模拟电源的设计

模模 拟拟 电电 源源 的的 设设 计计 报报 告告 直流稳压电源设计报告 2 模拟电源的设计模拟电源的设计 摘要 摘要 本次实习是通过制作简单的一个小功率直流稳压电源 来学习模拟电 源的设计 性能指标与调试方法 以及对其参数的测试的学习 最后进行误差 分析 直流稳压电源一般由电源变压器 T 整流滤波电路及稳压电路组成 其 中电源变压器 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 整流滤波电路中的整流电路将交流电变换成脉动的直流电压 稳压 电路使得最后输出即供给负载的电压不变 关键字 变压器 T 整流二极管 滤波电容 集成稳压器 正文 1实验目的 1 1 学习小功率直流稳压电源的设计与调试方法 1 2 掌握小功率直流稳压电源有关参数的测试方法 1 3 了解变压器 整流二极管 滤波电容 集成稳压器得作用 以及整个设计 电路得工作原理 2 2 实验原理实验原理 2 1 直流稳压电源的基本原理 直流稳压电源一般由电源变压器 T 整流滤波电路及稳压电路组成 如图 1 所示 其中电源变压器 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 1 2 1 P P 式中 为变压器的效率 P2为副边功率 P1为原边功率 图 1 直流稳压电源基本组成框图 整流滤波电路中的整流电路将交流电压ui变换成脉动的直流电压 再经滤 波电路滤除纹波 输出直流电压U1 常用的整流滤波电路有全波整流滤波 桥 直流稳压电源设计报告 3 式整流滤波 倍压整流滤波电路 如图 2 所示 a 全波整流滤波电路 b 桥式整流滤波电路 c 倍压整流 滤波电路 图 2 几种常见的整流滤波电路 各滤波电容 C 满足 2 1 3 5 2 L T R C 式中 T为输入交流信号周期 RL1为整流滤波电路的等效负载电阻 大部分集成稳压器都具有输出电压稳定的功能 集成稳压器本身不能产生 功率 只是将输入端功率取出传给负载 通过控制该功率的大小使输出电压不 变 电源的工作方式有线性和开关两种 集成稳压器也一样有线性集成稳压器 和开关集成稳压器 一般来说 线性集成稳压器的功耗较大 变换效率只有 40 左 右 不适用于大功率电源 而小功率电源采用线性稳压器较好 常用的集成稳 压器有固定式三端稳压器和可调式三端稳压器 均属电压串联型 下面分别介 绍其典型应用 固定三端集成稳压器分正压和负压两个系列 两系列除输出电压极性 引 脚定义不同外 其他特点相同 三端稳压器的三端是输入端子UI 输入出端子 Uo和公共端子 COM 使用时公共端子 COM 通常接地 其内部等效电路如图 3 所 示 它由调整管 保护电路 控制电路 误差放大器等组成 Uo COM 端子间电 压与基准电压Uref进行比较 工作时经常保持一致 当输入电压UI或输出电流 IO变化时 使输出电压Uo保持稳定 直流稳压电源设计报告 4 图 3 三端稳压器的内部等效电路 正压系列以 78XX 系列为代表 输出电压有 5 6 8 10 12 15 18 20 24V 等品种 输出电压精度基本上为 4 该系 列稳压块有过流 过热和调整管安全工作区保护 以防过载损坏 一般不需要 外接元件即可工作 有时为改善性能也加少量元件 78XX 系列又分三个子系列 78XX 78MXX 和 78LXX 其差别只在输出电流和外形 78XX 输出电流为 1A 78MXX 输出电流为 0 5A 78LXX 输出电流为 0 1A 负压系列以 79XX 为代表 78XX 系列 79XX 系列典型电路如图 4 所示 封装形式如图 5 所示 主要参数如 表 3 所示 2 22 2 直流稳压电源典型电路设计指导直流稳压电源典型电路设计指导 图 6 为集成稳压电源 LM7805 的典型电路 其主要器件有变压器 T 整流 二极管 滤波电容 集成稳压器 图 6 集成稳压电源的典型电路 直流稳压电源的一般设计思路为 1 由输出电压Uo 电流Io确定稳压电路形式 通过计算极限参数 电 压 电流和功率 选择器件 2 由稳压电路所要求的直流输入电压Ui 直流电流Ii确定整流滤波电 路形式 选择整流二极管及滤波电容 并确定变压器的副边电压ui的有效值 直流稳压电源设计报告 5 电流ii的有效值及变压器功率 3 由电路的最大功耗及工作条件确定稳压器 扩流功率管的散热措施 3 稳压电源的性能指标及测试方法 稳压电源的技术指标分为两类 一类是性能指标 包括输入电压 输出电 压 输入电流及输出电流等 另一类是技术指标 用来衡量输出直流电压的稳 定程度 包括稳压系数 或电压调整率 输出电阻 或电流调整率 温度系 数及纹波电压等 其测试电路如图 7 所示 图 7 稳压电源性能指标测试电路 3 1 纹波电压 纹波电压是指叠加在输出电压Uo上的交流分量 用示波器观测其峰 峰 