串联型直流稳压电源电子线路cad综合训练课程设计报告

1 / 34串联型直流稳压电源电子线路 cad 综合训练课程设计报告电子线路 CAD 综合训练课程设计报告题 目 学 号 班 级 学 生 指导教师【蓝色字体为说明文字，打印时请删除：页面设置为 16k，封面打印，打印部分正文字体为小四、单倍行距、中文宋体、英文 Time Roman；原理图、PCB 版图及 PCB 3D 示意图有条件尽量彩色打印，尽量合成 1-2 页，纸张 16k，否则裁边成 16k； 装订时统一顶部订】题目：12V 双极性稳压电路一、 设计任务用 altium designer 设计电路：输入 220V 交流电压，经双路变压、整流、双路稳压后输出12V 直流电压。2 / 34二、 电路设计1.原理图设计2.元件选取及参数计算变压器，IN4002 整流桥，两个 1000uf 电解电容，两个100uf 电解电容，4 个普通电容，LM7812，LM7912三、 电路原理图及 PCB 图的设计流程四、 总结五、 设计成果2电子线路 CAD 综合训练课程设计报告题 目 基于集成运放的方波、3 / 34学 号 3080432026 班 级 通信 081 学 生 侯仓 指导教师 张华曹基于集成运放的方波、三角波产生电路一、 设计任务使用集成运放实现三角波方波发生电路，输出两档频率分别为 110Hz 和 10100Hz 的方波和三角波。二、 电路设计1.原理图设计如图所示的滞回电压比较器级联一积分器，再将积分器的输出作为比较器的输入，如图所示。由于积分器可将方波变为三角波，而比较器的输入又正好为三角波，因此可定性判断出，图中电路的输出电压 uo1 为方波，uo2 为三角波，如图 10-5 所示。下面分析其振荡周期。积分器输出电压从-Uth 增加到+Uth 所需的时间为振荡周期4 / 34T 的一半，由积分器关系式Uth?Uth?1RC?tt0?T2(?UZ)dt或5 / 342Uth?1RCUZT2注意到 Uth?R1R2UZ，故4RCRR26 / 34T?1振荡频率则为f?1T?R24RCR1方波三角波发生器的输出波形而对于上图所示三角波发生电路中，左边为同向输入滞回比较器，右边为积分运算电路。左边输出为方波，经过右边积分变为三角波。电路采用集成运放的放大特性实现滞回电压比较器输出方波，再使用积分电压比较器实7 / 34现三角波的生成。 经过计算得出振荡周期：T=4*R1*R3*C/R2 所以频率为：f=R2/(4*R1*R3*C)稳压管的大小决定了方波输出的幅值大小，调节电路中R1，R2，R3 的阻值和 C 的容量，可以改变震荡频率;而调节R1 和 R2 的阻值，可以改变三角波的幅值。通过单刀双掷开关的作用可以使积分器电容的大小有两个不同值，从而可以输出两档分别为 110 和 10100hz 频率的对应波形。 2.元件选取及参数计算集成运放采用 LM324 实现电路放大功能；电阻采用相应阻值即可实现输出频率相应的发生电路。稳压管实现滞回比较器输出稳定的电压，形成方波电路，电容和集成运放形成积分电路，将方波积分变成三角波。将原理图按照电路图画好后，将上述数值输入到每个元件的参数中，进行电气规则检查，显示没有错误。然后回到文件夹建立一个 PCB 图，给 PCB 添加合适的规则库，再在规则中将线宽改为 40mil。再返回到原理图中，点击Update PCB 显示没有错误，再生成 PCB，则 PCB 中的元件就好了。选择自动布局，到达自己理想的布局结果就停止自动布局。之后再手动调整个别原件达到比较好的布局就8 / 34可以了。用焊接线将原件布局圈在里面，然后再选择自动布线，再焊上焊盘，一个完好的 PCB 图就好了。三、 总结刚开始，了解了实验任务后，通过上网查资料和阅读模拟电子技术基础和电子线路 CAD 等相关书籍，所要求的电路原理图也慢慢确定下来。结合书上的原理分析，计算出所需电阻值大小和电容的大小。分析计算出输出波形的周期和频率，最终确定出完整的电路图和电路图分析思路。在绘制原理图时，集成运放型号的选择通过几天来上网查阅资料，最终确定为 LM324，从而实现滞回电压比较器的电路和积分运算电路。