电子线路设计.实验.测试课程设计实验报告-半导体直流稳压电源

湖南工学院实验报告课程名称电子线路设计.实验.测试专业电子信息工程技术班级电信0403 学号 姓名指导老师半导体直流稳压电源设计和测试任务书一 设计目的1、学习直流稳压电源的设计方法；2、研究直流稳压电源的设计方案；3、掌握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法；二 设计要求和技术指标1、技术指标：要求电源输出电压为1.515V（根据需要定），输入电压为交流220V，最大输出电流为IL=0.5mA，稳压系数Sr5%，2、 设计要求（1） 设计一个能输出正负1.515V的直流稳压电源；（2） 要求绘出原理图，并用Protel画出印制板图；（3） 根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；（4） 测量直流稳压电源的稳压系数；（5） 测量直流稳压电源的内阻；（6） 拟定测试方案和设计步骤；（7） 写出设计性报告。三、 设计提示1、设计电路框图如图所示，稳压电路若使用分离元件要有取样、放大、比较和调整四个环节，晶体管选用3DD或3DG等型号；若用集成电路选7812和7912稳压器。 测量稳压系数，在负载电流为最大时，分别测得输入交流比220V增大和减小10%的输出vo，并将其中最大一个代入公式计算Sr，当负载不变时，Sr=VoVI/VIVO。 测量内阻，在输入交流为220V，分别测得负载电流为0及最大值时的Vo，ro=VO/IL。2、 实验仪器与参考书提示（1） 电脑一台（2） PROTEUS 6.9 SP4软件系统参考书：电工学电子工业出版社； 晶体管直流稳压电源辽宁科技出版社。四、 设计报告要求1、选定设计方案；2、拟出设计步骤，画出电路，分析并计算主要元件参数值；3、列出测试数据表格。五、设计总结1、总结直流稳压电源的设计方法和运用到的主要知识点，对设计方案进行比较。2、总结直流稳压电源主要参数的测试方法。方案及原理一、 电路原理直流稳压电源的工作流程如下：图12 直流稳压电源的方框图结合图1、图2，我们得出直流稳压电源的工作原理：电路接入幅值为220V、频率为50Hz的市电ui，通过图11中的电源变压器TRIAD，将市电220V的电压幅值调整为合适的电路工作压值u2。通过电源变压器TRIAD输送过来的交流电，再通过图11中的桥式整流电路BRIDGE，得到单方向全波脉动的直流电压。由于单方向全波脉动的直流电压中含有丰富的交流成分，为了获得平滑的直流电压，在整流电路的后面加一个滤波电路，以滤去交流成分，图11中的电容C就起到这个作用；对于要求不高的电路，经过滤波后的直流电压可以直接应用，对于一些要求比较高的电路。我们在滤波电路的后面再接一个稳压电路，使输出的直流电压更加平滑，如图11中的集成稳压器CW7812和CW7912。一般来说，滤波电容C的容量比较大，本身就存在着较大的等效电感，因此对于市电引入的各种高频干扰的抑制能力很差。为了解决这个问题， 在电容C旁并联一只小容量电容器C1、C2，就可有效地抑制高频干扰。 另外，稳压器在开环增益较高、负载较重的状态下时，由于分布参数的影响，有可能产生自激，C1、C2则兼有抑制高频振荡的作用。输出端接入电容器C3、C4、C5、C6，是为了改善瞬态负载响应特性和减小高频输出阻抗。1）电源变压器 源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=，式中是变压器的效率副边功率P/vA1010-3030-8080-200效率0.60.70.80.85表2.12 ）整流滤波电路 整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。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、桥式整流滤波等。本设计采用单相桥式整流电路，图2.3是容性负载单相桥式整流电路。它的四臂是由四只二极管构成，当变压器B次级的1端为正、2端为负时，二极管D2和D4因承受正向电压而导通，D1和D3因承受反向电压而截止。此时，电流由变压器1端通过D4经RL，再经D2返回2端。当1端为正时，二极管D1、D3导通，D2、D4截止，电流则由2端通过D3流经RL，再经D1返回1端。因此，与全波整流一样，在一个周期内的正负半周都有电流流过负载，而且始终是同一方向。