直流稳压电源-模电课程设计报告

模拟电子电路课程设计说明书题目名称： 直流稳压电源 姓 名： XXXX 班 级： 电信 * 学 号： * 日 期： 2014 年 6月 5日 模拟电子技术课程设计任务书 适用专业：电信/电气/测控 设计周期：一周一、设计题目：直流稳压电源二、设计目的 1、 研究单相桥式整流、电容滤波电路的特性。 2、 学习稳压电源的设计方法以及主要技术指标的测试方法。 三、设计要求及主要技术指标 设计要求 1、方案论证，确定总体电路原理方框图。 2、单元电路设计，元器件选择。 3、仿真调试及测量结果。 主要技术指标 1、电网供给的交流电压U1为220V，50HZ； 2、变压器输出电压U2为18V20V，50HZ； 3、稳压电源输出直流电压可调，最大负载电流100mA左右；4、输出纹波电压小于5mv，稳压系数=0.01；5、驱动负载可调（如：120RL240）；6、适当考虑如何采取短路保护功能。四、仿真需要的主要电子元器件 电源变压器、滑线变阻器、晶体三极管、 晶体二极管、稳压管、电阻器、电容器等若干 。五、设计报告总结 1、 对所测结果（如：输出电压，最大负载电流，电压输出波形等）进行全面分析，总结桥式整流、电容滤波电路的特点。 2、 根据所测数据，计算稳压电路的稳压系数S、纹波系数K和输出电阻R0，并进行分析。 3、 分析讨论仿真测试中出现的故障及其排除方法。 4、 给出完整的电路仿真图 。5、 体会与收获。六、参考文献1.彭介华电子技术课程设计指导北京：高等教育出版社，20052.陈大钦主编电子技术基础实验电子电路实验设计仿真北京：高等教育出版社，20003.高吉祥主编电子技术基础实验与课程设计北京：电子工业出版社，20024郑步生. Multisim2001电路设计及仿真入门与应用.电子工业出版社.20025/6/一、方案论证与比较1.1 方案提出在变压电路部分，选用初、次级线圈匝数比为11：1的变压器来将有效值为220V的交流电网电压变为有效值为20V的交流小电压。在整流电路部分，选用单相桥式整流电路。因为半波整流电路所得输出电压的交流脉动分量较大，全波整流电路中所用的次级线圈中带有中央抽头的变压器在实际使用时成本较高。所以在最后选用整流效果好的，成本相对低廉的桥式整流电路。在滤波电路部分，选用的是电容滤波电路，因为在实际应用中电容的成本相对电感的成本要低，同时电容滤波电路有较为不错的滤波效果。在稳压电路部分，有如下三种方案：方案一：采用并联型线性稳压电路，电路上由稳压二极管与负载并联的简单电路。方案二：采用串联反馈式稳压电路，采用运放和三级管的元件搭建。方案三：采用三端集成稳压器，搭建其应用电路，调整common端电压实现电压可调。1.2设计方案的论证和选择针对以上三种稳压电路方案，我选择第三种，因为就第一种方案而言，电源内阻较大，在负载电阻稍变大时负载端输出电流快速变小。第二种与第三种其实原理相差不大，在实际应用中，因为现在市面上三端集成稳压器的价格很低，同时电路较为简单，所以我选用第三种。二、系统的功能及设计框图2.1 系统的全部功能、要求及技术指标此直流电源为带有短路保护的可调直流稳压电源，通过变压、整流、滤波、稳压四个电路模块的电路来实现输出恒定直流电压的目的。通过调节可调电阻可以改变输出电压，可调范围（12.4V18.6V）。且本系统选用500mA熔断丝以防止负载端短路。主要技术指标 1、电网供给的交流电压U1为220V，50HZ； 2、变压器输出电压U2为1820V，50HZ； 3、稳压电源输出直流电压可调，最大负载电流100mA左右；4、输出纹波电压小于5mv，稳压系数=0.01；5、驱动负载可调(120RL240）；6、适当考虑如何采取短路保护功能。2.2确定设计框图（系统包含的单元电路及结构）和总体设计方案图 1 系统总体框图如图一所示，通过变压、整流、滤波、稳压四个电路模块的电路来实现输出恒定直流电压，在变压电路部分，用匝数比为11：1的变压器得到有效值为20V的交流小电压信号。在整流电路部分，用单相桥式整流电路得到脉动直流信号。在滤波电路部分，用220uF的极性电容滤波，在稳压电路部分，采用三端集成稳压器LM7812，搭建其应用电路，用一个电压跟随器与可调电阻调整common端电压实现电压可调。2.3单元电路的分析与设计：各功能模块电路的定性说明以及计算分析。变压电路：图 2 变压电路如图2所示，用匝数比为11：1的变压器得到有效值为20V的交流小电压信号。