设计制作一串联型可调两路输出直流稳压正电源.doc

1 课程设计说明书课程设计说明书 课程设计名称 课程设计名称 模拟电路模拟电路 课程设计题目 课程设计题目 设计制作一串联型可调两路输出设计制作一串联型可调两路输出 直流稳压正电源直流稳压正电源 学学 院院 名名 称 称 信息工程学院信息工程学院 专业 专业 班级 班级 学号 学号 姓名 姓名 评分 评分 教师 教师 2020 1212 年年 2 2 月月 2222 日日 2 模拟电路 课课程程设设计计任任务务书书 2020 1111 2020 1212 学年学年 第第 2 2 学期学期 第第 1 1 周 周 2 2 周周 题目题目设计制作一串联型可调两路输出直流稳压正电源电路设计制作一串联型可调两路输出直流稳压正电源电路 内容及要求内容及要求 设计任务和要求 一路输出直流电压 12V 另一路输出 5 12V 连续可调直流稳压电源 输出电流 IOm 200mA 稳压系数 Sr 0 05 能根据题目的要求 综合所学知识 进行资料查询 系统设计 选用合适 的元器件 先仿真通过后 用万能板或实验箱制作调试和进行结果分析 按学院要求的格式写出总结报告 进度安排进度安排 1 布置任务 查阅资料 选择方案 领仪器设备 3 天 2 领元器件 制作 焊接 3 天 3 调试 3 5 天 4 验收 0 5 天 学生姓名 黄洋 彭文闻 指导时间 20112011 年年 2 2 月月 2121 日日 3 3 月月 4 4 日日指导地点 E 507 室 任务下达2011 年 2 月 12 日任务完成2010 年 2 月 22 日 考核方式1 评阅 2 答辩 3 实际操作 4 其它 指导教师 系 部 主任 3 目目 录录 摘要摘要 4 4 前言前言 5 5 第一章第一章 设计任务与方案设计任务与方案 6 6 第二章第二章 设计电路图及仿真设计电路图及仿真 7 7 第三章第三章 原件及其介绍原件及其介绍 8 8 第四章第四章 设计原理及参数计算设计原理及参数计算 9 9 第五章第五章 实验仿真验证实验仿真验证 10 10 第六章第六章 实验结果及其分析实验结果及其分析 1111 第七章第七章 实验结论及其体会实验结论及其体会 1414 附表附表 元件清单元件清单 1616 附录附录 参考文献参考文献 1717 4 摘要 随着生活的各式各样 我们生活所需要的产品的品种也越来越多 其中绝大多 数产品为电子产品 不同的产品工作时所需要的电源电压也不同 因而对电源的性 能和参数要求也不同 目前 各种直流电源产品充斥着市场 电源技术已经比较成熟 然而 基于成 本的考虑 对于电源性能要求不是很高的场合 可采用带有过流保护的集成稳压电 路 同样能满足产品的要求 本次设计的题目为设计一串联型可调两路直流稳压正电源 先是经过家用交流 电源流过变压器得到一个大约十五伏的电压 U1 然后 U1 经过一个桥堆进行整流在桥 堆的输出端加两个电容 C1 C2 进行滤波 滤波后再通过 LM7812 具体参数参照手册 输出一个固定的 12V 电压 这样就可以在一路输出固定的电压 在 LM7812 的输出端 加一个电阻 R3 调整端加一个固定电阻 R1 和一电位器 R2 这样输出的电压就可以 在 5 12V 范围内可调 经过自己对试验原理的全面贯彻 以及相关技术的掌握 和反复的调试 经过自 己的不断的努力 老师的耐心的指导 终于把这个串联型两路输出直流稳压输出正 电源电路 5 前言 随着社会的发展 科学技术的不断进步 对电子产品的性能要求也更高 我们 做为 21 世纪的一名学电子的大学生 不仅要将理论知识学会 更应该将其应用与我 们的日常生活中去 使理论与实践很好的结合起来 电子课程设计是电子技术学习 中的一个非常重要的实践环节 能够真正体现我们是否完全吸收了所学的知识 在电子市场 各种各样的串联稳压电源琳琅满目 但大多数成本都不低 基于 成本考虑 我们可以应用所学的知识自己设计一个简单的电路 大部分电压都是正 电源 而人们的需求也日益丰富 所以直流稳压负电源也越来越多 尤其是在学校 我们所用的许多电源都是自己学校设计的 电压大概在 1 20 之间可调 虽然现在的电源很普遍 技术也很成熟 但其中的电路设计分析的思路仍值得 我们去学习和研究 又因为其简单 易做 易设计 对材料无特别要求的特点 使 得直流稳压电源的设计能广泛应用与课程设计中 通过电子课程设计 