值 Uo P P 一般为毫伏量级 也可以用交流电压表测量其有效值 但因 Uo 不是正弦波 所以用有效值测量其波纹电压时会产生一定误差 3 2 稳压系数 稳压系数是指在负载电流 环境温度不变的情况下 输入电压的相对变化 引起输出电压的相对变化 即 3 oo u ii UU S UU 3 3 电压调整率 电压调整率是指输入电压相对变化为 10 时的输出电压相对变化量 即 4 o u o U K U 稳压系数Su和电压调整率Ku均说明输入电压相对变化对输出电压的影响 因此只需计算其中之一即可 3 4 输出电阻 直流稳压电源设计报告 6 输出电阻是指当输入电压不变时 输出电压变化量与输出电流变化量之比 的绝对值 即 5 o o o U r I 3 5 电流调整率 电流调整率是指输出电流从 0 变到最大值ILmax时所产生的输出电压相对变 化值 即 6 o i o U K U 输出电阻ro和电流调整率Ki均说明负载电流变化对输出电压的影响 因此 只需计算其中之一即可 4 参数计算 4 1 实验电路设计要求 性能指标要求 VO 5V 技术指标要求 纹波电压 5mV 电压调整率 Ku 3 电流调整率 Ki 1 4 2 实验实际电路参数计算 实验电压值 5 0V 实际测得电压值 5 02V 误差 5 02 5 0 5 0 100 0 4 参看文献参看文献 1 康华光 电子技术基础 M 南京大学出版社 2 刘瑞华 李振梅 模拟电子技术基础 M 中国石油出版社 3 林红 周鑫霞 模拟电路基础 M 清华大学出版社 附录一 器件名称型号数量 只 变压器220V to 9V 12 W1 稳压器 LM78051 整流二极管 1N40074 直流稳压电源设计报告 7 电解电容 470 F1 PCB 板 1 附录二 附录三附录三 1 为什么变压器输入电压不能超过额定电压 答 变压器的额定电压是变压器允许输入的最大电压 当变压器的输入 电压超过额定电压时时 变压器的激磁电流增加 磁通密度增大 造成变压器 铁芯因损耗增加而过热 同时 由于激磁电流的增加 变压器所消耗的无功功 率也随之增加 使变压器的实际出力降低 另外 由于激磁电流有的增加 磁 通密度增大 使磁通饱和 引起副绕组电势的波形发生畸变 由原来的正弦波 变为尖顶波 对变压器的绝缘有一定的危害 因此 变压器的运行电压可以较 额定值高 但一般不得超过额定值的 5 2 2 远距离输电为什么采用高压输电 答 为了降低电流 减少线路损耗 输送相同的电功率 电压越高 需要 的电流就越小 任何导线都存在一定的电阻 电流通过时导线电阻会白白消耗 一部分功率 电流越大 消耗的功率越大 这种消耗和电流的平方成正比 当 导线的截面积一定时 导线越长电阻就越大 消耗的功率也就越大 所以远距 离输电时 我们没办法降低导线的电阻 只能想办法降低电流 也就是提高电 压 所以只能采用高压输电 直流稳压电源设计报告 8 设计心得体会设计心得体会 想和做要结合起来想和做要结合起来 说真的 刚听说要做这个设计的时候 心里真有点怵 因为自己对此一无 所知 老师讲课时 也听得云里雾里的 在器件还没发下来的那几天里 心里 一直在打鼓 这到底该怎么做啊 可是做过的同学却说很简单 这让我心里很 纠结 之后 通过网络和书籍 我又浏览了一下相关知识 看看手里的器件 我 不禁问自己 我能做好吗 昨天 一听到工具都借好了 我就赶紧那这东西去了实训中心 对照着电 路图 我认真的摆好器件 然后就开始焊了 电烙铁 虽说第一次接触 但用 起来并不难 可是说实话 要把它用好确实不容易 我自己控制的不好 结果 焊的就有点丑 而有的同学不得不承认真是心灵手巧 焊的可漂亮了 这真是 让身为女生的我有点汗颜 不过不管怎么说 总算是自己亲手把它给焊出来了 多少有点成就感 虽说确实很微不足道 可这是我第一次感觉如此的接近我的 专业 兴奋完毕 赶紧插上电试试 天哪 不亮 哎 看来还是得意太早啊 后来经过我仔仔细细检查 竟还是没发现出错的地方 我真快郁闷死了 心里 想说不定那个本来就坏着呢 最后 我诚心的去请教同学 他认真的跟我一起 核实电路 最终找到了问题所在 原来我少接了一根线 再感谢别人的同时 我也深深的反省着自己 为什么自己会犯这种低级错误 为什么自己却看不到 错误 之后 练完线后 发光二极管自然也就亮了 当最终完成这个课设后 我发现它真的很简单 可是我想正是因为自己做 过了才知道它是简单的 要是一直没有去做 还是会觉得难 因为你不懂啊 所以说 想和做必须结合起来 平时看课本时 有时问题老是弄不懂 做完课 程设计 那些问题就迎刃而解了 而且还可以记住很多东西 课程设计发端之 始 思绪全无 举步维艰 对于理论知识学习不够扎实的我深感 书到用时方 恨少 于是想起圣人之言 温故而知新 便重拾教材与实验手册 对相关知 识系统而全面进行了梳理 遇到难处先是苦思冥想再向同学请教 终于熟练掌 握