整流电路:图 3 整流电路如图3所示用单相桥式整流电路得到脉动直流信号。桥式整流器利用四个二极管，两两对接连接成“桥”式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。当输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。 桥式整流电路输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。滤波电路：图 4 滤波电路如图4所示，利用220uF的极性电容滤波。容值计算公式RLC35T2。所以计算得C35T2RL=3550uF，所以选取220uF的电容做为滤波电容。稳压电路图 5 稳压部分采用三端集成稳压器LM7812，搭建其应用电路，用一个电压跟随器与可调电阻调整Common端电压实现电压可调。其中C3、C4为频率补偿电容，防止稳压器产生自激振荡和抑制电路引入的高频干扰。C2为输出电容，以减少输出端的低频干扰。Common端引入了一个电压跟随其，以把电压调节回路与输出回路隔离开，通过改变滑动变阻器R3的值，来改变Common端的电位，从而达到调整电压的目的。由计算可得，电压可调的范围为12.4V18.6V。电路中还加入了0.5A的熔断丝，以保护电路，防止负载短路对电源造成损坏。三、 系统仿真调试分析3.1软件仿真原理图图 6 系统仿真电路原理图3.2模拟仿真过程输入交流电网电压 有效值220V 波形如下图所示。图 7 变压器输入电压波形变压器输出波形 如下图所示。图 8 变压器输出电压波形桥式整流电路输出波形 如下图所示。图 9 桥式整流电路输出波形滤波电路输出波形 如下图所示。图 10 电容滤波电路输出波形稳压电路输出波形 如下图所示。图 11 稳压电路输出波形各输出端电压值 图 12 变压器输入电压 图 13 变压器输出电压 图 14 稳压电路输出电压 图 15 稳压电路输出纹波电压3.3各项指标测试电网供给的交流电压U1为220V，50HZ。图 16 电网输入电压有效值 图 17 电网输入电压频率有效值和频率误差在允许范围之内，符合技术指标。变压器输出电压U2为18V20V，50HZ。图 18 变压器输出电压有效值 图 19 变压器输出电压频率有效值和频率误差在允许范围之内，符合技术指标。稳压电源输出直流电压可调，最大负载电流100mA左右； 图 20 最小输出电压 图 21 最小输出电压下 最大输出电流 图 22 最大输出电压 图 23最大输出电压下 最大输出电流输出电压可调，范围为12.425V18.612V，最大输出电流100mA左右，符合技术指标。输出纹波电压小于5mv，稳压系数=0.01。 图 24最小输出电压下纹波电压值 图 25 最大输出电压下纹波电压值纹波值最大为1.497mV，小于5mv，符合技术指标。 图 26 变压输出20V时稳压电路输入电压 图 27 变压输出20V时稳压电路输出电压 图 28变压输出18V时稳压电路输入电压 图 29 变压输出18V时稳压电路输出电压因为稳压系数sv=V0V0VIVI=0.002530.01，所以符合技术指标。驱动负载可调。驱动负载可调范围为1201120，符合技术指标。适当考虑如何采取短路保护功能。电路中加入了500mA熔断丝，符合技术指标。四、结语本学期我们学习了模拟电子电路，对电子技术有了一些初步了解，但那都是一些理论的东西。通过这次直流电源的课程设计，我才把学到的东西与实践相结合。从中对我学的知识有了更进一步的理解。在课程设计的过程中有遇到了一些问题，比如运放，电容，电阻的选择与计算，电路测试工具的选择等等。最后在查阅相关资料后也得以解决。通过此次的直流电源设计，让我更进一步地熟悉了直流稳压电源的各部分电路的原理和其具体的作用，也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题。设计本身并不是有很重要的意义，而是对待问题时的态度和处理事情的能力。设计的过程，设计的思想和设计电路中的每一个环节，电路中各个部分的功能是如何实现的。各个电路能够完成什么样的功能，搭建各个电路时应该注意那些要点。在这次设计过程中，我也对Multisim、Word、画图等软件有了更进一步的了解，这使我在以后的学习中中更加得心应手。实验中，借助仿真软件，不仅可以把课堂中所学到的知识，直接加以运用，而且还可以把各个分离的知识点组合为一个整体。使自己在专业知识和动手能力上有了和大的提高。五、参考文献1.彭介华电子技