模拟电路课程设计报告.docx

模拟电路课程设计报告半导体直流稳压电源的设计和测试专业年级：学生姓名：学号： 目录设计任务2一设计目的与要求2二设计提示2三设计报告要求4四设计总结4方案的设计与论证4一方案的总体分析4二方案的确定4三参数的确定10原理图13元件清单13电路的调试与检测14一.调试前的检测14二. 调试：通电观察14三.技术指标的测量15心得体会16参考文献171 谢自美主编.电子线路设计、实验、测试.第二版.武汉:华中科技大学出版社，200017设计任务半导体直流稳压电源的设计与测试一设计目的与要求（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）设计要求与技术指标 1.技术指标：要求电源输出电压为12V（或9V /5V），输入电压为交流220V，最大输出电流为Iomax=500mA，纹波电压VOP-P5mV，稳压系数Sr5%。2设计要求：（1） 设计一个能输出12V/9V/5V的直流稳压电源；（注：用分立元件和集成运放两种方法做。）（2） 拟定测试方案和设计步骤； （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） 要求绘出原理图，并用Protel、Visio画出印制板图； （5） 测量直流稳压电源的内阻；（6） 测量直流稳压电源的稳压系数、纹波电压；（7） 撰写设计报告。二 设计提示设计电路框图如图所示图1.直流稳压电源电路结构图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78XX和79XX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及最值时的Vo，ro=VO/IL。纹波电压测量：叠加在输出电压上的交流分量，一般为mV级。可将其放大后，用示波器观测其峰峰值VOP-P；用可用交流毫伏表测量其有效值VO，由于纹波电压不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定误差。（一） 实验仪器设备自耦变压器一台、数字万用表、交流毫伏表、面包板或万能板、智能电工实验台、示波器（二） 设计用主要器件变压器、整流二极管、集成（7812/7912/7809/7909/7805/7905）、电容、电阻若干（三） 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；电子线路设计实验测试华中科技大学出版社 模拟电子技术基础高等教育出版社三 设计报告要求（一） 选定设计方案；（二） 拟出设计步骤，画出电路，分析并计算主要元件参数值；（三） 列出测试数据表格。（四） 调试总结。四 设计总结（一）总结直流稳压电源的设计方法和运用到的主要知识点，设计方案进行比较。（二）总结直流稳压电源主要参数的测试方法。方案的设计与论证一 方案的总体分析在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率稳压电路的组成是由变压器，整流，滤波和稳压电路等四部分组成。电源变压器将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将电压变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的波纹，必须加以滤波电路滤除，从而得到平滑的直流电压。这样就可以在电网电压波动，负载和温度变化的时候，维持输出直流电压稳定。二 方案的确定（一） 电源变压器电源变压器的作用是将220V的交流电压V1变换成整流滤波电路所需要的交流电压V2。变压器副边与原边的功率比为P2/P1=式中，为变压器的效率。一般小型变压器的效率如表所示副边功率101030308080200效率0.60.70.80.85小型号变压器的效率 表1（二） 整流电路的确定整流电路将交流电压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。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。图2如图2所示，整流二极管D1D4组成单相桥式电路,将交流电压V2变成脉动的直流电压，再经过滤波电容C滤除纹波电压Vi。Vi与交流电压V2的有效值V,2的关系为 （1）每只二极管承受的最大反向电压 通过每只二极管的平均电流 (2)式中,R为整流滤波电路的负载电阻。