模拟电路课程设计-串联型连续可调直流稳压正电源.doc

课程设计说明书课程设计名称： 模拟电路课程设计 课程设计题目： 串联型连续可调直流稳压正电源 学 院 名 称： 信息工程 专业： 电子信息工程 班级： 080412 学号： 08041214 姓名： 汤文超 评分： 教师： 刘清平 20 10 年 3 月 16 日电子信息工程学院电子专业课程设计任务书i、电子专业课程设计题目：串联连续可调的直流稳压正电源ii、电子专业课程设计技术要求及主要元器件：（1）输出直流电压1.510v可调；（2）输出电流im=300ma;(有电流扩展功能) （3）稳压系数sr0.05 ; (4)具有过流保护功能。主要元器件：lm371稳压器 桥堆 电阻电容等iii、电子专业课程设计工作内容及进度安排：内容：设计制作一串联连续可调的直流稳压正电源 压正电源 进度安排：第一周 查阅资料，确定方案，软件仿真 第二周 设计制作，电路调试，撰写报告 、主 要参考资料： 电子信息工程 专业 080412 班学生姓名： 汤文超指导教师： 刘清平 系主任： 日期：3月1号至今摘 要当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路-电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。袖珍计算器则是简单多的电池电源电路。不过你可不要小看了这个电池电源电路，比较新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。可以说电源电路是一切电子设备的基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备。由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。基于上述实际意义，自行设计了一直流小型稳压电源，其主要是完成在输出最大电流为500ma，稳压系数小于0.05的同时要求电流具有扩展，电路具有过流保护功能的情况下，调节电位器，使输出电压在1.5v10v之间连续可调，通过multisim 2001仿真软件的仿真及实际焊接来验证设计电路的可行性，对直流稳压电源的各部分组成有更深的理解。关键词：直流 稳压 变压 目 录前言 1第一章 直流稳压正电源设计要求 21.1直流稳压正电源的特点及应用21.2 设计任务及要求 21.3 主要参考器件 3第二章 电路设计原理及单元模块42.1 设计原理42.2 设计方案42.3 单元模块52.3.1 电源变压器的设计 52.3.2整流电路 62.3.3 滤波电路 62.3.4稳压电路 72.3.5各元器件的选择8第三章 安装与调试 103.1 电路的安装 103.2调试仪器和设备 103.3电路的调试103.4电路的调试数据表 123.5调试数据结果分析133.6改进电路的方法 14结 论 14参考文献 15附 录一16附 录二18 前言稳压电源的历史可以追溯到十九世纪，到二十世纪初就有铁磁稳压器以及相应的技术文献，电子管问世不久就有人设计了电子管直流稳压器在四十年代后期，电子器件与磁饱和元件相结合，构成了电子控制的磁饱和交流稳压器。五十年代晶体管的诞生使晶体管串联调整稳压电源成了直流稳压电源的中心六十年代后期，科研人员对稳定电源技术做了新的总结，使开关电源，可控硅电源得到快速发展，与此同时，集成稳压器也不断发展。现在电子技术是高新技术的“龙头”，各先进国家无不把它放在优先发展的地位。在许多领域，特别是电子通信领域稳压直流电源有着广泛的应用。直流稳压电源是科研，生产，教学和维修等电位常用的且必备仪器。人们日常生活也在不经意在与其打交道，形形色色的电源诸如：手机,mp3,mp4等等的低电压稳压电源，方便实惠经济，备受人们的亲。稳压电源在各种电子器件维修，调试中也是必不少的仪器。由于直流稳压电源电路复杂，维修困难，对电路的污染严重，电源噪声大不适合用于某些低噪声电路，所以直流稳压电源应向简洁电路，减少污染，降低噪声方向发展。在学习理论知识的同时我们还要加强实践，从而提高我们的动手和创新能力。课程设计是一种有效的实践训练环节。实践证明，这个环节能使学生综合运用所学的理论知识，拓宽知识面，系统地进行电子电路的工程实践训练，为后续课程的学习、各类电子设计竞赛、毕业设计、乃至毕业后的工作打下了良好的基础。第一章 直流稳压电源设计要求1.1直流稳压正电源的特点及应用晶体管直流稳压电源可以作为各种晶体管仪器，仪表，电子计算机自动控制系统与设备的直流电源。精密稳压，稳流电源还可作为检定某些电工用的仪表用的稳压，稳流电源。因此，晶体管直流稳压电源是科研，生产，教学和维修等电位常用的必备仪器。直流稳压最大的特点是电路简单，调节方便，输出电压稳定性强，纹波电压校，使用安全方便，经济实惠，应用广泛的众多特点。流稳压电源，需要对基本的二极管、晶体管、电阻、电容、变压器以及三端稳压器等器件的参数选择设计。通过实验可以进一步掌握半导体器件的应用，初步掌握电子电路的设计方法，为后面的综合设计大下基础。