锻炼学生综合运用电子技术基础知识及动手能力 使学生 加强了对模拟电子技术和电路的理解 学会查阅资料 方案比较 方案选择以及原 理图设计 计算 制作 调试等基本技能 增强分析 解决实际问题的能力 第一章第一章 设计任务与设计方案设计任务与设计方案 设计制作一串联型可调两路输出直流稳压正电源电路设计制作一串联型可调两路输出直流稳压正电源电路 6 1 1 设计任务与要求设计任务与要求 1 一路输出直流电压 12V 另一路输出 5 12V 连续可调直流稳压电源 2 输出电流 IOm 200mA 3 稳压系数 Sr 0 05 二 方案设计与论证二 方案设计与论证 直流稳压电源是电子设备能量的提供者 对直流电源要求是 输出电压的幅值 稳定 平滑 变换频率高 负载能力强 温度稳定性好 1 整流电路 交流电压转变成单向脉动直流电压 a 半波整流 其原理是利用半导体的单向导电性组成的各种整流电路 U0 U2 0 45U2 tdu 0 0 2 1 tdtu 0 2sin 2 2 1 2 b 桥式整流 其原理是四个二极管的合理连接 使交流电转换成直流电 并且是全波整流 而 单相桥式整流电路与半波整流电路相比 在相同的变压器副边电压下 对二极管的 参数要求一样 但直流大小是半波整流的两倍 输出电压高 变压器利用率高 脉 动小等优点 因此在次设计中选用单相桥式整流电路 2 滤波电路 经整流后的电压仍具有较大的交流分量 不能直接输出变为直流电源 必须通 7 过滤波电路将交流分量滤掉 尽量保留其输出中的直流分量 才能获得比较平稳的 直流分量 使之波形变得平滑 接近理想的的直流电源 因此可以利用电容两端电压不能突变或流经电感的电流不能突变的特点 将电 容与负载并联 或将电感与负载串联就能起来滤波作用 3 稳压电路 由于滤波后的直流电压 Ui 受电网电压的波动和负载电流变化的影响 很难保证 输出电流电压的稳定 所以必须在滤波电路和负载之间加上一个稳压电路 才能保 证输出直流电压的进一步稳定 如图就是由桥堆和电容组成的整流 当交流电电流流过桥堆时 负方向的电流改变方向 以正方向的形式从桥堆中 流出 从而形成如图中的绿色部分的电流 当这种电流经过电容的滤波效果就形成 了较为平滑的直流电流 第二章第二章 设计电路图设计电路图 设计的实验电路设计的实验电路 8 第三章第三章 元件及其介绍元件及其介绍 9 1 1 变压器 型号 变压器 型号 AIR CORE XFORMEPAIR CORE XFORMEP 变压器的最基本型式 包括两组绕有 导线的线圈 并且彼此以 电感方式称合 一起 当一 交流电 具有某一已知 频率 流于其中之一组线圈时 于另一组线圈 中将感应出具有相同频率之 交流电压 而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁 交链之程度 一般指连接交流 电源的线圈称之为 一次线圈 而跨于此线圈的电压称 之为 一次电压 在二次线圈的 感应电压可能大于或小于一次电压 是由一 次线圈与二次线圈间的 匝数比 所决定的 因此 变压器区分为升压与降压变 压器两种 在此次实验中我们采用降压变压器 目的是将 220V 交流电降到我们所需的的范 围 2 2 桥堆 桥堆 型号型号 3N2473N247 桥堆是一种电子元件 内部由多个二极管组成 主要作用是整流 调整电流方向 用桥堆整流是比较好的 首先是很方便 而且它内部的四个管子一般是挑选配对的 所以其性能较接近 还有就是大功率的整流时 桥堆上都可以装散热块 简化 使 工作时性能更稳定 当然使用场合不同也要选择不同的桥堆 不能只看耐压是否够 比如高频特性等 在实验中 我们的设计的是直流电源 所以我们需对降压产生的交流进行整流 故选择此桥堆 3 3 三端稳压器 三端稳压器 型号型号 LM7812LM7812 三端稳压器 主要有两种 一种输出电压是固定的 称为固定输出三端稳压器 另一种输出电压是可调的 称为可调输出三端稳压器 其基本原理相同 均采用串 联型稳压电路 因此在实验中 我们要产生一固定电压 12V 故选择型号为型号 10 LM7812KC 的三端稳压器 下图为 LM7812 内部原理图 4 4 电容 电容 2 2 个个 0 1uF0 1uF 1 1 个个 uFuF 1 1 个个 470uF470uF 其中 470uF 的电容是滤波电容 所以其值要较大 0 1uF 和 1uF 