单相桥式整流电路电路图如下所示:u1u2+TD4D2D1D3RL图3图4. 桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形（三） 滤波电路的确定通常认为：滤波电容越大越好。这是因为整流特性与时间常数RL*C的值有关，它的数值越大，电容放电越慢，滤波效果越好。它为电容C提供放电回路，RC放电时间常数应满足: (3) 式中T为50Hz的交流电压的周期，即20ms。 由式3可知，滤波电容C1（35）T/2R，T=1/50=0.02s,RLV2/Iomax=15/0.5=30，所以C11667uF,取C1=2200uF。为了防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高电频，电路中接入C2=0.1uF，C3=470uF电容的作用是瞬时增减负载电流时不会引起输出电压有较大的波动。滤波原理: 交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。图5.滤波电路图6. RL未接入时，忽略整流电路内阻，设t1时刻接通电源u2及uo的波形RL接入时,电容通过RL放电，在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，u0会逐渐下降，波形如下图所示图7. RL接入（且RLC较大）时u2及uo的波形电容滤波电路的特点：(a) uL与RLC的 关系：RLC 愈大 C放电愈慢 uL(平均值)愈大一般取：RLC(3-5)T/2 (T:电源电压的周期)近似估算: uL=1.2u2图8. 滤波波形(b) 流过二极管瞬时电流很大 整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大 (c)输出特性(外特性)图9. 输出特性输出波形随负载电阻 RL 或 C 的变化而改变, uo 和S 也随之改变。如: RL 愈小( iL 越大), uo下降多, S 增大。结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。（四）稳压电路的确定图10稳压器:W78系列(输出正电压)；W79系列(输出负电压)。输出为固定正电压时的接法如下图所示。输出为固定正负电压时的接法如图下图所示三 参数的确定（一） 变压器参数的计算电源变压器的效率电源变压器是将220V，50HZ交流电压降压后输出到副边。其中：是变压器副边的功率，是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表2所示：表2 小型变压器的效率 副边功率 效率0.60.70.80.85因此，当算出了副边功率后，就可以根据上表算出原边功率。在这个课程设计中取U2=12V,I2=0.5A，变压器副边电压P2I2U2=6W，则=10W为留有余地选择12V/20W的变压器。（二） 滤波电容参数的计算滤波电容的容量可由下式估算： C= ,式中Vip-p稳压器输入端纹波电压的峰-峰值； T电容C放电时间，t= =0.01S； IC电容C放电电流 ，可取IC=Iomax，滤波电容C的耐压值应大于1.4 V2。在本实验中Sr=式中，Vo=5V 、Vi=12V、Vop-p=5mV、Sr=0.005则 Vi = =2.4V所以滤波电容C= IC t/Vip-p = Iomax t/Vip-p =0.002083F，C的耐压值应大于1.4 V2=14v。 由于之前模电实验可知，我们在实际制作过程中采用2200F的电容滤波效果就比较好了，所以此实验中我们也选择2200F的电容。（三）稳压器的选择78系列和79系列为固定式三端稳压器，可分别输出正电压和负电压。此实验中，稳压器选择LM7812、LM7805、LM7912、LM7905。a、稳压电源的性能指标的测试(1)、输出电压的测量接通220V的电源，用数字万用表对所设计的电路实物进行测试，得到正源输出电压为+10.50V，负电源输出电压为-10.48V。 (2）、内阻的测量在输入交流为220V，分别测得负载电流为0及最大值时的VO，即用开短路法可测得电源内阻。