模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)--多路輸出直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與制作

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　( 2011 -- 2012 年度第 二 學(xué)期)</p><p>　　名 稱(chēng)：模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題 目：多路輸出直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與制作</p><p><b>　　學(xué) 號(hào)： </b>&

2、lt;/p><p><b>　　學(xué)生姓名：</b></p><p>　　成 績(jī)： </p><p>　　日期： 2012年 3月 23日</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　很多電子設(shè)備，家用電器都需要直流電源供

3、電，其中除了少量的低功耗、便攜式的一起設(shè)備選用干電池供電外，絕大多數(shù)電子設(shè)備正常工作需要直流供電，而常用的電源——市電是220V或380V的交流電，因此需要把交流電變換成直流電。1例如在我們學(xué)習(xí)的大多數(shù)集成運(yùn)算放大器都需要加規(guī)定的直流偏置才能正常工作。所以直流穩(wěn)壓電源對(duì)于我們的模電課程學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō)十分重要，一個(gè)穩(wěn)定可靠的直流穩(wěn)壓電源是今后我們學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)其他電路的保證。</p><p>　　但是不同的電路對(duì)于直流電壓值

4、有著不同的需求，常見(jiàn)的有±12V、3-12v等等不同的需求。為了達(dá)到鞏固課程知識(shí)目的的同時(shí)，能夠做到學(xué)以致用，制作一些對(duì)于今后有實(shí)際意義的電路，我們選擇±12V、3—12V五組參數(shù)作為設(shè)計(jì)的電壓輸出參數(shù)值。此次所要設(shè)計(jì)的電源要求的輸出功率較小，為了簡(jiǎn)化電路并提高電路的穩(wěn)定性，因此選擇集成穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)思路。</p><p>　　三端固定輸出集成穩(wěn)壓器是一種串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓器。它將全部電路集成在單塊

5、硅片上，整個(gè)集成穩(wěn)壓電路只有輸入、輸出和公共3個(gè)引出端，使用非常方便。因其內(nèi)部有過(guò)熱、過(guò)流保護(hù)電路，因此它的性能優(yōu)良，可靠性高。又因這種穩(wěn)壓器 具有體積小、使用方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，所以得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　可調(diào)輸出的集成穩(wěn)壓器是在固定輸出集成穩(wěn)壓器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，這種集成穩(wěn)壓器，在集成芯片的內(nèi)部，輸入電流幾乎全部流到輸出端，流到公共端的電流非常小，因此可以用少量的外部元件方便的組成精密可調(diào)的穩(wěn)

6、壓電路，應(yīng)用更為靈活。典型可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器芯片,正電源系列有LM117/217/317，負(fù)電源系列有LM137/237/337。本設(shè)計(jì)中根據(jù)任務(wù)需要選擇五種集成穩(wěn)壓器芯片：LM7812、LM7912、LM317。</p><p><b>　　一、課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)作為電子技術(shù)課程的重要組成部分，目的是使學(xué)生進(jìn)一步理解課程內(nèi)容，

7、基本掌握電子電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的方法，增加集成電路應(yīng)用知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力以及分析、解決問(wèn)題的能力。</p><p>　　按照本學(xué)科教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃要求，在學(xué)完專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)課程后，分別進(jìn)行相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)，其目的是使學(xué)生更好地鞏固和加深對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)中小型電子電路系統(tǒng)的方法，獨(dú)立完成調(diào)試過(guò)程，增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，提高學(xué)生電路分析和設(shè)計(jì)能力。通過(guò)實(shí)踐教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生在理論指導(dǎo)

8、下有所創(chuàng)新，為專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)和日后工程實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。</p><p>　　二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求</p><p><b>　　1．教學(xué)基本要求</b></p><p>　　要求學(xué)生獨(dú)立查閱有關(guān)資料，完成選題設(shè)計(jì)，掌握數(shù)字或模擬電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法；完成系統(tǒng)的組裝配及調(diào)試工作；在課程設(shè)計(jì)中要注重培養(yǎng)工程質(zhì)量意識(shí)，并寫(xiě)出課程設(shè)計(jì)報(bào)告。</p>

9、<p><b>　　2．能力培養(yǎng)要求</b></p><p>　?。?）通過(guò)查閱手冊(cè)和有關(guān)文獻(xiàn)資料培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。</p><p>　?。?）通過(guò)實(shí)際電路方案的分析比較、設(shè)計(jì)計(jì)算、元件選取、安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，掌握簡(jiǎn)單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。</p><p>　?。?）掌握常用儀器設(shè)備的使用方法，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)

10、單的實(shí)驗(yàn)調(diào)試，提高動(dòng)手能力。</p><p>　　（4）綜合應(yīng)用課程中學(xué)到的理論知識(shí)去獨(dú)立完成一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)。</p><p>　?。?）培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。</p><p><b>　　三、課程設(shè)計(jì)名稱(chēng)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)題目：</b></p>

11、<p>　　多路輸出直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與制作</p><p><b>　　1．設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)多路輸出直流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　2．技術(shù)指標(biāo)及要求：</p><p>　　可將220V/50HZ交流電轉(zhuǎn)換為多路直流穩(wěn)壓輸出： </p><p&g

