电子技术课程设计论文.doc

绍 兴 文 理 学 院数 理 信 息 学 院课 程 设 计 报 告 书题目 输出电压可调串联稳压电源 物理电 系 电子信息工程 专业 电信101 班学 生 指导教师 日 期2012年6月26日7月9日 目 录一、 设计任务书3二、 摘要 4三、 设计思想 4四、 硬件电路 5五、 电路原理理论分析及计算 8六、 电路仿真及结果（可选）11七、 电路调试及结果19八、 课程设计心得体会21九、 参考文献21十、 教师评语2222一、设计任务书题目输出电压可调串联稳压电源技术参数、设计要求、检测数据一、内容： 串联型稳压电路属于直流稳压电源中的一种，在实际应用电路中应用非常广泛。掌握串联型稳压电路的基本原理和制作方法，对工科学生来说十分必要。 现代电路设计方法经常采用EDA技术，本设计要求能够对串联型稳压电路进行仿真分析，将实验结果和仿真结果进行比较，并进行必要的讨论。二、设计要求：（1）设计指标 输出电压在15V20V之间可调；（2）设计要求 画出电路原理图（或仿真电路图）； 确定元器件及参数（3）制作要求 自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。（4）编写设计报告 写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。三、进度安排：2012年6月26日7月9日四、课程设计小组学生名单：李胜 黄建群 段晓伟指导教师签字指导教师签字：二、摘要串联型稳压电路应用较广 ,是电子技术课程的教学重点之一 ,正确理解其工作原理 ,设计出符合要求的电路具有重要意义。由于众多的电子产品都需要提供一定的直流电源才能工作，把电网电压从高电压变到低电压十分必要。而且采用串联型稳压电路设计可调稳压电源是一种非常方便的方法。在此，我们用串联型稳压电路设计一个电压可调的稳压电源。【关键词】： 电路设计 稳压 串联电路三、 设计思想1电路结构直流稳压电源一般由变压器、整流器、滤波电路、稳压电路与负载等组成，如图1所示： 稳压电路U0滤波电路U4整流电路U3电源变压器U2 交流输入U1 直流输出220V 50HZ U1 U2 U3 U4 Uo 图1 串联稳压电路结构图2变压给变压器的输入端接、hz的正弦波，依据公式 N1/N2=L1/L2=(U1/U2)2 ， 改变L1和L2值，使其输出不同的正弦波电压值。此时设置L1=3000uh，L2=21uh变压器的输出端即可输出满足条件的18v的正弦波电压。3整流滤波电路由四个二极管采用桥式整流的方式构成。单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路。4滤波滤波电容容量大因此一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。5稳压经过有三极管构成的稳压电路之后，可以通过调节电位器的参数，使其输出不同的稳压值。四、 硬件电路1所需基本元器件，如表1所示：表1 电路设计所需的元器件元件名称型号数量变压器1二极管D1N40054三极管BD1362三端集成稳压块UA7815C1电容2200uf110uf1电阻101500120k1100k12. 主要元器件介绍（1）.三端稳压器7815内电路图，如图2所示： 图2 三端稳压器7815内电路图、引脚图UA7815C电气参数:Parameter 参数 Symbol 符号 Value 单位 Input Voltage输入电压 (for VO =5V to 18V) VI 35 V (for VO =24V) VI 40 V Thermal Resistance Junction-Cases热阻(结到壳) (TO-220) RJC 5 /W Thermal Resistance Junction-Air热阻(结到空气) (TO-220) RJA 65 /W Operating Temperature Range工作温度范围 TOPR 0 +125 （2）. 整流二极管IN40071N4007 是封装形式为 DO-15 的塑料封装型通用硅材料整流二极管。广泛应用于各种交流变直流的整流电路中。 IN4007的作用利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电。 IN4007的主要参数二极管类型:Standard Recovery 电压, Vrrm:1000V 电流, If平均:1A 正向电压Vf最大:1.1V 电流, Ifs最大:30A 封装形式:DO-41 针脚数:2 器件标记:1N4007 封装类型:DO-41 总功率, Ptot:2.5W (3).UA741芯片，其引脚图如图3所示：图 3 uA741C引脚图 1和5为偏置(调零端)，2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出7接电源 8空脚。