2010级模电课程设计任务与实施方案.doc

报告评分批改老师 模拟电子技术课程设计报告 连续可调直流稳压电源 专 业 电子信息工程 班 级 学生姓名 指导教师 提交日期 目 录第一部分 设计任务1.1 设计题目及要求 11.2 备选方案设计与比较 11.2.1 方案一 11.2.2 方案二 11.2.3 方案三 21.2.4 各方案分析比较 2第二部分 设计方案 2.1 总体设计方案说明 22.2 模块结构与方框图 3第三部分 电路设计与器件选择3.1 功能模块一（实际名）33.1.1 模块电路及参数计算 33.1.2 工作原理和功能说明 33.1.3 器件说明（含结构图、管脚图、功能表等） 43.2 功能模块二（实际名） 43.2.1 模块电路及参数计算 43.2.2 工作原理和功能说明 43.2.3 器件说明（含结构图、管脚图、功能表等） 53.3 功能模块三（实际名 53.3.1 模块电路及参数计算 53.3.2 工作原理和功能说明 73.3.3 器件说明（含结构图、管脚图、功能表等）7第四部分 整机电路 4.1 整机电路图（非仿真图） 94.2 元件清单 10第五部分 电路仿真 5.1 仿真软件简介 105.2 仿真电路图 115.3 仿真结果（附图） 11第六部分 安装调试与性能测量 6.1 电路安装 12 （推荐附整机数码照片） 6.2 电路调试 126.2.1 调试步骤及测量数据 126.2.2 故障分析及处理 13课程设计总结 13参考文献 13 第一部分 设计任务1.1 设计题目及要求1、设计题目：连续可调直流稳压电源 2、主要技术指标与要求：（1）输入电压在220V10%时，输出电压从512V可调(且尽量向低端 扩展)，输出电流大于0.5A；（2）输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于510-2，输出内阻小于0.2欧；（3）主要调整元件由晶体管构成。1.2 备选方案设计与比较 1.2.1 方案一1.2.2 方案二 1.2.3 方案三1.2.4 各方案分析比较综合考虑,选择了方案一 电路都由分立元件构成，原理简单易实现，带过压过流保护。方案二 带运算放大器，考虑运放要提供直流偏置较难，且没过压保护电路。方案三 截流保护难实现，电路调试困难，参数计算困难。第二部分 设计方案2.1 总体设计方案说明实现稳压电源，首先就要就讲交流220V进行降压。在变压方面可选用变压器来完成。然后将输入交流电压变为直流则须对电路进行整流。设计时选用全波桥式整流电路进行整流。整流之后就要进行滤波，使整流后波动大的电压变为平稳电压。最后是稳压处理，通过比较放大三极管，复合调整管，稳压管（基准电压），取样电路来稳定输出电压。 保护电路：过流保护电路，用三极管导通和截止来限制输出电流。过压保护电路：用二个电阻串联，再将一个电阻与稳压管并联， 并联的稳压管通过可控硅来控制复合调整管。当输出电压过大时，稳 压管被击穿，可控硅导通，复合调整管截止。模块结构与方框图第三部分 电路设计与器件选择3.1 整流3.1.1 模块电路及参数计算 单项桥式整流电路，输出电压的平均值=sintd(t) =0.9所以输出电流的平均值 = 所以整流二极管选择： ID1.1*0.45V2/RL=0.618A 最大方向电压URM1.1*1.141V2=19.44V 选择IN4007二极管3.1.2 工作原理和功能说明整流部分是由整流桥堆组成的，利用晶体二极管的正向导通、反向截止的特性，将交流电压Us变换成脉动直流电压。再经滤波部分滤去较大的纹波部分，输出纹波较小的脉动直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。3.1.3 器件说明 3.2 滤波3.2.1 模块电路及参数计算 计算 RLC=(3-5)T/2 5VVO0.5A RL= VO/ IO 10RL 20 1250uFC5000uF 选2200uf 为以及滤波电容 220uf为二级滤波电容3.2.2 工作原理和功能说明滤波电路的作用是将来自整流电路的脉动直流进行平波。滤波电路的形式通常有电容滤波，电感滤波和复式滤波。此次设计因电路负载较小，我们采用电容滤波。利用电容利用电容充放电的作用从而达到平波的效果。 滤波电路C满足RL-C=(35)T/2，T为交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。3.2.3 器件说明（含结构图、管脚图、功能表等）3.3 稳压块3.3.1 模块电路及参数计算计算 :调整部分主要是计算调整管Q1和Q2的集电极发射极反向击穿电压（BVT1）CEO，最大允许集电极电流（IT1）CM，最大允许集电极耗散功率（PT1）CM。在最不利的情况下，电压上升10，同时负载断路，整流滤波后的出电压全部加到调整管T1上，这时调整管T1的集电极发射极反向击穿电压（BVT1）CEO为：（BVT1）CEO（U2）OMAX*1.1*1.223V考虑到留有一定余量，可取 （BVT1）CEO=30V。当负载电流最大时最大允许集电极电流（IT1）CM为：（IT1）CMIO700mA考虑到放大取样电路需要消耗少量电流，同时留有一定余量，可取（IT1）CM为1A。这样大允许集电极耗散功率（PT1）CM为：（PT1）CM（BVT1）CEOUOMIN-U5）（IT1）CM（PT1）CM（23V-3.5V1V）1A19W考虑到留有一定余量，可取（PT1）CM为25W。选择调整管T1时需要注意其放大倍数40。 