12、t;　　+12V/1A，-12V/1A，及一組可調(diào)正電壓。調(diào)節(jié)范圍3～12ｖ。</p><p><b>　　四、課程設(shè)計(jì)思路</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)主要分為變壓電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路、電源指示五個(gè)部分。</p><p>　　變壓電

13、路： 電源變壓器T的作用是將220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui。變壓器副邊與原邊的功率比為P2/P1=n，式中n是變壓器的效率。</p><p>　　整流電路：整流電路將交流電壓Ui變換成脈動(dòng)的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的波紋成分，輸出波紋較小的直流電壓U1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。</p><p>　　濾波電路：各濾波電路C滿(mǎn)足RL-C

14、=(3~5)T/2，式中T為輸入交流信號(hào)周期，RL為整流濾波電路的等效負(fù)載電阻。</p><p>　　穩(wěn)壓電路：常用的穩(wěn)壓電路有兩種形式：一是穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，二是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。二者的工作原理有所不同。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路其工作原理是利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會(huì)引起其電流有較大變化這一特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來(lái)達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。它一般適用于負(fù)載電流變化較小的場(chǎng)合。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是利用電壓串

15、聯(lián)負(fù)反饋的原理來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的。集成穩(wěn)壓電源事實(shí)上是串聯(lián)穩(wěn)壓電源的集成化。實(shí)驗(yàn)中為簡(jiǎn)化電路，我們選擇集成穩(wěn)壓器（三端穩(wěn)壓器）作為電路的穩(wěn)壓部分。集成穩(wěn)壓器的W7800系列輸出正電壓5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V，輸出電流為1.5A（W7800）、0.5A （W78M00）、0.1A（W78L00）；W7900系列輸出負(fù)電壓-5V、-6V、-9V、-12V、-15V、-18V、-24V，輸出電流為1.5A（W7900）、

16、0.5A （W79M00）、0.1A（W79L00）。</p><p>　　五、單元模塊設(shè)計(jì)原理</p><p><b>　　電源變壓器</b></p><p>　　電源變壓器是將輸入的220V交流電壓U1轉(zhuǎn)變?yōu)檎麟娐匪枰慕涣麟妷篣2。因?yàn)橐罱K通過(guò)78、79系列和LM317系列輸出正向最大18V負(fù)向最大12V的電壓，所以選擇帶有中間抽頭

17、的雙12V變壓器。考慮到今后的功率需要，這次我選擇了20W的變壓器。這樣兩個(gè)12V的輸出分別給78、79系列使用，中間抽頭作為固定電壓輸出部分的地線；而將一個(gè)12V的輸出端加給LM317，即最大輸出12V。</p><p><b>　　整流電路</b></p><p>　　整流電路有半波整流電路與單相橋式整流電路。</p><p>　　半波整流

18、電路的特點(diǎn)是輸出電壓波形為輸入正弦波電源波形的正半周期，所以輸出電壓脈動(dòng)很大，直流分量較小，整流效率較低。</p><p>　　另一種是單向橋式全波整流電路。如右圖，四肢整流二極管D1~D4形成電橋。</p><p>　　在V2正半周。電流從變壓器副邊線圈上端流出，只經(jīng)過(guò)D1流向RL,在由D3流回變壓器，所以D1、D3正向?qū)?，D2、D4反偏截止。在負(fù)載上產(chǎn)生一個(gè)極性為上正下負(fù)的輸出電壓。

19、電流通路用實(shí)線箭頭表示。</p><p>　　同理在V2負(fù)半周時(shí)，D2、D4正向?qū)?，D1、D3反偏截止。在負(fù)載上產(chǎn)生上正下負(fù)的輸出電壓。電流通路如圖的虛線箭頭表示。</p><p>　　綜上可知輸入端經(jīng)變壓器后在副邊得到了一個(gè)單向的脈動(dòng)電壓。</p><p><b>　　濾波電路</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)整流的

20、脈沖電壓紋波很大要經(jīng)過(guò)濾波電路的濾波作用，一般有電抗元件組成，如在電阻兩端并聯(lián)電容器C，或在整流電路輸入端與負(fù)載間串聯(lián)電感器L，以及有電容、電感組</p><p>　　合而成的各種復(fù)式濾波電路。在這里選擇用電容濾波，適合小電流負(fù)載。</p><p><b>　　穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　由于輸出地直流電壓會(huì)隨著穩(wěn)壓電路的波動(dòng)、負(fù)載

21、和溫度發(fā)生變化而變化，所以，為了維持輸出直流電壓穩(wěn)定不變，還要加上穩(wěn)壓電路。由于電源要求的輸出功率較小，為了簡(jiǎn)化電路并提高電路的穩(wěn)定性，因此選擇集成穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器在使用中普遍使用的是三端穩(wěn)壓器?？梢苑譃楣潭ㄊ胶涂烧{(diào)式，按正負(fù)的輸出電壓還可分為CW317、CW337、LM317、LM337。其中317系列穩(wěn)壓器可以連續(xù)輸出可調(diào)正電壓，337系列則是可調(diào)負(fù)電壓。它們的可調(diào)范圍為1.2~37V，最大輸出電流為1.5A。</p>