在实际操作中遇到很多问题，各种元件的封装形式和许多元件的选择问题，通过几天的实践查阅，确定了各种元件的封装和远见的选择，并画出合理的电路原理图。在生成 PCB 板的过程中，将二极管的管脚改为 1、2 和电路对应起来，从而改掉了二极管的连接问题。这次课程设计，我采用的是通过上网的查阅和模拟电子技术基础书的分析所完成的，课程设计的任务是设计一个简单的电子电路装置。需要我们综合运用“模拟电子技术基9 / 34础”课程的知识，通过查阅资料、方案论证与选定；设计和选取电路和元器件，分析元器件的参数选择，完成设计任务。在这几天的学习中，培养了我们的自学能力，对 Protel 99se 也有了出不得了解和使用技巧，现在我们已经可以使用此软件进行简单的电路 PCB 板绘制工作。这次电子线路CAD 试验对我们的影响将受用终身。在这次课程设计中，我学会了怎样去根据课题的要求去设计电路和模拟出电路的原理及实物的分析。自己分析解决问题能力得到很大的提高。从中我发现自己并不能很好的熟练去使用我所学到的模电知识。在以后学习中我要加强对使用电路的设计和选用能力。但由于电路比较简单、定型，而不是真实的生产、科研任务，所以我基本上能有章可循，完成起来并不困难。把过去熟悉的定型分析、定量计算逐步，元器件选择等手段结合起来，掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。这对今后从事技术工作无疑是个启蒙训练。通过这种综合训练，我们可以掌握电路设计的基本方法，提高电脑模拟电路实验的基本技能，培养分析解决电路问题的实际本领，为以后毕业设计和从事电子实验实际工作打下基础。10 / 34同时也让我充分认识到自己的空想与实践的差别，认识莫眼高手低，莫闭门造车，知识都在不断更新和流动之中，而扎实的基础是一切创造的源泉，只有从本质上理解了原理，才能更好的于疑途寻求柳暗花明，实现在科学界的美好畅游和寻得创造的快乐。课 程 设 计课程名称 模电课程设计题目名称 串联型直流稳压电源学生学院 物理光电工程专业班级 电子科学与技术 3 班学 号 3111008474学生姓名 郭忠迪指导教师 刘力斌11 / 342016 年 10 月 27 日串联型直流稳压电源一设计任务与要求要求：设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的串联型直流稳压电源。 指标：1、输出电压 6V、9V 两档，正负极性输出；2、输出电流：额定电流为 150mA，最大电流为 500mA；3、在最大输出电流的时候纹波电压峰值Vop-p5mv；任务：1、了解带有放大环节串联型稳压电路的组成和工作原理；2、识图放大环节串联型稳压电路的电路图；3、仿真电路并选取元件；12 / 344、安装调试带有放大环节串联型稳压电路；5、用仪器仪表对电路调试和测量相关参数；6、撰写设计报告、调试二原理电路设计1、整理电路框图的设计；采用变压器、二极管、集成运放，电阻、稳压管、三极管等元器件。220V 的交流电经变压器变压后变成电压值较小的交流，再经桥式整流电路和滤波电路形成直流，稳压部分采用串联型稳压电路。比例运算电路的输入电压为稳定电压，且比例系数可调，所以其输出电压也可以调节；同时，为了扩大输出大电流，集成运放输出端加晶体管，并保持射极输出形式，就构成了具有放大环节的串联型稳压电路。如下图。2、方案的比较；方案一：用晶体管和集成运放组成的基本串联型直流稳压13 / 34电源。如图方案二：用晶体管和集成运放组成的具有保护环节的串联型直流稳压电源。如图。方案三：用晶体管和集成运放组成的实用串联型直流稳压电源。如图。方案的可行性分析：方案一最简单，但功能也最少，没有保护电路和比较放大电路，因而不够实用，故抛弃方案一；方案三功能最强大，但是由于实验室条件和经济成本的限制，我们也抛弃方案三，因为它是牺牲了成本来换取方便。所以从简单、合理、可靠、经济从简单而且便于购买的前提出发，我们选择方案二为我们最终的设计方案。三、单元电路设计及元件选择；交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电。下面就各个部分的作用和功能来选择合适的元器件。