模拟电子课程设计

河南理工大学万方科技学院河南理工大学万方科技学院 模拟电子基础模拟电子基础 课程设计报告课程设计报告 直直 流流 稳稳 压压 电电 源源 设设 计计 专业班级专业班级 电气 12 级 5 班 学号学号 1216301148 姓名姓名 王海峰 指导教师指导教师 郭宇 目目 录录 1 1 摘要 摘要 2 2 课程设计的要求和设计的任务 课程设计的要求和设计的任务 3 3 基本工作原理 基本工作原理 4 4 设计的方法设计的方法 5 5 电路工作原理及参数选择 电路工作原理及参数选择 6 6 仿真实验测量及主要技术指标仿真实验测量及主要技术指标 7 7 心得体会 心得体会 8 8 参考文献 参考文献 一 一 摘要摘要 在各种电子实验中 电源是最基本的需要 设计出一种高精度 的可调输出的电源不但能满足不同电子实验的要求 而且能满 足在同一实验中需要使用不同的电压值来测试的要求 本文 设计了一种高精度程控稳压电源 该电源的功能由硬件和软件 两方面来实现 硬件方面包括变压器 整流电路 滤波电路 稳压电路 反馈电路 保护电路 程控电路 显示电路以及支 持单片机运行的复位和时钟电路 市电 220V 电压通过变压器 流入系统 经过整流 滤波后变成近似的直流电压 再经过稳 压部分稳压后获得稳定的直流输出 稳压部分由达林顿管作为 调整管 由运放作为反馈取样之后的放大电路 利用放大电路 来提高调整管的反应灵敏度电压稳定性 软件方面 使用单片 机语言编程 控制程控部分 即 单片机 D A A D 部分 该部分作用是控制稳压电路部分的基准电压的输出与调整 同 时实现高精度的输出 并且控制数码管显示输出电压 整个 电路的设计就是在综合考虑各个模块现有的电路的基础上 选 择最佳电路来实现设计目标的 关键词关键词 直流稳定电源 整流 滤波 程控 D A A D 二 设计任务和要求二 设计任务和要求 本节的设计任务就是采用分立元器件设计一台串联型稳压电源 其功能和技 术指标如下 1 输出电压 Uo 可调 6 12V 2 输出额定电流 Io 500mA 3 电压调整率 Ku 0 5 4 电源内阻 Rs 0 1 5 过载电流保护 输出电流为 600mA 时 限流保护电路工作 三 基本工作原理三 基本工作原理 1 直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成 直流稳压电源包括变压器 整流 滤波 稳压电路 负载组成 其框图如下 四 设计方案四 设计方案 整流电路 交流电压转变成单向脉动直流电整流电路 交流电压转变成单向脉动直流电 1 半波整流 半波整流 U0 U2 0 45U2 tdu 0 0 2 1 tdtu 0 2sin 2 2 1 2 2 桥式整流 桥式整流 然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式一样的 并且还具有输出电压高 变压器利用率高 脉 动小等优点 因此在次设计中我选用单相桥式整流电路 在调整管部分 既可以采用单管调整也可以采用复合管调整 但在此设计 中要求额定电流 Io 500mA 如果用单管的话 可能不能达到这么大的输出电 流 因此在此设计中我选用复合管做调整管 滤波电路 滤波电路 经整流后的电压仍具有较大的交流分量 必须通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 才能获得比较平滑的直流分量 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 稳压电路 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 T 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一直加上稳 压电路 才能保证输出直流电压的进一步稳定 五 电路工作原理及参数选择五 电路工作原理及参数选择 1 电路工作原理电路工作原理 如下图基本电路图所示 220V 交流电经变压器产生低压交流电 VD1 VD2 VD3 VD4 和 C1 构成整流滤波电路 产生 20V 的直流电压 VT4 和 Ro 为过流保护电路 VT1 VT2 为电压调整器 VT3 VD5 R1 R2 R3 Rp 构成输出电压取样比较电路 Rp 调整输出电压 大小 1 稳压过程 当输出电压 Uo 因某种原因下降时 VT3 的基极电压 UBY 也下降 VD5 两端的电压恒定 因此 VT3 的 UBE 电压随之下降 VT3 的 工作点往截止区靠近 就造成 VT3 的集电极电压 UC 上升 即 VT2 的基极电压 上升 从而使调整管 VT1 的 UCE 电压下降 使输出电压上升 若输出电压 Uo 因某种原因上升时 其过程恰好相反 这样输出电压因某种原因变化时 VT1 和 VT2 构成的电压调整器就能够调整输出电压 使其保持恒定 2 输出电压调整过程 RP 用于调整输出电压大小 当 RP 滑动端向上 滑时 VT3 的基极电压 UB 就上升 VD5 两端的电压恒定 