调整管T2各项参数的计算:（BVT2）CEO（BVT1）CEO23V同样考虑到留有一定余量，取（BVT2）CEO为30V。（IT2）CM（IT1）CMT1（IT2）CM1A4025mA（PT2）CM（BVT2）CEOUOMIN-U5）（IT2）CM（PT2）CM（23V3.5V-1V）25mA0.475W考虑到留有一定余量，可取（PT2）CM为1W。选择调整管T2时需要注意其放大倍数80。则此时T2所需要的基极驱动电流为：（IT2）MAX（IT2）CMT125mA800.3125m基准电源部分主要计算发光二极管D2和限流电阻R6的参数。D2的正向压降应该小于最小输出电压UOMIN，但是也不能过小，否则会影响稳定度。这里选择电压为2.2V。为保证稳定度，稳压管的工作电流ID2应该尽量选择大一些。而其工作电流ID2（IT3）CEIR6，由于（IT3）CE在工作中是变化值，为保证稳定度取IR2（IT3）CE，则ID2IR6。取IR6MIN3mA，则R6为：R6（UOMINUD2）IR6MINR6（3.5V2.2V）3mA430当输出电压UO最高时，IR2MAX为：IR6MAX(UOMAX-VZ)R6IR6MAX(12V-2.2)43030mA可见选择的二极管能够安全工作。取样部分主要计算取样电阻R7、R7、RV1的阻值。由于取样电路同时接入T3的基极，为避免Q3基极电流IT3B对取样电路分压比产生影响，需要让IT3BIR3。另外为了保证稳压电源空载时调整管能够工作在放大区，需要让IR3大于调整管T1的最小工作电流（IT1）CEMIN。选择发光二极管正向压降2.2V。取定R7,R8,RV路的最小电流为3.5mA,则R7+R8+RV=3.5v/0.0035=1000当RV在最上端时，(RV+R8/1000)*3.5=V(D)+0.7当RV在最下端时，（R8/1000）*12= 5=V(D)+0.7取 R7=100 R8=300 RV=8003.3.2 工作原理和功能说明 稳压电路部分由R7,R8,RV,R6,D2,Q3和Q2组成。R7,R8和RV组成取样电路，稳压二极管D2提供基准电压，Q3为比较放大管，Q2为调整管。 3.3.2 工作原理和功能说明 其主要原理是通过取样电路和基准电压的差值来改变复合调整管的压降，从而达到稳定输出电压的功能。 过保护电路采用R1，R2，D1，R3，R4，Q1和可控硅U组成。原理：当输入电压高于250V时，计算得电容滤波后的输出电压为18V。选定稳压二极管为1N4733A，V(Z)=5.1V，最大电流为49mA,选可控硅S6035J.也就是当R2上分得的电压大于5.1V时，开始保护。R2上分压大于5.1V，二极管被击穿，可控硅导通，复合调整管截止，输出全为零。 过流保护电路采用一个电阻和一个三极管。当电流达到0.7A时过流保护，故电阻R1=0.7V/0.7A=1R. 当电流大于0.7A时，三极管导通，稳压管基极电压小于1.4v，管子截止。 当电流小于0.7A时，Ube5.1V开始保护。 由R2,R1分压比可求得R1=1194。 当稳压管击穿后流过稳压管得电流不能超过D1的最大电流和可控硅的最大电流。计算得R3127。R4两端的压降为符合调整管C，E之间的压降，流过R4的电流要使调整管工作在放大区，计算得R4取1.5K满足要求。 第四部分 整机电路4.1 整机电路图4.2 元件清单电阻：1（1） 5.6K（1） 200（1） 300（1） 640（1） 510（1） 100（1）电容：极性 2200uf（1） 47uf（1） 220uf（1） 无极性 1uf（1）晶体二极管：IN4007（4个）稳压二极管：6.2VDO-204AH（1） 15VDO-204AH（1）晶体三极管：2N3390（1） 2N5830(1)电位器：1K(1) 800R(1)达林顿管:TIP122(1)可控硅：6035G(1) 第五部分 电路仿真 5.1 仿真软件简介Proteus是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS-232动态仿真、C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大 ,可仿真51、AVR、PIC。 系统特性：ISIS 原理布图个易用而又功能强大的工具； PROSPICE 混合模型 SPICE 仿真-可以升级到我们的独特的虚拟系统模型技术的工业标准SPICE3F5f仿真器;ARES PCB 设计具有 32 位数据库、元件自动布置、撤消和重试的自动布线功能的超强性能的 PCB 设计系统；标准的时尚的图形用户界面；保证所有的主要模块的操作性能和兼容性;支持 Windows 98/Me/2K/XP。 5.2 仿真电路图5.3 仿真结果结果：输出电压 2.5V11.5V可调过压、过流保护可以保护不带负载 纹波电压1 mV 输出电阻R(o)=0.4 带上20负载 纹波电压16 mV 第六部分 安装调试与性能测量6.1 电路安装6.2 电路调试6.2.1 调试步骤及测量数据（1）测试并记录电路中各环节的输出波形。（2）测量稳压电源输出电压的调整范围及最大输出电流。（3）测量输出电阻Ro。输出电压 ： 3.7V14.2V开路电压 ： Us= 5.0V带负载 Rc=20 输出电压 Uc=4.97V得出内阻 Ro=0.12输出纹波为 16mv6.2.2 故障分析及处理焊接板子时把稳压管接反，导致没有输出；经改正后再测也没有输出，用万用表测，是虚焊，但还是没有输出；最后老师调试，是图中三极管Q4烧坏，这才找出病因。课程设计总结通过本次课程设计，加深了对模电知识的理解，增强了动手能力，