14 / 34电源变压器直流电源的输入为 220V 的电网电压，一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，再对交流电压处理。变压器副边电压有效值决定于后面电路的需要。根据经验，稳压电路的输入电压一般选取 UI?(23)UO。所以选择 15V10W 的变压器。具体的 mulitism 仿真用 TS_POWER_10_1。整流电路。通过整流电路把交流电压转换成直流电压，即将正弦波电压转换成单一方向的脉动电压。查阅资料知有，有半波整流电路和全波整流电路。全波整流电路和 半波整流电路相比，在相同的变压器的副边电压下，对二极管的要求参数是一样的，并且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点。而且更重要的是我们要求输出正负两档的电压的，如果将全波整流电路变压器的副边接地，并将两个负载电阻电阻接地。那么负载上就分别获得正负电源了。因此选择全波整流15 / 34电路。如图。整流电路的主要参数：主要参数：输出电压平均值 UO(AV)：负载电阻上电压的平均值1 22U2 U?2U2sin? td(? t)U?(AV)?O(AV) 0 输出电流平均值 IL(AV)：负载电阻上电流的平均值 UO(AV) I?L(AV)?RRL L整流输出电压的脉动系数 S：整流输出电压的基波峰值UO1M 与输出电压平均值 UO(AV)之比，因而 S 愈大，脉动愈大。IL(AV) U?2U2ID(AV)?Rmax?2RL二极管的选择：考虑到电网电压波动范围为10，整流二极管的极限参数最高反向工作电压和最大整流平均电流应满足：16 / 34? ?UR?I?F ? RL?15 IF?所以选择 Ur21523V，实际选择整流桥来整流，型号为 KBP307,额定电流为 3A 电压为 700V.(3)滤波电路整流电路输出电压虽然是单一方向的，但是含有较大的交流成分。所以还需要利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。为了获得较好的滤波效果，在实际电路中电容容量满足 RLC=(35)T/2.由于采用电解电容，考虑到电网电压的波动范围为10%,电容的耐压值应大于实际采用电路是电容滤波电路。电解电容为 2200uf,耐压值为25V.(4)稳压电路17 / 34虽然整流滤波电路能将正弦交流电压变换成较为平滑的直流电压，但是但电网电压波动时，输出电压将随之产生波动。故此采用稳压管稳压电路来稳定输出电压。?稳压原理：若上图的电网电压 U1 增大，则 Uz 增大，IDZ增大，IR 增大，UR 增大，输出电压 UC 减少。当电网电压下降时，各电量的变化与上述过程的相反。 可见，当电网电压变化时，稳压电路通过限流电阻 R 上电压的变化来抵消 U1 的变化，从而输出电压 UC 基本不变。?输出电压范围 R1?R2?R3?UZ?UO?R1?R2?R3?UZR2?R3R3而我们要求输出电压有 6V 档，因此 Uz6V，选择 Uz=，型号为 IN4731,R1=240R2 是可调电阻为1000，R3=910，经计算稳压值为Uz符合我们要求输出的 6V,9V 档。?串联型稳压电路调整管：调整管是核心元件。调整管常为大功率管。基准电压：是 Uo 的参考电压。18 / 34采样电阻： 对 Uo 的采样，与基准电压共同决定 Uo 。比较放大：将 Uo 的采样电压与基准电压比较后放大，决定电路的稳压性能。串联型稳压电源中调整管的选择：根据极限参数 ICM、 UCEO、PCM 选择调整管！输出电流不能大于 500mA,且输出电压调节为到 10v,输入电压为 15v,波动范围为10%，测极限参数应为ICMIL=500mA,UCE?UOmin?15?一、设计的基本内容、用途及特点直流稳压电源应用广泛，几乎所有电器、电力或电子设备都毫不例外地需要稳定的直流电压供电，它是电子电路工作的“能源”和“动力” 。不同的电路对电源的要求是不同的。在很多电子设备和电路中需要一种当电网电压波动或负载发生变化时，输出电压仍能基本保持不变的电源。电19 / 34子设备中的电源一般由交流电网提供，如何将交流电压变为直流电压供电？