1.2 设计任务及要求1.2.1基本要求：（1）输出直流电压1.510v可调；（2）输出电流iom=300ma；（有电流扩展功能）（3）稳压系数sr0.05；（4）具有过流保护功能。 1.2.2 设计任务及目标： （1）掌握集成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）根据原理图分析各单元电路的功能； （4） 熟悉电路中所用到的各集成芯片的管脚及其功能； （5） 进行电路的装接、调试，直到电路能达到规定的设计要求； （6） 写出完整、详细的课程设计报告。（7）学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。（8）培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。1.2.3 主要参考器件： lm317稳压器 桥堆 电阻电容等第二章 电路设计原理与单元模块稳压电路21 设计原理直流稳压电源的总体参考方案框图如图2-1所示。它包括电源变压器，整流电路，滤波电路及稳压电路等四大块组成 稳压电路负载电路电源变压器滤波电路整流电路图2-1 直流稳压电源系统设计框图22 设计方案分析设计任务，整流，滤波和稳压是该系统的主要部分。其主要设计思路为：（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。23 单元模块2.3.1电源变压器电源变压器的作用是将电网220v的交流电压变换成整流滤波电路所需的低电压。 图2-2直流稳压电源变压器设计模块2.3.2整流电路整流电路将交流电压u变成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压u1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波， 整流滤波电路一般由具有单向导电性的二极管构成，经常采用单向半波、单向全波和单向桥式整流电路。在该实验中采用集成的w08桥堆来完成，电路中采用了4个二极管，组成单向桥式整流电路。整流过程中，4个二极管轮流导通，无论正半周期还是负半周，流过负载的电流方向是一致的，形成全波整流，将变压器输出的交流电压变成了脉动的直流电压。其外部结构如图（a）(b)所示其内部结构如图2-3-2所示：图2-3 桥堆内部结构示意图2.3.3 滤波电路整流滤波电路的输出电压是单一方向的，但是含有较大的交流成分，不能适应大多数电子电路及设备的需要。因此，一般在整流后，还需要用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压，需要滤波电路，用大电容电解电容并联来实现。滤波电路的作用是平滑整流输出的单向脉动电压，最简单的滤波电路是电容器，桥式整流电路输出的波形经电容滤波电路处理后的输出电压波形如图10-1-2所示。在整流后加上电容，如图2-3-3（1）所示：经电容滤波电路处理后的输出电压波形如图2-3-3（2）所示：直流稳压电源的全过程如图2-3-3（3）所示： 2-4在整流后加上电容2-5经电容滤波电路处理后的输出电压波形图2-3（3）为直流稳压电源的全过程2.3.4 稳压电路经过滤波后输出的直流电压仍然存在较大波纹，而且交流电网电压容许有起伏，随着电网电压的起伏输出电压也会随之变动。此外，经过滤波后输出的直流电压也与负载的大小有关，当负载加重的时候，由于输出的电流能力有限，使得输出的直流电压下降。因此，当需要稳定的直流电压的时候，在整流、滤波电路后通常需要配有稳压电路。稳压是该设计方案的主要，也是关键部分。根据设计所要求的性能指标，选择集成三端稳压器。因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。三端集成稳压器：常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。常用可调式正压集成稳压器有cw317（lm317）系列，它们的输出电压从1.25v37伏可调，最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5a。其典型电路如图2，其中电阻r1与电位器r2组成输出电压调节器，输出电压uo的表达式为：uo1.25（1r2/r1）式中r1一般取120240欧姆，输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25v）。lm317的外形图及管脚显示如下：输入端（不稳定电压输入端）标以“3”输出端 标以“2”公共端 标以“1”lm317是常见的可调集成稳压器，最大输出电流为2.2a，输出电压范围为1.2537v。