其内部电路图如图4所示：图4 UA741C芯片内部结构其主要参数如表2所示：表 2 UA741C主要参数ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS最大额定值Symbol符号 Parameter 参数UA741M UA741I UA741C Unit单位 VCC Supply voltage 电源电压22 V Vid Differential Input Voltage 差分输入电压30 V Vi Input Voltage 输入电压15 V PtotPower Dissipation 功耗500mWToper Output Short-circuit Duration输出短路持续时间Infinite无限制Operating Free-air Temperature Range工作温度-55 to +125 -40 to +1050 to +70 Tstg Storage Temperature Range储存温度范围-65 to +150 五、电路原理理论分析及计算直流稳压电源的组成：直流稳压电源一般由变压器、整流器、滤波电路、稳压电路与负载等组成，如图1所示。 1变压器的设计和选择本次课程设计的要求是输出输出直流电压Vo15 20V，输出电压较 低，而一般的调整管的饱和管压降在2-3伏左右，由UCE=Umax-Umin，UCE为饱和管压降以饱和管压降 =3伏计算，为了使调整管工作在放大区，输入电压最小不能小于18V，为保险起见，可以选择220V-18V的变压器，串联稳压电源工作时产生的热量较大，效率不高，所以变压器功率需要选择相对大些的变压器。结合市场上常见的变压器的型号，可以选择常见的变压范围为220V-18V的变压器，功率5W。2单相桥式整流电路（1）.工作原理 单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，如图5（a）所示。在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。根据图5（a）的电路图可知：当正半周时，二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。 当负半周时，二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图如图5（b）。（2）.参数计算 根据图3（b）可知，输出电压是单相脉动电压，通常用它的平均值与直流电压等效。（a）桥式整流电路 （b）整流后的波形图 图5 单相桥式整流电路 流过负载的平均电流为：流过二极管的平均电流为：二极管所承受的最大反向电压为：流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析，此时谐波分量中的二次谐波幅度最大。脉动系数S定义为二次谐波的幅值与平均值的比值。3电容滤波原理 (1).滤波电容容量大因此一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑，电路如图6所示。图6 电容滤波电路（2）当u2为正半周并且数值大于电容两端电压uC时，二极管D1和D3管导通，D2和D4管截止，电流一路流经负载电阻RL，另一路对电容C充电。当uCu2，导致D1和D3管反向偏置而截止，电容通过负载电阻RL放电，uC按指数规律缓慢下降。当u2为负半周幅值变化到恰好大于uC时，D2和D4因加正向电压变为导通状态，u2再次对C充电，uC上升到u2的峰值后又开始下降；下降到一定数值时D2和D4变为截止，C对RL放电，uC按指数规律下降；放电到一定数值时D1和D3变为导通，重复上述过程。（3）电容的选择及UO（AV）的估算（4）优缺点简单易行，UO（AV）高，C 足够大时交流分量较小；不适于大电流负载。（5）RL、C对充放电的影响：电容充电时间常数为rDC，因为二极管的rD很小，所以充电时间常数小，充电速度快；RLC为放电时间常数，因为RL较大，放电时间常数远大于充电时间常数，因此，滤波效果取决于放电时间常数。电容C愈大，负载电阻RL愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大。4串联型稳压电路串联型稳压电路图的如图7 所示：A 图7输出可调的稳压电路图7为输出电压可调的稳压电路，它由稳压器7815和电压跟随器A组成。该电路用A将稳压器与取样电阻隔离。图中电压跟随器A的输出电压等于其输入电压V0,既满足V0=V15，也就是电阻R1和Rp上部分的电压之和为UA7815的输出电压V15,当调节Rp的动端位置时，输出电压随之变化，其调节范围为（R1=10k，Rp有效=10k） Vmin= =10k Vmax= =5k 六、电路仿真及结果1变压器电路变压器仿真电路如图8所示，仿真电压由220V变压输出18V，其变压后输出波形如图9所示。