又如何使直流电压稳定？这是电子技术的一个基本问题。解决这个问题的方案很多，归纳起来大致可分为线性电子稳压电源和开关稳压电源两类，它们又各自可以用集成电路或分立元件构成。本设计电路分为降压电路、整流电路、滤波电路和调压稳压电路四大部分，稳压电路部分又由基准电压源、输出电压采样电路、电压比较放大电路、过流保护电路和输出电压调整电路组成。直流电源的输入为 220V 的市电，需要通过电源变压器降压后，再对交流电进行处理。变压器副边电压有效值决定于后面电路的需要。变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压，即将正弦电压转变为单一方向的脉动电压，但含有较大的交流成分，会影响负载电路的正常工作。为了减小电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出20 / 34电压平滑，理想情况下，应将全部交流分量全部滤掉，使滤波电路的输出电压仅为直流电压。然而，由于滤波电路为无源电路，所以接入负载后势必会影响其滤波效果。交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，但是，当电网电压波动或负载变化时，其平均值也将随之变化。稳压电路的功能是使输出直流电压基本不随电网电压波动或负载变化的影响，从而获得足够高的稳定性。1.整流电路整流电路的主要作用是把经过变压器降压后的交流电通过整流变成单个方向的直流电。但是这种直流电的幅值变化很大。它主要是通过二极管的截止和导通来实现的。常见的整流电路主要有全波整流电路、桥式整流电路、倍压整流电路。2.滤波电路正弦交流电经桥式整流电路整流后，输出电压的脉冲仍较21 / 34大，大多数电子设备都不能使用这个电压。为此，要减少输出电压的脉冲程度，将脉冲直流电变为较平滑的直流电，这个过程称为滤波。电容和电感都是基本的滤波元件，与负载并联的电容器在电源电压升高时，把部分能量储存起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，从而使负载电压比较平滑；与负载串联的电感，当电源电压增加引起电流增加时，电感 L 就把能量储存起来而当电流减少时，又把能量释放出来，从而使负载电流比较平滑。3稳压电路：它能在电网电压和负载电流的变化时，保持输出直流电压的稳定。它是直流稳压电源的重要组成部分，决定着直流电源的重要性能指标。直流稳压电源由变压器、整流、滤波、稳压四部分电路组成。工频交流脉动直流直流22 / 34图 1 串联型直流稳压电源原理框图负载方案的选择电源变压器要求输入电压 VI 比输出电压 VO 高 2?3V，输出的电压为 6V和 9V，在桥式整流电路以前的电压是 15V 的 1/倍，在 13V左右，考虑到实际元器件与理论值的差别，最终选用 15V的变压器。方案一：先对输入电压进行降压，然后用单相半波整流单路整流，用电感滤波电路滤波，稳压电路采用的是基本调整稳压电路方案二：先对输入电压进行降压，然后用单相桥式整流电路整流，用电容滤波电路滤波。稳压电路采用的是具有放大环节的串联型稳压电路23 / 34半波整流半波整流电路如图 3-2-1 所示。为分析方便起见，可设二极管为理想的。rRL图 3-2-1 半波整流电路该电路工作原理：设变压器次级电压U2=U2msin?t=U2sin?t，其中 U2m 为其幅值，U2 为有效值。当 U2 变化的正半周期时，二极管 D 受正向电压偏置而导通，UL=U2；当 U2 变化的负半周期时，二极管 D 处于反向偏置状态而截止，UL=0。U2 和 UL 的波形如图 2-2-2 所示，显然，输入电压是双极性，而输出电压是单极性，且是半波波形，输出电压与输入电压的幅值基本相等。由理论分析可得，输出单向脉冲电压的平均值即直流分量为：UL0=U2m/?=224 / 34 U2 显然，输出电压中除了直流成分外，还含有丰富的交流成分基波和谐波，这些谐波的总和称为纹波，它叠加与直流分量之上。常用纹波系数?来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小，即?Ulrlo 式中，UL?