直流稳压电源--模电课程设计

1、模拟电子技术课程设计题 目 直流稳压电源学生姓名 专业班级 学 号 201042103院 （系） 电气工程学院 指导教师 完成时间 目 录1 课程设计的目的41.1 概述41.2 目的42 课程设计的任务与要求52.1课程设计的任务52.2 课程设计的要求53 设计方案与论证53.1 设计方案53.2 方案论证63.2.1 电源变压器63.2.2 整流电路73.2.3 滤波电路83.2.4 稳压电路84 设计原理及功能说明84.1 设计原理84.2 设计功能说明95 单元电路的设计（计算与说明）105.1 计算方法105.2 计算过程106 检查元器件126.1 检查二极管126.2 检查三极

2、管136.3 检查电阻146.4 检查电容156.5 检查变压器167 硬件的制作及调试167.1 硬件的制作167.2 硬件的测试及调整177.2.1 测试177.2.2 调整178 总结17参考文献：18附录一：元器件清单19附录二：电路原理图20附表二：色环识别表20附表三：实物图211 课程设计的目的1.1 概述在各种电子电路中，总离不开电源电路，而由于电路结构和元件特性，就需 要用到直流电源供电。如若采用干电池为其供电，则有供电功率低，持续供电能 力差，成本高等缺点。而交流电在产生、电能输送等方面具有独特的优点，发电 站、各市电网中的电能传输都是以交流电的形式进行输送，如果我们对市电

3、提供 的电压进行降压整流等，把交流电转换成直流电，以获得我们所需要的电压。电 力系统供电电压的波动，或者负载阻抗和功率的变化，都会引起整流器输出电压 随之改变。在电子电路和自动控制装置中，通常都需要电压稳定的直流电源供电， 使整流器输出电压尽可能少受流电进行滤波，稳压，以获得我们所需要的供电电源。电源波动或负载变化影响而保持稳定，这就需要我们对整流后的电源进行稳压设计。1.2 目的1、学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤， 培养综合设计与调试能力。2、学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。3、培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。4、会运用

4、Multisim工具对所作出的理论设计进行模拟仿真测试,进一步完善理论设计。2 课程设计的任务与要求2.1课程设计的任务1.根据从稳定性、可靠性、实用性、经济性选择电子线路和电子器件找到适合的功能电路。 2.通过网络查阅和图书馆资料培养独立分析问题和解决问题的能力。 3.了解常用电子器件的类型和特性。 4.学会电子电路的焊接、安装与调试技能。 5.进一步熟悉电子仪器的使用方法。 6.学会撰写课程设计总结报告。7.培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。2.2 课程设计的要求1.打印模拟电子技术课程设计说明书一份，给出课题的设计和制作、调试 、过程。2.根据技术指标要求，画出设计电路图。 3.设

5、计时间：一周 。4.人员分组，三或两人一组一实物，选择同一课题的电路相同，但课程设计报告不能完全相同。3 设计方案与论证3.1 设计方案方案一：根据：交流220V降压整流电路滤波器稳压输出 制作电路； V1 V2 Vr Vf Vo稳压电路滤波电路整流电路电源变压器220 V50Hz 方案二：根据仿真图制作电路；V1220 V 50 Hz 0Deg D1MDA920A11243C1470uF C222uF C3100uF R11.0k?R21.0?R31.0k?LED1LED2Q42N5551Q52N2222AQ12N2222AR6330?R4100?R5470?J1Key = SpaceT1N

6、LT_PQ_4_120J2?3.1-1电路图电源变压器：电网提供的交流电一般式220V，作用是把220V电网电压转换成实验所需的交流电压。 整流电路：他的作用是利用具有单向导电性的二极管器件将正、负交替的正弦交流电压整流为单向的脉冲电压 滤波电路：本设计采用电容元件组成，作用是将脉动成分为较大的直流电压中的交流成分滤掉，则电压波形将变得平滑。 稳压电路：经过整流滤波后电压波形尽管变得较为平滑，但它受到电压电网变化或负载影响较大，而稳压电路的主要作用是当电网电压波动负载或温度变化时，维持输出电压稳定，但是本实验对直流电压的稳定程度要求不高，可以不要稳压环节。3.2 方案论证3.2.1 电源变压器

