稳压电源.docx

郑州科技学院 模拟电子技术课程设计 题 目 直 流 稳 压 电 源 学生姓名 x x x 专业班级 12级电气工程及其自动化x班 学 号 2012xxxxx 院 （系） 电气工程学院 指导教师 x x 完成时间 201x 年 x 月 xx 日 目录1设计的目的12设计的任务与要求23设计方案与论证 3 3-1单相半波整流电路 3 3-2单相全波整流电路 4 3-3滤波器 4设计原理及功能说明 55单元电路的设计（计算与说明）55-1稳压电路 6硬件的制作与调试57总结 10参考文献15附录1:实物图 附录2：总体电路原理图 18附录3：元器件清单 19前言 电源是电子、电器设备工作的动力，是自动化不可或缺的组成部分，直流稳压电源是是应用极为广泛的一种电源。直流稳压电源是常用的电子设备，它能保证在电网电压波动或负载发生变化时，输出稳定的电压。一个高精度的稳压源在仪器仪表、工业控制及测量领域中有着重要的实际应用价值。直流稳压电源由于具有效率高、体积小、重量轻的特点，近年来获得了飞速发展。直流稳压电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使直流稳压电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。本文主要以半桥变换电路为开关电源的主电路，设计一台品质优良的直流开关稳压电源，直流稳压电源一般有变压器、稳压板、电容、各种二极管和一部分电阻组成，具有体积小、质量轻的优点，而且用途比较广泛。可在电路中串联或并联使用，是人们心中理想的稳压电源。无论是电子仪器设备、实验室、测量设备大部分电子设备都需要有稳定的电压才能使它们处于良好的工作状态。1设计的目的（1）学习基本理论在实践中综合运用的初步体验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。（2）学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。（3）培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。（4）设计并制作一个开关稳压电源，主要技术指标要求：（5）学习利用软件对稳压电源电路进行仿真验证。2设计的任务与要求1设计并制作一个直流稳压，主要技术指标要求使输出电压为312v;2设计电路结构、选择电路元件，计算确定元件参数 ，画出使用电图；确定稳压电路的最低输出直流电压，电源变压器的副边电压、电流及功率。1拟试验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，进行组装、调试，并测试其主要性能参数。2选整流二极管1n4007和滤波电容（电解电容为滤波电容）3掌握线性直流稳压集成电路lm317的特性和应用3设计方案与论证直流稳压电源一般由电源变换电路、整流电路、滤波电路、稳压电路和负载等几部分组成。 图3-1直流稳压电源方框图3-1单相半波整流电路 简单，使用器件少，它只对交流电的一半波形整流，只要横轴上面的半波或者只要下面的半波。但由于只利用了交流电的一半波形，所以整流效率不高，而且整流电压的脉动较大，无滤波电路时，直流电压的整流分量较小，变压器利用率低。3-2单相全波整流电路单相全波整流电路：使用的整流器件较半波整流时多，整流电压脉动较小，比半波整流小一半，无滤波电路时的输出电压变压器的利用率比半波整流时高。变压器二次绕组由中心抽头。整流器件所承受的反向电压较高，使用的整流器件较半波整流时多，整流电压脉动较小，比半波整流小。3-3滤波器滤波器主要由电容、电感等储能元器件组成。它的作用是尽可能地将单向脉动电压中的脉动成分过滤掉，使输出电压变为比较平滑的直流电压。但是，当输入电压或负载电流发生变化时，滤波器输出直流电压的幅值也将发生变化。4设计原理及功能说明直流开关稳压器的输入电源一般都是还没有经过稳压的直流电源。因此操作失误或者发生意外情况时会将其极性接错将损坏开关稳压电源。极性保护的目的就是使开关稳压器仅在电路连接正确情况下工作, 因此利用单向导通的器件特性可以实现电源的极性保护。从本质上说，线性稳压电源的电压调整作用是靠改变管的“变阻”作用实现的，因而调压范围有限。开关稳压电源的电压调整作用是通过改变直流电压的脉宽实现的，因而线性控制区域大，调压范围广，在交流电压变化较大时，开关稳压电源依然可以达到很好的稳压效果。 图4-1直流稳压电路原理图1.输入交流电电压为220v（有效值）50hz，想获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将输入电压降低以获得所需要交流电压。2.交流电压降低后，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.脉动较大的直流电压必须经过滤波、稳压电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流部分滤掉，而保留其直流部分。4.经过滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到几乎不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载rl。直流稳压电源是一种将220v的交流电转换成输出稳压的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个步骤才可以完成，其中：（1）源变压器：是降压变压器，它将输出的220v交流电压转化成符合需要的交流电压，并输送给整流电路，变压器的变化由变压器的副边电压确定。（2）整流电路：利用单向导电元器件，把50hz的正弦交流电转化成脉动的直流电。（3）常用的整流电路有：半波整流电路和全波整流电路两种；原理分析采用变压器、二极管、集成电路，电阻、稳压管、三极管、等元器件。220v的交流电经过变压器变压后转化成电压值较小的交流电压，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。其中，核心元件是lm317，它是一片大电流可调稳压集成电路。（1）电路的工作过程比较简单，220v的交流电压经电源变压器t1变压后，从其次级输出18v左右的交流低电压，该电压经过由vd1vd4构成的桥式整流电路整流，得到直流电压，经过c1电容器滤波，得到的约24v直流电压直接加至lm317稳压块的输入端2脚。从lm317的2脚输入直流电压，经其内的电压调整电路，误差放大电路、基准电压电路将电压稳定后从3脚输出，去后级电路。