为谐波电压总有效值，其值应为22U2?U2 ULr=L2?UL4?=L0L2由式、(2）和通过计算可得，?比较大。由结果可见，半波整流电路的输出电压纹波较大。图 3-2-2 半波整流电路波形半波整流电路中的二极管安全工作条件为：25 / 34a）二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管平均电流，即IFID0=UL0/RL=/RL b）二极管的最大反向工作电压 UR 必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压 URM，即URURM =2U2 全波桥式整流电路全波桥式整流电路如图(a)所示，图中 4 个二极管接成电桥的形式，故有桥式整流之称。图(b)所示为该电路的简化画法。图 3-2-3 全波桥式整流电路 图 3-2-4 全波桥式整流电路简便画法该电路工作原理：参见图 3-2-3，设变压器次级电压26 / 34U2=U2msin?t=2U2sin?t，其中 U2m 为其幅值，U2 为有效值。在电压 U2 的正半周期时，二极管 D1、D3 因受正向偏压而导通，D2、D4 因承受反向电压而截止；在电压 U2 的负半周期时，二极管因受 D2、D4 正向偏压而导通，D1、D3 因承受反向电压而截止。U2 和 UL 的波形如下图所示，显然，输入电压是双极性，而输出电压是单极性，且是全波波形，输出电压与输入电压的幅值基本相等。由理论分析可得，输出全波单向脉冲电压的平均值即直流分量为：Lr+O-UL0=2U2m/?=22U2 27 / 34齐齐哈尔大学电子线路 CAD 课程设计题 目：学 院：专业班级：学生姓名：指导教师： 串联直流稳压电源 通信与电子工程学院 电子 122 温凯华 张劲松概述直流稳压电源应用广泛，几乎所有电器、电力或电子设备都毫不例外地需要稳定的直流电压供电，它是电子电路工作的“能源”和“动力” 。不同的电路对电源的要求是不同28 / 34的。在很多电子设备和电路中需要一种当电网电压波动或负载发生变化时，输出电压仍能基本保持不变的电源。电子设备中的电源一般由交流电网提供，如何将交流电压变为直流电压供电？又如何使直流电压稳定？这是电子技术的一个基本问题。解决这个问题的方案很多，归纳起来大致可分为线性电子稳压电源和开关稳压电源两类，它们又各自可以用集成电路或分立元件构成。半导体二极管和晶体管是电子电路中常用的半导体器件，也是构成集成电路的基本单元。本工程训练主要利用这两种元器件设计制作一个分立式元器件串联反馈型稳压电源。直流稳压电源由交流电网经变压、整流、滤波、和稳压四个主要部分构成。本次设计的主要内容是围绕着如何使分立式元器件串联可调直流稳压电源输出直流电压稳定、脉动成分减小而展开的。首先介绍了全波整流电路的工作原理，接着介绍了电容滤波电路的性能特点，然后引入了具有放大环节和辅助电源的串联可调式稳压电源，并在电路中采用了提高稳定度，提高温度稳定性及限流型过流保护电路的具体措施，以确保电路安全稳定的工作。目录29 / 34一 串联直流型稳压电源整体简介 . 3制作串联型稳压电源的目的要求 . 3基本知识介绍 . 3二 分立式元器件串联反馈型稳压电源设计与计算 . 9串稳压电路原理. 9实验设计原理图 . 10电路整体结构的设计与各部分相关参数的计算 . 10电路选择.30 / 34. 11三 总结 . 20一 串联型直流稳压电源整体简介制作串联型稳压电源的目的要求一、基本目的此次工程训练选择使用分立式元器件构成串联反馈型直流稳压电源。学生通过实训了解相关分立式元器件的基本结构、工作原理、特性和参数以及由它们构成的串联型直流稳压电源的工作原理、原理图的设计和参数的计算、元器件的选用、计算机软件实现硬件的仿真、PCB 板的设计、电路的安装和调试，最后完成达到技术指标要求的标准产品。二、基本要求31 / 341、依据性能指标和器件状况，设计稳压电源电子电路，并计算器件参数确定选择器件。 ；2、以本工程训练为实例先学习 DXPXX 基本知识，并运用其绘制电源原理图和 PCB 图；3、学习 Proteus 知识，对本电源电路进行仿真，最终确