7、电源变压器的作用是将电网220V的交流电压转换为整流电路所需要的交流电压U1，变压器次级与初级的功率比为：P2/P1= (1)式中为变压器的功率3.2.2 整流电路整流电路是把交流电压U1转换为脉动的直流电压。常见的小功率电路有单相半波，单相全波，单相桥式整流电路。如图3.2-1所示：3.2-1单相桥式整流电路整流二极管所承受的最大反向电压是2U2整流输出电压的平均值 Ud=0.9U2整流输出的电流平均值Id=Ud/R3.2.3 滤波电路滤波电路是用于整流输出，一般有电抗元件组成。滤波电容C应满足：C=(35)T/2R (2)式中T为输入交流信号周期；R为整流滤波电路的等效负载电阻3.2-2滤

8、波电路3.2.4 稳压电路稳压电路：经过整流滤波后电压波形尽管变得较为平滑，但它受到电压电网变化或负载影响较大，而稳压电路的主要作用是当电网电压波动负载或温度变化时，维持输出电压稳定，4 设计原理及功能说明4.1 设计原理直流稳压电源是一种将220V 交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。（1）电源变压器：我们这里是降压变压器，它将电网 220V 交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。 （2）整流电路：利用单向导电元件，把 50Hz的正弦交流电变换成脉动的 直流电。 （3）滤波电路：可以将整流电路输出

9、电压中的交流成分大部分加以滤除， 从而得到比较平滑的直流电压。（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电 网电压和负载的变化而变化。 整流电路常采用二极管单相全波整流电路，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。4.2 设计功能说明三极管：半导体电子器件，有两个PN结组成，可以对电流起放大作用，有3个引脚，分别为集电极（c)，基极（b)，发射极（e）.有PNP和NPN型两种，以材料分有硅材料和锗

10、材料两种。晶体管，本名是半导体三极管，是内部含有两个PN结，外部通常为三个引出电极的半导体器件。可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。电容器：电容器的基本作用就是充电与放电，但由这种基本充放电作用所延伸出来的许多电路现象，使得电容器有着种种不同的用途，例如：耦合，虑波，退耦，高频消振，谐振，旁路，中和，定时，积分，微分，补偿，自举，分频，负载电容。而这里主要运用了电容器的滤波，谐振等功能。二极管：二极管还具有稳压作用，这是因为二极管反向接通时，在二极管被击穿的情况下，其电流将瞬间增大，这样在外电压增大时，由于二极管被击穿后增加的电流会通过二极管而不会经过与二极管并联的负

11、载上，从而可以保护与其并联的器件。常见的有保护场效应管，即在场效应管栅极反向并接一个二极管。二极管击穿电压一般在 4V-7V。整流二极管，也是很常见的，利用的是二极管的单向导通特性，从而可以将负极性电信号滤掉-半波整流，也可以进行其它的整流-例如滤波整流。主要的器件的功能罗列在此，这些是支撑整个电路形成的零件。也正是有了这些器件的功能才使得我们的设计得以达到了最后的结果。5 单元电路的设计（计算与说明）5.1 计算方法1、采用分歩计算出，所用元件的所用参数，然后根据所需电路将算出的数据组合起来；2、根据电路指标和要求以及各元器件的参数通过计算得到相应的参数；3、将电路图分为几部分，并分别计算；

12、5.2 计算过程1、 降压：设变压器副边电压 u2=2U2sin t，U2为有效值。在U2的正半周内，二极管 VD1、VD2导通，VD3、VD4截止；U2的负半周内，VD3、VD4导通,VD1、VD2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻 RL，且方向是一致的。2、整流电路：在桥式整流电路中， 每个二极管都只在半个周期内导电， 所以流过每个二极管的平均 电流等于输出电流的平均值的一半，即 电路中的每只二极管承受的最大反向电压为 (U2是 变压器副边电压有效值)。3、滤波电路：采用滤波电路可滤除整流电路输出电压中的交流成分， 使电压波形变得平滑。 常见的滤 波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波