因此 VT3 的 UBE 电压随之上升 集电极电压 UC 就下降 即 VT2 的基极电压下降 从而使调整 管 VT1 的 UCE 电压上升 使输出电压变小 若当 RP 滑动端向下滑时 输出电 压则会变大 3 过流保护过程 VT4 和 Ro 为过流保护电路 Ro 阻值比较小 大约为 1 欧 当输出电流 Io 较小时 在 Ro 上产生的电压较小 不足以使 VT4 导通 因此其不起作用 当输出电流 Io 过大时 在 Ro 上产生的电压较大 使 VT4 导 通 VT4 的集电极电压下降 即 VT2 的基极电压下降 电压调整管 VT1 的 UCE 电压增大 使输出电压下降 起到保护作用 2 确定电路参数 1 电源变压器 T 若要求调整管 VT1 不进入饱和区 则 Uimin Uomax 2 3 V 15V Ui Uimin 1 10 20V U2 Ui 1 2 16 7V 考虑整流二极管和变压器 T 的降压等因素 取 U2 15V 2 整流二极管 VD1 VD2 VD3 VD4 IDM Io 2 250mA URM 2 1 10 U2 25 9V 由此可知 VD1 VD2 VD3 VD4 选择 1N4001 3 滤波电容 C1 根据电容 C1 的表达式 C1 3 5 T 2 RLmin 已知输入交流电的周期 T 1 f 0 02s RLmin Uimin Io 36 欧 因此 C1 2T RLmin 1111uF 对于耐压 因为 URM 2U2max 2 1 10 U2 25 9V 所以 C1 选用 2200uF 25V 的铝电解电容器 4 调整管 VTI U BR CEO1 UCE1max Uimax Uomin Uimax 20V ICM1 IO 500mA PCM1 IOUCE1MAX 16 5W 因此 调整管 VT1 选用 D880 三极管 参数为 U BR CEO 60V ICM 3A PCM 并测得 1 50 rbe1 40 欧 5 其他小功率管 VT2 VT3 VT4 U BR CEO UCEmax 22V ICM Io 1 10m PCM IoUCEmax 1 220mA 因此 VT2 VT3 VT4 选用 9013 其 U BR CEO 30V ICM 300mA PCM 700mW 并侧得 100 6 基准电路 UZ 与 R3 根据 UZ UOmin 6V IZmin 5mA 和 尽 量要小的原则 选用 2CW11 稳压管 其参数为 UZ 3 2 4 5V IZmin 10mA IZmax 55mA 由 Uomax Uz IZmax R3 Uomin Uz IZmin 得 148 欧 R3 215 欧 因此 R3 选取 200 欧的电阻 7 取样电路 R1 Rp1 R4 当负载开路时 提供调整管 VT1 的泄流通路 故通过取样电路的最小电流为 2 Io 10mA 设 Rz R1 Rp R2 Uomin 2 Io 600 欧 因此 Nmin Uz UBE on Uomin 0 76 Nmax Uz UBE on Uomax 0 38 R2 RZ Nmin 228 欧 Rp RZ Nmax R2 228 欧 R1 RZ R2 Rp 144 欧 所以 选取 R2 235 欧 R1 130 欧 Rp 240 欧 功率为 1 8W 8 保护电路 Ro 当输出电流为 600mA 并流过检测电阻 Ro 使 URO UBE on 时 VT4 导通 限流保护电路开始工作 此时 Ro UBE on Io 1 2 欧 PRO IoIoRo 0 43W 因此 Ro 选取 1 2 欧 1W 的电阻 六 仿真实验测量及主要技术指标六 仿真实验测量及主要技术指标 1 整流电路的波形 滤波后的波形 通过稳压电路后的波形 整流电路的波形 滤波后的波形 通过稳压电路后的波形 2 各项技术指标的测量方法及记录相关的数据波形各项技术指标的测量方法及记录相关的数据波形 1 副边电压 副边电压 U2 及输出电压及输出电压 Ui 的测量的测量 2 电路中各个晶体管的静态工作点测量 电路中各个晶体管的静态工作点测量 VT1 的静态工作点的测量 VT2 的静态工作点的测量 VT3 的静态工作点的测量 VT4 的静态工作点的测量 3 当流经负载 当流经负载 RL 的电流为的电流为 400mA 时的电路图时的电路图 4 输出电压的范围测量输出电压的范围测量 Uomax Uomin Uomin Uo Uomax 七 心得体会七 心得体会 通过这次设计实验我体会到以下几点 1 对自己的动手能力是个很大的锻炼 2 通过这次专周实验也培养了我们胆大 心细 谨慎的工作 作风 3 我们懂得了 ewb 软件的运行与操作 4 最重要的是懂得了串联稳压电源原理 串联型稳压电路是 最常用的电子电路之一 它被广泛地应用在各种电子电路中 而且在这次实验过程中 也遇到不少问题 但在独立思考和互 相交流的情况下 最终都能顺利完成任务 其中 在初次设计电路 图时 元件的摆放和布线造成很多困扰 独立思考了一段时间后终 于想到一个比较可行的方案 接着和周围的同学互相交流布线方案 通过交流 发现到自己元件选择和布线