的电容都是用于抵 消长线传输而引起的电感 其容量一般在 1uF 以下 5 5 电阻 电阻 1 1 个个 24 24 1 1 个个 64 64 电位器电位器 34 34 根据设计要要求可计算出各个电阻的值 6 6 开关 开关 单刀开关单刀开关 1 1 个个 第四章第四章 设计原理及参数计算设计原理及参数计算 一 电路工作原理一 电路工作原理 11 当 220 交流电经变压器产生低压交流电时 电流信号经过桥堆时产生单向脉动 电压 然后再经过滤波电路的滤波输出交流成分较少的平滑的直流电压 最后经过 LM7812 的稳压作用输出固定的直流电压 12V 所以可以借鉴这的电压 产生一组固 定的电压 12V 另一组可调式电压可由电阻与电位器组成的电路得到范围为 5 12 的 电压 二 元件参数的计算二 元件参数的计算 由 模拟电路基础教程 可知 W7812 的输入有效值电压 U3 19V 而经过电容 的滤波效应 所以在经过桥堆之前的电压 U2 U3 1 2 15 83V 由此可以算出变压器 的匝数比 N1 N2 约为 220 15 83 1 414 约为 10 1 电容 C1 的选择 因为 C1 为滤波电容 从理论上来讲 滤波电容越大 放电过 程越慢 输出电压越平滑 平均值越高 但在实际上 电容的容量越大 不但体积 越大 而却会使整流二极管流过的冲击电流更大 根据参考文献 可选择电容 C1470uf 电容 C2 用于抵消长线传输而引起的电感 其容量可选择在 1uF 以下 故 选择 C20 1uF 电容 C3 改善负载的瞬态响应 其容量可选 1uF 及以下 但若 C3 大 则会在稳压器输入端断开时 C3 通过稳压器放电 所以选择 C3 0 1uF 同理可选择 C4 1uF 由于实验要求输出电流 IOm 200mA 所亦可根据固定端的电压可确定 R3 12 0 2 60 根据稳压器输出端与公共端电流恒定不变电流 I 12 60 0 2A 设计要求的电 压范围 当 R2 接入组织为 0 时 I R1 5 可以算出 R1 的阻值 当 R2 输入最大阻值时 有 R1 R2 12 以及根据仿真结果可以精确算出电阻 R1 24 以及电位器 R2 阻值的组织范 围为 0 34 第五章第五章 实验仿真验证实验仿真验证 实验仿真电路图如下实验仿真电路图如下 12 1 1 图示波形为开关闭合时输出电压图示波形为开关闭合时输出电压 2 2 图示波形为开关断开时调节滑动变阻器至最小时的电压 图示波形为开关断开时调节滑动变阻器至最小时的电压 13 3 3 图示波形为开关断开时调节滑动变阻器至中间时的电压 图示波形为开关断开时调节滑动变阻器至中间时的电压 14 4 4 图示波形为开关断开时调节滑动变阻器至最大时的电压 图示波形为开关断开时调节滑动变阻器至最大时的电压 15 第六章第六章 实验结果及分析实验结果及分析 16 实验焊接 调试及实验结果分析实验焊接 调试及实验结果分析 我们在领完元器件之后 按照已画好的电路图 把元器件在 PPC 板上进行排版 然后按照元器件从低到高进行焊接 为了减小连线的复杂度 我们合理调整了电路 元件布局 使连线尽可能少 元件分布尽可能美观 完成一个完整的电路 焊锡使 锡尽可能多一些 这样元件就更加牢固 由于实验元件限制 我们没有合适的变压器 导致电压达不到要求 但我们通 过改变电阻参数的设置 最终解决了电压调节范围的问题 在接入输入信号时 用万用表测量输出电压数值其结果如下 输入电压 U 220V f 50Hz 固定端输出电压 U1 12 0V 可调多输出电压 U2 3 16V 13 2V 在此次设计任务中我们的实验结果与理论结果保持一致 并且满足设计任务要 求 我们所设计的串联型可调两路输出直流稳压电源准确度很高 有一定的实用价 值 并且可以应用于我们生活中使用 此次的设计制作虽然满足设计要求 但是要想提高电路工作的稳定性和实用性 还存在一些差距 这需要我们更加深入的学习研究才能达到 17 第七章第七章 实验结论及体会实验结论及体会 结论与心得结论与心得 一个学期结束了 在上了这么久的 模拟电子技术基本教程 通过模电的课 程设计 我发现了许多的问题 发现自己对模拟电路这门课还存在很多的不足之处 理论知识的理解不是很深 对理论知识的的灵活运用还不够好 通过对该电路的设 计 焊接 调试 使我对模电有了新的认识 发现模电越来越接近生活 我们可以 对自己感兴趣的东西