13、等。 在整流电路的输出端，即负载电阻 R2 两端并联一个电容量较大的电解电容 C，则构成 了电容滤波电路，由于滤波电容与负载并联，也称为并联滤波电路。单相桥式整流电容滤波电路,当 U2 为正半周时, 电源 U2 通过导通的二极管 VD1、VD3 向负载 R2供电，并同时向电容 C 充电，输出电压 UoUc U2； Uo 达峰值后 U2 减小，当UoU2 时，VD1、VD3 提前截止，电容C通过R2放电，输出电压缓慢下降，由于放电时间常数较大，电容放电速度很慢，当 Uc 下降不多时U2 已开始下一个上升周期，当 U2Uo 时，电源 U2 又通过导通的 VD2、VD4 向负载 R2供 电，同时再给

14、电容C充电，如此周而复始。电路进入稳态工作后，负载上得到 如图中实线所示的近似锯齿的电压波形，与整流输出的脉动直流（虚线）相比，滤波后输出 的电压平滑多了。显然，放电时间常数 RLC 越大、输出电压越平滑。若负载开路（R2=），电容无放电回路，输出电压将保持为U2的峰值不变。（1）输出电压的估算，电容滤波电路的输出电压与电容的放电时间常数 =RLC有关，应远大于U2的周期 T,当 =RLC（35）T /2 时，滤波电路的输出电压可按下式估算，即 Uo1.2U2 （2） 整流二极管导通时间缩短了，存在瞬间的浪涌电流，要求二极管允许通过更大的电流； （3）在已知负载电阻 R2 的情况下，根据式子选

15、择滤波电容 C 的容量，即 C（35） T /2RL若容量偏小，输出电压 Uo将下降，一般均选择大容量的电解电容；电容的耐压应大于U2 的峰值，同时要考虑电网电压波动的因素，留有足够的余量。电容滤波电路的负载能力较差，仅适用于负载电流较小的场合。4、稳压电路：常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联， 以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.11.2)U2，直流输出电流：（I2是变压器副 边电流的有效值） ，稳压电路可选集成三端稳压器电路。6 检查元器件6.1 检查二极管6.1-1发光二

16、极管6.1-2二极管二极管有 1个PN结构成，单向导电性 万用表的选用：选用R1K档（R1档电流太小，R10K电压太高，易损坏二极管） 好坏判断：两表笔分别接于二极管两端，测得一阻值，再对调两笔，测得另一阻值。二极管正向电阻很小（大约几十欧-几百欧姆），反向电阻很大（几十K-几百K）若正、反向电阻值相差很大，说明管子单向导电性能好，若两次值均很小或很大，则管子质量有问题。（很小，击穿短路，很大，开路）。 正负极判断：对于大多数的二极管，用一个不同颜色的环来表示负极，如果看不清了可以根据阻值较小一次中红表笔接的管脚是二极管正极，黑表笔接的是管脚负极。6.2 检查三极管6.2-1三极管引脚图判断三

17、极管基极由于基极与发射极，基极与集电极之间分别是两个PN结，它们之间反向电阻都很大。正向电阻都很小，所以用万用表欧姆档（R100或R1K档）判别。 步骤：b极判别：先将任一表笔接到某一个认定的管脚上，如果测量得的阻值若一大一小，则可知它不是基极。都很大（或很小），再对换表笔，重复上述测量时，阻值恰与上述相反，都很小（或很大）。则可断定所认定的管脚为基极。若不符合上述结果，应另换一个认定管脚重新测量。直至符合。PNP、NPN判别：测量时注意极性（管脚和表笔），当黑表笔接在基极，红表笔接在其它两极时，测得的电阻值都较小，则可判定该三极管为NPN型，反之，当红表笔接在基极，黑表笔接到其它两极时，测得

18、的电阻值较小由可判定该三极管的PNP型。判断集电极和发射极：（hFE 测量三极管直流放大倍数）把万用表打到hFE档上，把三极管插下到NPN的小孔上，B极对上面的B字母。读数，再把它的另二脚反转，再读数。读数较大的那次极性就对上表上所标的字母，这时就对着字母去认三极管的C，E极。学会了，其它三极管也可这样做，方便快速。判别三极管的好坏 测试时用万用表测二极管的档位分别测试三极管发射结、集电结的正、反偏是否正常，正常的三极管是好的，否则三极管已损坏。如果在测量中找不到公共B极、该三极管也为坏管子。6.3 检查电阻6.3-1色环电阻用万用表测电阻将数字万用表的红表笔插入V孔，黑表笔插入COM孔，将量