其接法如下图2-3-3(1)： 2.3.5各元器件的选择（1）选定集成稳压器，确定电路形成选定可调式三端稳压器cw317其特性参数vo=1.237v, iomax=1.5a,最小输入输出电压（ui-uo）min=3v, （ui-uo）max=40v组成稳压电源的电路如图2-3-5（1）图2-4组成稳压电源的电路图vo=1.25(1+rp/r1),取r1=240, rpmin=48rpmax=1.68k,故选用rp为4.7 k的精密绕线可调电位器（2）选定电源变压器，输入电压范围为： vomax+（ui-uo）minvivomin+（ui-uo）max 10+3vi1.5+40即 13vvi41.5v即sr=vo/ vovi/ uiio=常数，t=常数c=ic*t/vipp= iomax*t/uipp副边电压 v2vmin/1.1=13/1.1=12v副边电流 i2iomax=0.3a,取i2=0.5a副边功率 p2i2 v2=0.5w由副边输出效率表一知：副边功率为0.5w,小于10 w，故输出效率为0.6故原边输出功率p2/n=6w/0.6=10w,为保留余量为15w的电源变压器副边输出效率表一：副边功率101030308080200效率n0.60.70.80.85（3）选定整流二极管滤波电容查手册选整流二极管in4001，其参数为：反向击穿电压ubr=50v17v最大整流电流if=1a0.4a（4）选定滤波电容 滤波电容c可纹波电压vopp和稳压系数sr确定已知 vo=10v, vi=13v, vopp=5ma由公式可得稳压器的输入电压的变化量为 vi=vopp*vi/vo*sr=(13*5*0.001)/10*0.05=0.13又得滤波电容c=ic*t/vi=iomax*t/vi=(0.3*0.01)/0.13=23076.9uf电容c的耐压值应大于 2 v2=1.414*12=16.968v滤波电容c由c1,c2并联组成，由于库房没有23076.9uf的电容，用1000uf的电容同样可实现预期效果（5）线圈的选择n1/n2=ui/u2=220v/12v=18.33故选扎数比为20的线圈（6）电路的完整设计及参数图2-5 第三章 安装与测试 3.1 电路的安装1.先装矮后装高、先装昂小后装大、先装耐焊等等；2. 布线尽量使电源线靠近实验电路板的周边，以起一定的屏蔽作用；3. 焊接时不能出现虚焊、假焊、漏焊，更不能出现过焊，因为有些器件，不能耐高温，比如焊接稳压器时，电烙铁绝对不能停留太久。3.2调试仪器及设备变压器（降压） 万用表（测试输出电压） 小镊子（调节变阻器的阻值）3.3电路的调试按图3-3（1）所示安装集成稳压电路，然后从稳压器输入端加入直流电压u112v调节rp，若输出电压也跟这变化，说明稳压器正常工作用万用表测量整流二极管的正反向电阻，正确判断二极管的极性图 3-3安装集成稳压电路后，按图所示先在变压器的副边接上额定电源为1a的保险丝，然后安装整流滤波电路。安装时要注意二极管和电解电容的极性不要接反。经检查无误后，才将电源变压器与整流滤波电路连接，通电后，用示波器或万用表检查整流后输出电压u1的极性，若u1的极性为负，（其中d5,d6为in4148型二极管，说明整流电路没有接对此时若接入稳压电路，（c1=0.1uf, c2=10uf, c0=1uf）就会损坏集成稳压器。因此确定u1的极性为正后，断开电源，按图3-3（2）所示图3-3（2）检查整流及滤波电路示意图将整流滤波电容与稳压电路连接起来.然后接通电源，调节rw的值，若输出电压满足设计指标，说明稳压电源中各级电路都能正常工作，此时就可以进行各项指标的测试。 调试时应小心谨慎，电路安装完毕后，首先应检查电路的电源线和地线的走向，防止因为电源线或地线接错而导致烧坏芯片或者是电源等现象。然后上电调试，若没问题则不需调试。如果遇到问题，则应该根据产生的问题，加上对原理图的分析，首先找到可能出错的地方，如电压表的示数一直没有变化，这可能lm317没起到作用，可能是其管脚接错，调试的时候可以分块检查，排除到最后就是错误所在。另外也可以做完一个模块检查一个模块，最后检查模块间的连接部分。检查。此外，还需要多次上电调试，观察电路是否有其他状况，是否有不稳定的情况发生。在调试过程中尤其要注意电路中的虚焊，如果电路不稳定，很有可能是虚焊引起的。3.4电路调试数据表表二：电路的调试数据4.7k电位器的阻值电压表的示数471.68v7995.99v14888.70v3.5数据结果分析根据公式vo=1.25(1+rp/r1)，带入数据可算得当4.7k电位器的阻为当为47 电压表示数为1.49 v当为799 电压表示数为5.41 v当为1488 电压表示数为8.70 v有上述结果知，测量值比理论值大。综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有: 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;万用表本身的准确度而造成的系统误差;3.7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;采用更高精确度的仪器去检测;结 论通过本次设计,让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作 原理以及它的要求和性能指标.也让我们认识到在此次设计电路中所存在的问题;而通过不断的努力去解决这些问题.在解决设计问题的同时自己也在其中有所收获.这次设计的这个直流稳压电源电路;采用了变压器、桥堆、电容、稳压器等元器件。其中，电源变压器实现了将220v的市网电压变为低的交流电压