测得数据如下：IA+=0.22A， VO+=10.50VIA-=0.218A， VO-=10.48V根据以上数据可得电源内阻为：r+=VO+IA+ =10.50V/0.22A = 47.70r-=VO-IA- =10.48V/0.218A =48.01(3）、稳压系数的测量 稳压系数是指在负载电流I0、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，即稳压系数 SV=（VO/VO）/（VI/VI） IO=常数，T=常数 SV的测量电路如图11所示图11测试过程是：先调节自耦变压器使输入电压增加 10%，即Vi=242V，测量此时对应的输出电压VO1；再调节自耦变压器使输入电压减少 10%，即Vi=198V，测量此时对应的输出电压VO2，然后再测出Vi=220V时对应的输出电压VO，则稳压系数SV=（VO/VO）/（Vi/Vi） =220/（242-198）（VO1-VO2）/VO根据上述测量方法，可对正负双电源进行测试，测试数据如下：当Vi=198V时，测得数据为：VO1+=10.12 V， V01-=10.09V当Vi=242V时，测得数据为：VO2+=10.14V， VO2-=10.11V当Vi=220V时，测得数据为：VO+=10.00V， VO-=9.98V由以上所测数据，可得稳压系数为： SV + =（VO+/VO+）/（Vi/Vi） =220/（242-198）（VO1+-VO2+）/VO+ 0.00167SV - =（VO-/VO-）/（Vi/Vi） =220/（242-198）（VO1-VO2-）/VO- 0.00168原理图直流稳压电源原理图 +12/+5直流稳压电源原理图元件清单元件名称元件型号与数目变压器12V交流变压器一个整流桥一个芯片CW7812、CW7912、CW7805、CW7905各一个电容2200uF电解电容两个、0.1uF电容四个、470uF电解电容两个电阻1k四个发光二极管四个插座12个开关一个电路的调试与检测一.调试前的检测电子安装完毕，通常不宜急于通电，先要认真检查一下。检查内容包括： （一）连线是否正确1) 检测的方法通常有两种方法：这种方法的特点是，根据电路图连线，按一定顺序一一检查安装好的线路，由此，可比效容易查出错线和少线。2) 按照实际线路来对照原理图电路进行查线这是一种以元件为中心进行查线的方法。把每个元件引脚的连线一次查清，检查每个去处在电路图上是否存在，这种方法不但可以查出错线和少线，还容易查出多线。为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做出标记，最好用指针式万用表“欧姆1”档，或用数字万用表的“二极管档”的蜂鸣器来测量元器件引脚，这样可以同时发现接触不良的地方。（二）器件的安装情况（1）检查元器件引脚之间有无短路；连接处有无接触不良；二极管的极性和集成元件的引脚是否连接有误。（2）电源供电，信号源连接是否正确。（3）电源端对地是否有短路的现象。注：在通电前，断开一根电源线，用万用表检查电源端对地是否存在短路。若电路经过上述检查，并确认无误后，就可以转入调试。 二. 调试：通电观察把经过准确测量的电源接入电路。观察有无异常现象，包括有无冒烟，是否有异味， 手摸器件是否发烫，电源是否有短路现象等。如果出现异常，应立即断电源，待排除故障后才能再通电。然后测量各路总电源电压和各器件的引脚的电源电压，以保证元器件正常工作。（一）静态调试当连好电路板的线路时，先不要急着通电，而应该从以下几个方面进行检测：1) 对照原理图，用万用表一一检查线路的各个接口是否接通，是否有短路、断路或漏接的现象，如果有，因该及时改好电路连线。2) 对照原理图，检查各元件是否接正确。(二)动态调试接通220V的电源，用数字万用表对所设计的电路实物进行测试，得到正电源输出电压为+11.81V和+5.02，负电源输出电压为-11.91V和-4.96V。三.技术指标的测量（一）测量稳压系数先调节自藕变压器使输入的电压增加10%，测量此时对应的输出电压Vo1；再调节自藕变压器使输入减少10%， 测量此时对应的输出电压Vo2, 然后测量出Vi=220V时对应的输出电压Vo, 则稳压系数为：= = .（二）输出电阻的测量 保持稳压电源的输入电压，在不接负载RL时测出开路电压Uo1，此时电流最小Io1=0；然后接上负载RL=30，测此时输出电流IO2最大，测出出输出电压Uo2和输出电流Io2，则输出电阻为：（三）纹波电压的测试波器观察Uo的峰峰值，（此时Y通道输入信号采用交流耦合AC），测量Uop-p的值（约几mV）心得体会这次课程设计我学到了很多，主要有以下几个方面的收获：1) 更加深刻的掌握了理论知识。在做直流稳压电源之前，尽管我对直流稳压电源的原理非常熟悉，但还是在设计的时候遇到了各种各样的困难，使我不得不通过阅读其他的书籍来补充自己的理解。通过对不同的方案的比较以及不断的仿真，我们最终确定了用固定式三端稳压管来完成了这次课程设计。在这个过程中，我深刻地体会到只有对原理的每个环节都了如指掌，才能做到万无不失。2) 对Protel软件有了更加全面的了解。Protel软件的功能非常强大，在做课程设计之前，我只知道如何用它来