3 ）稳压电路 输出电压的变化量Usc 是很微弱的，它对调整管的控制作用也很弱，因此稳压效果不够好，带有放大环节的稳压电源，就是在电路中增加一个直流放大器，把微弱的输出电压变化量先加以放大,再去控制调整管，从而提高对调整管的控制作用，使稳压电源的稳定性能得到改善。图5-22 是带有放大环节的稳压电源电路。图中，BG1 是调整管，BG2 是比较放大管。输出电田变化量Usc 的一部分与基准电压Uw 比较，并经BG2 放大后进到了BG1 的基极。Rc 是BG2 的集电极电阻，又是BG1 的上偏置电阻。R1、R2是BG2 的上、下偏置电阻，组成分压电路，把Usc 的一部分作为输出电压的取样，送给BG2 的基极，因此又叫取样电路 R2 上的电压Ub2：叫取样电压。DW和R3组，成稳压电路，提供基准电压Uw=Ue2。 从电路路中可以看出，当输出电压Usc 下降的时候，通过R1 、R2组成的分压电路的作用，BG2 的基极电位Ub2也下降了。由于基准电压UW 使BG2 的发射极电位保持不变，Ubc2 ：Ub2，一UW随之减小。于是BG2 集电极电流Ic：减小，Uc2增高，即BG1 的基极电位Ub1增高，使Icl增加，管压降Uce1减小，从而导致输出电压Usc 保持基本稳定。BG2 的放大倍数越大，调整作用就越强，输出电压就越稳定。2、集成稳压器方案根据课程设计任务书要求：电源输出电压为1.5-15V，输入电压为220V，最大输出电流为IL=0.5A。故采用CW317三端稳压器组成可调稳压电路，电路结构如下： 三 电路结构分析图中的电容器C1、C2的作用是为了抑制高频干扰、抑制高频振荡；D5用于防止输出短路时C2通过调整端放电而损坏稳压器。C2用于减小输出纹波电压，R1、RP构成取样电路，这样实质上电路构成串联型稳压电路。而对滤波电容器C以及整流桥BRIDGE，可单独进行分析，不会对电路造成影响，也给我们的分析带来方便。 对于变压器的分析，我们也可以将它单独放在一个电路里面进行分析，但对于电路来说，电源变压器将同时提供功率，因此，实际的结果是单独分析的结论的两倍。 J.马库斯.电子电路大全图11中的元件是防止电路损坏变压器或其他元件的保护电路。参数确定及元件选择 输入电压的确定 稳压器的输入电压UI即为整流滤波电路的输出电压。UI太低则稳压器性能将受影响，甚至不能正常工作；UI太高则稳压器功耗增大，会导致电源效率下降，使最大输出电流有所降低。所以UI的选择原则是：在满足稳压器正常工作的前提下，UI越小越好，但UI最低必须保证输入、输出的电压之差大于23V。邬国扬.模拟电子技术 由任务书技术指标要求可确定UI的值，如图21、图22所示。UI=17V：二 电源电压器的选择Vomax+(Vi-Vo)minViVomin+(Vi-Vo)max15V+3VVi1.5V+40V副边电压V2Vi/1.1=16.36 取 V2=16V，副边电流I2Iomax=0.5A取I2=1A所以： 副边输出功率P2 16W 表二为小型电源变压器的“副边功率效率”参数对照表：副边功率101030308080200效率0.60.70.80.85表二谢自美.电子线路设计.实验.测试根据表二和公式PI=P/，因为变压器的副边功率为16W，故它的效率为0.7，可知变压器的功率PI为：PI=P/=160.7=22.8W为留有余地，可选择功率为30W的电源变压器。三 直流稳压电源保护电路在变压器的副边接入保险丝FU，以防电路短路损坏变压器或其他元件，其额定电流要略大于IF，选FU的熔断电流为1A。直流稳压电源Protel原理图直流稳压电源的调整测试方法湖南工学院电气与信息工程系电工电子实验室. 电路分析与电子技术试验指导书 一 在直流稳压电源通电测试前，必须认真对安装电路进行一下事项的检查：1 对电源变压器的绝缘电阻进行测试，以防止变压器漏电，危及人身和设备安全。一般采用兆欧表测量一、二次绕组之间，各绕组与接地屏蔽层之间，以及绕组与铁心之间的绝缘电阻，其值不应小于1000M，如果用万用表高电阻档检测，则其指示电阻均应为无穷大。2 电源变压器的一次和二次绕组不能搞错，否则将会造成变压器损坏或电源故障。3 整流桥的引脚和滤波电容的极性不能接反，否则将会损坏元器件。4 三短稳压器的输入、输出和公共端一定要识别清楚，不能接错。特别是公共端不能开路，一旦开路，输出电压UO很可能接近UI，导致负载损坏。5 检查负载不应该有短路现象。二 直流稳压电源的调整测试一般分为一下三步：1 空载检查测试.