模拟电子技术课程设计-直流稳压电源设计.docx

模拟电子技术课程设计题目： 直流稳压电源设计院 系：工学院电气与电子工程系 专 业：电子信息工程 班 级：1402 姓 名： 学 号： 指导教师： 二一六年六月摘要直流稳压电源有许多优异的特性，在做机电竞赛和飞思卡尔智能车竞赛时，经常要用来供电和测试电路，一般市场上卖的成品较贵，为了获得可靠的直流稳压电源而且经济可行，我们采取的办法是将我国目前使用的220v市电通过一定的方法转换为我们需要的直流电，本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电。关键词 直流电源 三端稳压器 整流 滤波 稳压 目录第一章 系统的设计方案论证及分析21.1 概述21.2 设计目的21.3 设计要求21.4 设计方案及论证2第二章 电路原理和分析42.1电源变压器42.2 整流电路52.3 滤波电路52.4 稳压电路5第三章 元器件参数的选择73.1 选择电源变压器73.2 整流电路73.3 滤波电路中滤波电容的选择83.4 选择集成三端稳压器9第四章 电路仿真11总结13致谢14参考文献151第一章 系统的设计方案论证及分析1.1 概述随着社会的进步和时代的发展，电已成为现实生活中不可或缺的重要组成部分，而电源必然是电所存在的根源。 电源分为多种，常见的有直流电源、交流电源，并且电源的电压又是参差不齐。电源在各方面的应用如下： 在日常生活中我们离不开220V的交流照明电，有了照明电的存在使得夜晚的城市变得“金碧辉煌”，有了照明电的存在使得乡村漆黑的夜晚发出阵阵笑声。在工厂里离不开380伏的交流工业电，有了工业电才使得各种机器运转不停。 直流电源在现实生活中也有非常重要的角色，比如各种个电池，它们的存在使得我们幸福的社会锦上添花。电子技术是电类专业的一门重要的技术基础课，课程的显著特点之一是它的实践性。要想很好的掌握电子技术，除了掌握基本器件的原理，电子电路的基本组成及分析方法外，还要掌握电子器件及基本电路的应用技术，课程设计就是电子技术教学中的重要环节。 直流稳压电源课程设计就是针对模拟电子电路这门课程的要求所做的，同时也将学到的理论与实践紧密结合。220V经电源变压器降为约+24V的交流电，先经过整流桥和电容C1和C2进行滤波后，经过稳压芯片LM338得到在1.26v-17.51v可调的一个相对稳定的直流电压,最大电流为3A。然后把整流后的电压接到7912稳压芯片上可得到-12V的电压.1.2 设计目的1、回顾、总结本门课程学习内容；2、提高分析问题和解决问题的能力；3、激发创新意识，培养创新能力及动手能力。4、为今后的使用提供便利。1.3 设计要求 （1） 根据技术参数设计电路原理图; （2） 计算并选择电路元件及参数、输出电压可调范围：512V连续可调、输出电流：Imax=3A=1.4 设计方案及论证方案1：晶体管串联式直流稳压电路。交流电压经整流滤波后,得到平滑的直流电压,作为稳压电路的输入电源从UI输入。同时运用了比较放大电路,它的核心是调整管,输出电压的稳定是管的压降相应改变,使输出电压保持稳定，如图2.1所示。图 2.1方案2：采用三端可调集成稳压器电路。它采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器LM338，输出电压调整范围宽，此稳压器的基准电压是1.25V，而要求电压从3V起连续可调，因此需要设计电压补偿电路才可实现输出。简易集成可调直流稳压电源的设计如图2.2所示。图2.2论证：方案二有三端集成稳压器，调节简单方便，容易操作；方案一电路比较复杂，成本较高，适用于要求较高的场合。故采用第二种设计方案。第二章 电路原理和分析 稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图3.1所示。图 3.12.1电源变压器 所用的降压变压器，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。如图3.2所示。图 3.22.2 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直流电。如图3.3所示。图 3.32.3 滤波电路在电容滤波的基础上再加上一级LC滤波，在电容C1上滤除了交流成分，在电容C2上交流成分减少。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。优缺点：LC-型滤波电路输出电压的脉动系数比仅有LC滤波时更小，波动更加平滑；是体积大，笨重，成本高，使用不便。整流管冲击电流较大，外特性比较软。将LC-型滤波电路中的电感L换为电阻R2，从而使得电容C1滤波后的输出电压绝大部分降在电阻R2上。 优缺点：可以进一步改善滤波效果，但缺点是电阻上有直流压降，为此需要提高变压器的二次电压。如图3.4所示。图3.42.4 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。如图3.5、图3.6所示。图 3.5图3.6第3章 元器件参数的选择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=1.5V Uomax=12V又 Ui-Uomax(Ui-Uo)min Ui-Uomin(Ui-Uo)max 其中：（Ui-Uoin）min=3V，(Ui-Uo)max=40V 12VUi43V 此范围中可任选。