模电实训直流稳压电源.doc

桂林电子科技大学信息科技学院模拟电子技术实训报告学 号 姓 名 指导教师：2011年12月 30 日实训题目：直流稳压电源 1 整机设计1.1 设计要求1.1.1 设计任务 结合所学的模拟电子技术知识，设计并制作完成一直流稳压电源。1.1.2 性能指标要求 （1）输出电压Uo（档Uo=+5V ；档Uo= +12V，档Uo=（15V 15V）可调）；（2）输出纹波电压。1.2 整机实现的基本原理及框图1.2.1 基本原理 基本原理如图一所示，现将个电路功能介绍如下电源变压器：将电网电压220V经过电源变压器变换成符合后面整流电路要求的交流电压（通常是低压），并满足一定的功率输出要求。 整流电路：是利用二极管等具有单向导电特性的器件将正弦交流电压变换为脉动的直流电压的电路。根据交流电的相数，整流电路可分为单相整流和三相整流两类。在小功率（1KW以下）的直流电源中，主要采用单相整流电路，常见的电路有半波整流、全波整流及倍压整流。本次实训采用整流桥整流电路。滤波电路：利用储能元件尽可能滤除单向脉动电压中的交流成分，供给负载比较平滑的直流电压。稳压电路：采取某些措施本次实训采用稳压芯片，使输出的直流电压在电网电压或负载变化时保持稳定不变。1.2.2 总体框图 图一2 各功能电路实现原理及电路设计2.2变压电路变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，它利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号。变压器两组线圈圈数分别为N1和N2，N1为初级，N2为次级。在初级线圈上加一交流电压，在次级线圈两端就会产生感应电动势。当N2N1时，其感应电动势要比初级所加的电压还要高，这种变压器称为升压变压器；当N2N1时感应电动势要比初级所加的电压要低，这种变压器为降压变压器。 变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系，通常功率越大，损耗与输出功率比就越小，效率也就越高。反之，功率越小，效率也就越低。这次电路设计中选用30W双15V变压器如图二。图二2.2整流电路单相桥式如下图三所示，图中Tr为电源变压器，它的作用是将交流电网电压vI变成整流电路要求的交流电压 ，RL是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。为了分析电路二极管采用理想模型，正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。在v2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。其电流通路可用图三（b）中实线箭头表示。在v2的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出；只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负。其电流通路如图三（b）中虚线箭头所示。根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如右图四。由图可见，通过负载RL的电流iL以及电压vL的波形都是单方向的全波脉动波形。桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，效率较高。其缺点是所需要的整流管较多。 (a) (b)图 三单项桥式整流电路图 四桥式整流电路的工作波形2.3滤波电路 滤波电路就是利用电容和电感的储能作用滤除交流分量而保留直流成分能，并把部分能量存储起来，而当电源电压降时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑有平波作用.（1）由于二极管仅在电容充电期间才导通，因此流过二极管的瞬时电流较大。故应选择较大的整流二极管，一般选择 （2）放电的时间常数( )越大，电容的放电速度越慢，负载上获得的输出电压平均值越大，纹波成分越小。由于R内阻很小为了获得较好的滤波效果，一般是根据下式来选择滤波电容的容量 一般为几百几千微法，主要选用电解电容器，且电容器的耐压值应大于 。（3）负载获得的直流电压随负载电流的增加而减小， 在 至之间变化。如下图当一定而时，当一定而为一定值时，且满足 的条件时， 。 