如图将A点断开，接通220V交流电亚，用万用表交流电压档测量变压器的二次交流电压值，其值应符合设计。若偏高或偏低，则可通过改变电源变压器的二次绕组的抽头进行调整。然后检查变压器的升温，若变压器短期通电后温度明显升高，甚至发烫，则说明变压器质量比较差，不能使用。这是由于一侧绕组过少致使变压器一侧空载电流过大而引起的。若变压器性能正常，则可以进行下一步测试。.将图中的A点接通B点断开，并接通220V交流电压，观察电路有无异常现象，然后用万用表直流电压档测整流滤波电路输出的直流电压UI，其值应接近1.4U2。否则应断开220V交流电压，检查电路，消除故障后再进行通电测试。.B点电压测量正常后，应断开负载RI，接通220V交流电压，测量集成稳压器的输出电压UO，其值应为设计值，在调节取样电路的可变电阻时，UO应跟随变化，且其变化范围应符合设计值。否则应切断电源进行检查，消除故障后再进行测试。最后检查稳压器输入、输出端之间的电压差，其值应大于最小电压差。2 加载检查测试上述检查符合要求后，则稳压电路基本正常，此时可接上额定负载RI并调节输出电压，使其为额定值，测量U2U1UO的大小，观察其是否符合设计值，并根据UIUO及负载电流IO核算集成稳压电路的功耗是否小于规定值。然后用示波器观察B点和C点的纹波电压，若纹波电压过大，则应检查滤波电容是否接好，容量是否偏小或电解电容是否已失效。此外，还可以检查桥式整流电路四只二极管特性是否一致。如有干扰或自激振荡，则应设法消除。直流稳压电源电路调整与测试一 实验设备 1、直流稳压电源； 2、自耦变压器一台； 3、数字电流表； 4、数字电压表；5、 智能电工实验台；6、 变阻器、面包板或万能板为了调节交流输入电压，直流稳压电源输入端可接入一自耦变压器，如图31所示。二 最大输出电压与电流 采用图31所示的测试电路，可以同时测量最大输出电压UO与最大输出电流IOM。测试的过程为：输出端接负载电阻RL，输入端接220V的交流电压，电压表测试的值即为最大输出电压UO，再使RL逐渐减小，直到UO的值下降5%，此时经负载RL的电流即为IOM。有一点需要注意，在记下IOM后迅速增大RL以减小稳压电源的功耗。胡宴如.模拟电子技术把测得的数据填入表一：UoIOM11.80.28表一三 稳压系数测量 稳压系数Sr指在负载电流IO、环境温度T不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化： Sr的测量电路如图31所示，测试过程是：先调节自耦变压器使输入电压增大10%，即Ui=242V，测量此时对应的的输出电压UO1；再调节自耦变压器使输入电压减少10%，即Ui=198V，测试此时对应的输出电压UO2；然后再测出Ui=220V时对应的输出电压UO，则稳压系数：测得输出电压UO1、UO2填入表二，并计算稳压系数Sr。UO1UO21.971.61表二四 电流调整率SI 当输入电压及温度不变时，输出电流Io从0变到最大时，输出电压的相对变化量称为电流调整率SI，胡宴如.模拟电子技术即 测试方法：在输入交流为220V，分别测得负载电流为0及最大值时的Uo，将测得数据代入上式，可得电流调整率SI。将数据填入表三：UoSI12.870.85表三误差分析1 若纹波电压过大，说明滤波电容的容量太小，我们可以加大滤波电容的容量，或者给电路引入负反馈，使输出电压的纹波成分减少同样分量的值；2 若稳压系数过大，原因有一个，就是变压器的副边电压过大，导致输出电压差值大，我们可将变压器的副边电压值调小；3 若电流调整率过大，同样亦是变压器副边电压过大所引起的，同样我们将变压器的副边电压值调小；4 若输出电流值过小，则是稳压器输入电压UI太高使稳压器功耗增大，导致电源效率下降，使最大输出电流有所降低，我们可以将变压器的副边电压值调小，使UI的值变小，从而使稳压器输出电流增大；5 若电源带负载的能力差，我们可以将变压器的副边电压值调大，使稳压器的输出电压变化范围增大，从而使输出电阻值变小；当然，我们增大了变压器的副边电压同时，也增大了稳压器的输入电压，使最大输出电流变小，但我们总可以调节到一个合适的值，来满足要求。设计体会通过这次课程设计，我们收获颇丰，不仅加深了简易信号函数发生电路这一知识点的理解，而且在与老师交流的过程中，学了一些宝贵的经验。在我们设计的过程中，培养了同学与同学之间的团队合作精神，提高了统筹、分工合作的能力，锻炼了我们自学、查找资料的能力。在买元器件的过程中，懂得了各种元器件的型号命