19、程开关置于电阻档（根据阻值确定），电源开关拨到ON位置，将红黑表笔分别与电阻的两个引脚相接，显示屏上便能显示出电阻的阻值。如果测得的阻值为无穷大，显示屏左端显示1或者-1，这时选择超大量程进行测量。应该注意：欧姆档量程选得是否合适，将直接影响测量精度。如测量20电阻时，应选用R1档；如选用R1k档，读数精度极差。因此，要认真选择量程，这是提高测量精度的重要环节。被测电阻阻值为几欧到几十欧时，可选用R1档；被测电阻阻值为几十欧到几百欧时，可选用R10档；被测电阻阻值为几百欧到几千欧时，可选用R100档；被测电阻阻值为几千欧到几十千欧时，可选用R1k档；被测电阻阻值为几十千欧以上时，可选用档。色环

20、电阻的识别:技巧：先找标志误差的色环，从而排定色环顺序。最常用的表示电阻误差的颜色是：金、银、棕，尤其是金环和银环，一般绝少用做电阻色环的第一环，所以在电阻上只要有金环和银环，就可以基本认定这是色环电阻的最末一环（查看附表三）。四色环电阻的读法：第一条色环：阻值的第一位数字第二条色环：阻值的第二位数字第三条色环：10的幂数第四条色环：误差表示五色环电阻的读法：第一条色环：阻值的第一位数字第二条色环：阻值的第二位数字第三条色环：阻值的第三位数字第四条色环：10的幂数第五条色环：误差表示电位器一般有三个管脚，用万用表的欧姆档把红黑表笔放在任意两个上，一共会有三个电阻值，其中最大的那次两个管脚为固定

21、值，另一个管脚就是滑动的管脚。6.4 检查电容6.4-1电容用万用表判断电解电容器的正、负引线:一般管脚识别：长 “+”短 “”把电解电容插入数字万用表的测电容的孔中，看看其测得值和标称值的大小，判断其正负。用万用表电阻档检查电解电容器的好坏：可以测量其容量，看看与标识的相差多少，再一个就测量电阻，如果电阻太小了就彻底坏了。6.5 检查变压器6.5-1变压器检查外观有无掉漆、虚焊、瓷瓶是否有裂痕，主要是外观检查。7 硬件的制作及调试7.1 硬件的制作1、注意所有与面板孔嵌装元件的高度与孔的配合（如发光二极管的圆顶部应与面板孔相平，面板与拨动开关是否灵活到位）；2、VT1、VT2、VT3采用横装

22、，焊接时引脚稍留长一些；3、C1、C2、C3注意正负极的焊接；4、变压器的焊接，从变压器及电路板上焊出的引线长度应适当，导线剥头时不可伤及铜芯，多股芯线剥头后有松散现象，需捻紧以便烫锡、插孔、焊装；5、为了便于装焊，可根据具体情况采用分类、分片焊装；6、变压器次级导线与电路板的正负极导线焊接在一起后，变压器的初级输出导线与电源线对应并相焊接；7.2 硬件的测试及调整安装焊接完成后，按照原理图检查整体安装情况，着重检查电源线、变压器连线以及电路板上相邻导线或焊点有无短路及缺陷，一切正常时用万用表的欧姆档测得电源插头二引脚间的电阻大于500以上，即可通电检测。7.2.1 测试1、接通电源，通电后指

23、示灯LED2亮；2、空载电压：空载时测量输出的直流电压，其值应略高于额定电压值；3、输出极性：拨动开关S2，输出极性应作相应变化；4、负载能力：当负载电流在额定值150mA时，输出电压的误差应小于10%；5、过载保护：当负载电流增大到一定时LED1亮，LED2灭。若负载电流减小则电路恢复正常7.2.2 调整 若稳压电源的负载在150mA时，输出电压误差大于规定值的10%时，3V档更换R4，6V档更换R5，阻值增大电压升高，阻值减小电压降低。8 总结通过此次课程设计， 使我更加扎实的掌握了有关模拟电子技术方面的知识，在实践过程中虽然遇到了一些问题， 但经过一次又一次的思考， 一遍又一遍的检查终于

24、找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足，实践出真知，通过亲自动手操作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在实践中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩， 一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决， 只有这样， 才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认同。我认为，在这次实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它 能力上也都有了提高。更重要的是在实验课上，从理论到实践，我们学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，所以把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设 计的过程中遇到问题