图8 变压电路 周期T=20ms 幅值A=17.931V图9 变压器变压后输出波形仿真得到220伏交流电经变压器变压后得到输出电压波形如图9。仿真电路中变压器参-数为L1_VALUE=121u，L2_VALUE=1.2u。其中L1/L2=(N1/N2)。N1、N2为变压器匝数，且变压器匝数与变压器俩侧电压成正比。变压后得到电压约为VL=21V交流电压。2桥式整流变压器输出电压经桥式整流电路后，去除交流电压的负半周期电压，由原理得VL=0.9V2。整流仿真电路如图10所示。仿真得到如图11所示单方向的全波脉动波形，V2约为19.3V与原理值基本相同。图10 整流电路 周期T=20ms 幅值 A=16.605V图11 单方向全波脉动波形仿真得到如图11所示单方向的全波脉动波形，V2约为19.3V与原理值基本相同。3滤波滤波电路通常用于滤去整流输出电压中的波纹，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或者在整流电路输出端与负载之间串联电感器L，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路，本次设计所采用的滤波电路如图12所示：图12 滤波电路本设计仿真中采用并联电容器C 的方式构成滤波电路，其中并联电容C1=4400uf。如图仿真电压波形如图三经滤波后直流电压波形，得到稳定后直流电压压约21V，如图13所示：图13经滤波后直流电压波形，幅值A=21.294V仿真电压波形如图三经滤波后直流电压波形，得到稳定后直流电压压约21V。4三端集成稳压器ua7815三端集成稳压器ua7815输出电压应为V15=15V。仿真电路如图14所示。 图14 稳压电路图15 UA7815输出电压，幅值A=15.111V仿真得到ua7815输出电压稳定后，V15电压波形约为15.111V，如图15所示，与ua7815d的固定输出电压15V基本相同。5V0的输出电压调节滑动变阻器，可得到最终输出电压范围。本仿真设计这种变阻器R7电阻为10k，电阻R6=10k。设计由公式Vmin=(R6+Rp1)*V15/(R6+Rp2)，Rp1为滑动变阻器电阻全值，Rp2为滑动变阻器电阻有效值，可得最小输出电压约为15伏。又由公式Vmax=(R10+Rp1)*V15/（R10+RP2），可得，由于设计要求电压可调范围15V到20V，所以当Rp的有效值在5K到10K范围内有效值越大时输出电压越大，且当Rp2=5K时输出电压最大,最终输出电压电路图如图16所示。图16 最终输出电路图17 set=0时输出电压波形，此时输出电压Vmin=15.299V当仿真电压变压器set=0时，即变压器有效电阻为10k，此时输出电压约为15.299V。与理论中Vmin=(R6+Rp1)*V15/(R6+Rp2)，Rp1为滑动变阻器电阻全值，Rp2为滑动变阻器电阻有效值，可得最小输出电压约为15V基本相同。图18 set=0.3时输出电压波形，此时输出电压Vo=17.778V当仿真电压变压器set值为0.3时，即变压器有效电阻为7k时，输出电压约为17.778V。由公式Vmax=(R10+Rp1)*V15/（R10+RP2）可见，由于设计要求电压可调范围15V到20V，当Rp的有效值在5K到10K范围内有效值越大时输出电压越大。图19 set=0.5时输出电压波形，此时输出电压Vmax=19.989V当仿真电压变压器set值为0.5时，即变压器有效电阻为5k时，输出电压约为19.989V。与理论中，由公式Vmax=(R10+Rp1)*V15/（R10+RP2）得到的结果：当Rp2=5K时输出电压最大，约为20V基本相同。比较图17，图18，图19所得电压可得，当set值从0到0.5变化，即滑动变阻器电阻有效值从10K变到5K，输出电压由15V变化到20V，与理论基本相同。七、电路调试及结果1数据对照如表3所示:表3 理论、仿真、实验数据对照表变压后电压有效值（v）整流后电压有效值（v）滤波后电压有效值（v）调节电位器输出电压（v） set=0set=0.3set=0.5理论计算值1816.2约21.61517.6420仿真计算值17.93116.60521.29415.29917.77819.505实验计算值18.3-14.917.419.72.不同set值下的输出波形分别如图20、图21、图22所示。图20 set=0时的输出波形，V0=14.9v此时的Rp=10k。图21 set=0.3时的输出波形，V0=17.4v此时的Rp=7k。图22 set=0.3时的输出波形，V0=19.7v此时的Rp=5k。2电路板实物如图23、图24所示：此处由于图片包含个人信息故删除，其实物图按原理图连接即可。图23