结论：电容滤波电路简单，输出直流电压较高，纹波较小。但其输出特性较差即带负载能力差。 故适用于要求输出电压较高、负载电阻较大且变化较小的场合。图五单相桥式整流、电容滤波电路图六仿真图2.4稳压电路稳压电路的作用是当外界因素如电网电压、负载、环境温度等发生变化时，使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件组成，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。2.4.1稳压芯片介绍本次实训所用稳压芯片图如七所示。7805和7812输出为正电压，输出电流可达1A。 LM317为可调式三端稳压器芯片能够连续输出可调的直流正电压。LM337输出为负的可调直流电压。图 七集成稳压器2.4.2稳压芯片的应用电路及分析图八C2和C4电容作用同图九电容作用相同。C5和C6起滤波作用，用来滤除滑动变阻器两端的纹波电压D3和D4对C7C8短路起保护稳压芯片的作用。R2和R6应小于或等于240欧,R5和R4使用可调电阻，且RW/R1应小于27.8，本次为22.7。输出电压V0=1.25*(1+R4/R2)+I*R4，其中I小于100uA。计算的输出电压为29.6V。图九为了减少输入和输出电压的纹波电压，常在输入端接一个滤波电容如图c9和C10其容量一般为0.33uF。输出端所接电容C13和C14也起滤波作用，抑制高频干扰，同时可以改善负载的瞬态响应使电路稳定工作，其值一般为0.1Uf。3 制作与调试过程首先。画原理图时要认真仔细特别是电解电容和二极管极性一定要画正确不然会发生爆电容的后果，画三端稳压器要检查三个脚连接是否正确。78XX系列1，2脚不要弄错，不然会使电流过大，导致芯片烧坏。原理图没错的情况下焊接也要特别注意那些要考虑正负极和管脚的地方，特别注意变压器的安装与焊接其中绿色电线为接地端，千万不要把变压器焊短路否则会发生爆炸。其次接通电源后，应远离焊板四五分钟以防爆电容伤到自己，带没有什么情况发生后闻一闻电路有没有异味如果没有可进行电路测试，否则应断电检查电路。检查电路应一步步来从输入段开始一步步仔细检查。 最后待电路一切正常后即可进行相应参数的测量，要注意安全防止触电，测量时要防止发生短路现象。4 电路测试4.1 测试仪器与设备 （1）万用表（2）交流毫伏表4.2 性能指标测试 (1)+5V 输出端：4.99V(2)+12V 输出端：11.98V(3) 正电压可调部分：最低1.26V,最高20.9V(4) 负电压可调部分：最低-1.27V,最高-20.9V(5)纹波电压0.03mV4.3 误差分析输出误差为：+5V输出端=|（4.99-5）|/5=0.2%+12V输出端=|（11.98-12）|/12=0.3% 产生误差因素有:（1）元件本身存在误差；（2）焊接时，焊接点存在微小电阻；（3）万用表本身的准确度而造成的系统误差；（4）测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差；（5）读数误差；减小误差的方法：（）PCB布线时要注意元器件可能产生的干扰和布线不规范产生的自激干扰；（2）采用更高精度的仪器去测量；（3）读数时采用正确的量程和读法。5 实训心得体会 本次实训，收获颇多。也体会到态度决定一切。有什么样的态度就有什么样的收获。实训可分为查资料、画原理图，PCB图、焊接调试三个阶段。现在看来每一个过程都是必不可少，每一个过程都有收获。查资料让我知道怎样或取我所想要的知识，面对一些英文资料通过翻译也提高了英语能力，查资料的过程中让我让我也明白原理在此过程中有从新巩固了我模电的知识。画原理图和PCB图让我在次熟练的使用Protel软件布线的能力在次提高，通过上网查看其他人的不线，学会了怎样样不线更加优化这次布线是我最满意的，由于前面做了充分的准备在焊接时也没有出现什么大的问题，只要注意一下元件的正负极和管脚的大小即可。 实训是一次把理论应用到实践的过程。总之本次实训又让我学到了不少东西。6 参考文献 1 谢自美电子线路设计实验测试（第二版）武汉：华中科技大学出版社，20002 童诗白，华成英. 模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，1992.3李长俊.模拟电子技术.北京：科学出版社，20104 /附录附录1：元件明细表30W双15V变压器1个LM317+散热片1套7805+散热片1套LM