根据 Uo1=(1.11.2)U2 可选变压的副边电压：24v。 （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=800mA 则I2=1.5*0.8A=1.2A （3）选择变压器的功率 变压器的输出功率：PoI2U2=14.4W 3.2 整流电路( 1 )采用桥式整流电路，电路如图2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的负载电阻RL，且方向是一致的。电路的输出波形如图4.2所示。图4.2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)。（2） 选择整流电路中的二极管 整流桥将交流电压U2变成脉动的直流电压，再经滤波电容C滤波纹波，输出直流电压U0。U0与交流电压输出U2的有效值u2的关系为U0=（1.1-1.2）u2每只整流二极管承受的最大的方向电压Vrm=2U2通过每只二极管的平均电流I=0.5Ir=0.45u2/R式中,R为整流电路的负载电阻.它为电容C提供放电回路,RC放电时间常数应满足RLC(3-5)T/2式中,T为50HZ交流电压的周期,即20ms 变压器的副边电压U2=24V 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=50V17V 最大整流电流IF=1A0.4A3.3 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Uo15mV ，SV0.003 Uo=+3V+9V Ui=14V 代入上式，则可求得Ui （2）滤波电容C 设定Io=Iomax=0.8A，t=0.01S 则可求得C。 电容的选择C2、C3、C4、C6为瓷片电容用于消除LM338、7912系列三端稳压器的自激。C1、C5为极性电容，并且后面的应尽量小于前面的，避免在掉电是电容向芯片充电。由于Imax=500mA,因此RL=U1/Imax=33,所以C1=C2=1515f,可见C1的容量较大，应选电解电容，受规格限制，电容的耐压要24V,故滤波电容C取容量为2200uF，耐压为25V的电解电容。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24V。 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。3.4 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LM317输出电压表达式为:式中，1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压REFV，此电压加于给定电阻1R两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器1RP，电阻1R常取值240120，在这里，因为只找了一个到10K的电位器，再串联一个R2，根据LM338输出电压表达式，取：R1=2.2k,R2=2k。我们RP1一般使用精密电位器，与其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波。图中加入了二极管D，用于防止输出端短路时10F大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。LM338其特性参数：输出电压可调范围：1.2V37V输出负载电流：3A输入与输出工作压差U=Ui-Uo：340V能满足设计要求,故选用LM338组成稳压电路。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。总体原理电路如图4.3所示。图4.3第四章 电路仿真 调节滑动变阻器，当调到最大阻值时电压输出15v 当调到最小阻值时电压输出1.78v另一路输出电压-12V总结经过一个星期的模拟电子线路课程设计过程，我学到了很多东西，对一学期以来所学的电子方面的知识也进行了巩固，也对自己在模拟电子方面能力有了更客观的认识和评价。在这次设计过程中，从最基本的查元件，找资料做起，了解了完整的电子设计的一般步骤，也和同学们共同探讨，学到了很多课本上学不到的东西，也遇到了各种各样从没想过的问题。最值得一提的是，在使用79xx系列的稳压芯片时，通常我们画电路器件朝下正常摆放，老师也认为连接的没有错误，但是总是出现趋于零的电压值，反复探讨，查找错误，过了很长时间才发现是79系列电压需要接负电压，也因此加深了对电路的理解，确实是学到很多。通过请教老师，和同学交流，并真的解决了它们，可以说是为我们以后在电子领域的发展做了一些有益的尝试，同时也使我增加了对电子方面知识的兴趣，也从中发现了自己的一些不尽如人意的地方，以后要多改进。最后，在这里也非常感谢指导老师，感谢您的耐心指导。致谢在一周的课程设计中感谢老师的悉心指导、提供的支持和帮助，让我顺利的完成这次的课程设计。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。另外，感谢学校给我们这样一次机会，能够独立地完成一个课题，并在这个过程中，给予我们各种方便。使我们能够更多的学习一些实践应用知识，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立