（2）消振电路。lm317的2脚与地之间连接的c2为消振电容器，用于消除由于lm317管脚引线过长而引起的自激振荡。（3）电源可调电路。lm317的1脚外接的rp1可变电位器，r1、vd6、c3成了电源可调电路，用于调节输出电压的大小，它是通过控制lm317的1脚上电位来进行输出电压大小调节。（4）电压冲击保护。lm317稳压块的输入与输出端连接的二极管vd5用于防止输入端电压突然降低或输出端电压突然升高，输出电容器c4放电时对lm317的冲击，起到保护稳压集成电路的作用。5单元电路的设计电源变压器是将交流电网220v的电压变成所需要的电压值，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。 整流电路采用桥式整流电路，电路如图5-1所示。在u2的正半周内，二极管d1、d4导通，d2、d3截止；u2的负半周内，d2、d3导通，d1、d4截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻r，且方向是一致的。电路的输出波形如图5-2图5-1 整流电路图 图5-2输出波形在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，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22u(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 图5-3设计原理电路仿真图5-1稳压电路为了得到更稳定的直流电源，需要在整流滤波电路的后面再加上稳压电路，稳压电路主要有硅稳压管稳压电路和集成稳压电路。我选用的是集成稳压电路lm317。稳压电路的质量通常由主要指标来衡量：内阻，稳压系数，电压调整率，电流调整率，最大纹波电压，温度系数以及噪声电压等。稳压电路的作用是当外界因素如输入电压、负载、环境温度改变时，使输出直流电压不受影响，从而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些其它元器件组成，采用集成稳压器设计的电源具有性能稳定、结构简单等优点。6硬件的制作与调试利用烙铁焊接，对照原理图安装元器件并焊接。我们将所有的元器件安装完成后，必须仔细对照电路图检查线路焊接是否正确，看有没有线路接错的地方。然后接通220v电源，按下主电路开关sw用万用表检测输出端有没有电压输出，若没有电压输出，则检测输出端以前的电路每点的电位，找到电位异常的地方后，再断开电源，仔细分析原因，检测此部位的元器件是否存在焊接错误的情况。再对整体电路进行分析排查，看是否有元器件因为连接短路而烧坏的，逐级进行。反复调试，直到找到问题所在。如果检查线路连接无误接通电源，由于元器件不是特别精确，焊接线路的电阻比理想中的电阻大，得到的数据和理论值有些误差，这些误差都是存在的，也是在允许的范围内，所以一般我们都把误差忽略掉。综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差原因有：测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差；电流表内阻串入回路造成的误差；测得纹波电压时示波器造成的误差；示波器，万用表本身的准确度而造成的系统误差；2、可以通过以下的方法去改进此电路；减小接触点的微小电阻；根据电流表的内阻对测量结果可以进行修正；测得纹波时示波器采用手动同步；采用更高精确度的仪器去检测；7总结实训接近了尾声。在老师的带领下，我终于顺利完成的课时设计。在没有做课时设计以前觉得课时设计只是对这一年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课时设计发现自己的看法有点太片面。课时设计不仅是对前面所学知识的一次检验，而且也是对自己动手操作能力的一种提高。通过这次课时设计让我明白了原来自己的知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。但是通过这次课时设计，我明白了学习是一个长期积累的过程，在以后的学习、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识的综合素质。注重理论和实践的相结合。通过这次电路设计，我从中了解了直流稳压电源和理解了书上的知识，同时也了解到了自己对于理论和实际应用的统一和对于元器件在实际中的应用还有很大的不足，不能在使用器件时选择合适的参数的器件，不能根据器件的编号知道器件的基本功能。在这方面需要很大提高。在做的过程中也提高了我的动手操作能力，实践能力得到了一定的锻炼。在没有做课时设计以前，我们对直流稳压电源的了解都是理论上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的方案应用到实践中的时候，问题也随之出现了，不是不能测试，就是测试的结果和理论要求数值不相符合。经过解决一个个测试中出现的问题，我们对直流稳压电源的理解得到加强，看到了实践与理论的差别。加深了我们对理论与实践联系的理解，促进了我们运用知识解决具体问题的综合应用能力，特别是对直流稳压电源的应用、理解上升到了更深的一个层次。但是由于水平有限，我们的课程设计难免会有一些错误和误差。通过一周的学习，使我对实训课有了兴趣，其中有不少收获。对电子工艺的理论有了更进一步的了解。我们了解到了焊接普通元件与电路元器件的技巧、工作原理与组成元器件的作用等。自己的动手能力是个很大的锻炼。在实习中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。虽然在实习中会遇到难题，但是从中我学到了很多，使自己的动手能力也有所提高，我想在以后的理论学习中我就能够明白自己的学习方向，增进专业知识的强化。 在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。 我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。 在此要感谢我的指导老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。参考文献1 华成英、童诗白 ，模拟电子技术基础， 北京 ，高等教育出版社。2 陈大钦 ,电子技术基础实验，北京，华中理工大学电子学教研室。3 夏路易、石宗义 ,电路原理图与电路板设计教程，北京，北京希望电子出版社。4 华