22、<p>　　三端集成穩(wěn)壓器還有78、79系列分別對(duì)應(yīng)正電壓輸出和負(fù)電壓輸出.79系列和78系列的外形相似但是連接不同，79的1端接地，2端接負(fù)的輸入。3端接輸出。</p><p><b>　　六、元器件的參數(shù)</b></p><p>　　輸出電壓固定的集成穩(wěn)壓器的選擇</p><p>　　輸出電壓固定的集成穩(wěn)壓器有正電源LM780

23、0系列穩(wěn)壓器和負(fù)電源LM7900系列穩(wěn)壓器。按LM7800系列輸出電壓可分為7805(+5V)、7806(+6V)、7809(+9V)、7812(+12V)、7815(+15V)、7818(+18V)、7824(+24V);按輸出電流可分為78Lxx表示輸出電流100mA、78Mxx表示輸出電流500mA、78xx表示輸出電流1.5A。負(fù)向集成穩(wěn)壓器與正向類(lèi)似。</p><p>　　由于此次要輸出得電壓為

24、7;12V、 3到12V，電流要求均為1A，固選擇的芯片為L(zhǎng)M7812、LM7912,和LM317. 輸出電壓平均值：</p><p><b>　　輸出電流平均值：</b></p><p><b>　　平均整流電流：</b></p><p><b>　　最大反向電壓：</b></p>&

25、lt;p>　　整流二極管的選擇（考慮電網(wǎng)%波動(dòng)）：</p><p><b>　　七、硬件測(cè)試</b></p><p>　　相對(duì)來(lái)說(shuō)，本次設(shè)計(jì)的電路并不是太復(fù)雜，但是有許多的線路走的比較接近。這對(duì)于元件插接技術(shù)就有一定的要求，稍有不慎就會(huì)造成相鄰兩根線短路而造成電路的插接錯(cuò)誤，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致元器件的損壞。還有一個(gè)需要注意的就是元件管腳的接入是否準(zhǔn)確，例如發(fā)光二極管

26、，在正向時(shí)，正極接輸出端、負(fù)極接地；但是在負(fù)向時(shí)，正好相反。電解電容的接法與之類(lèi)似，而且電解電容一定要接入準(zhǔn)確，如果方向錯(cuò)誤，不僅將損壞器件，電容還可能飛起、爆裂，危害人身安全。集成穩(wěn)壓器芯片的管腳還有整流橋的同樣在插接前要核對(duì)仔細(xì)，否則可能會(huì)損壞集成電路；而且它們的管腳相對(duì)較多，如果插接錯(cuò)誤，不易改正。</p><p>　　如果布局恰當(dāng)，不僅美觀大方，而且給插接節(jié)省了許多不必要的麻煩；還有一個(gè)就是元件的引線粗細(xì)

27、不再是恰好適合板上的留孔，對(duì)于像較大的二極管，還有散熱器的安裝，就需要自己將空鉆開(kāi)。開(kāi)始沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，鉆的比較慢，而且效果不佳，再與同學(xué)一起多次嘗試，找到了開(kāi)孔的合適工具，大大提高了工作的效率。</p><p><b>　　八、實(shí)測(cè)結(jié)果和分析</b></p><p><b>　　總體電路</b></p><p><b&g

28、t;　　實(shí)測(cè)結(jié)果（截圖）：</b></p><p>　　1、LM7812C輸出的正向電壓值，理論值為12V，實(shí)測(cè)值為12.268V，誤差在可允許范圍內(nèi)。</p><p>　　2、LM7912C輸出的正向電壓值，理論值為-12V，但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中芯片的限制， 實(shí)測(cè)值為-12.601，誤差較大。</p><p>　　3、可調(diào)電壓的最小值，理論值為3V，實(shí)測(cè)值為

29、3.556V，原因?yàn)槭芸烧{(diào)電壓芯片的影響</p><p>　　4、可調(diào)電壓的最大值，理論值為12V，實(shí)測(cè)值為11.341V，原因?yàn)槭芸烧{(diào)電壓芯片的影響。</p><p><b>　　九、實(shí)驗(yàn)體會(huì)</b></p><p>　　大一的時(shí)候常聽(tīng)學(xué)哥學(xué)姐們說(shuō)模電焊板子有多么辛苦，當(dāng)時(shí)我總覺(jué)得他們有些夸大其詞，然而當(dāng)我真正開(kāi)始焊第一塊板子的時(shí)候，問(wèn)題就接

30、踵而至。</p><p>　　我們這次的第一個(gè)任務(wù)就是直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)。剛開(kāi)始電路設(shè)計(jì)出來(lái)的時(shí)候，覺(jué)得應(yīng)該比較好焊，電路看起來(lái)不是特別復(fù)雜。但實(shí)際去操作下來(lái)才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題真的不少。首先是對(duì)元件的不熟悉，電解電容的管腳識(shí)別，一般電容的容值的讀取都花費(fèi)了一定的時(shí)間，以前學(xué)的一些基本知識(shí)都記得不是很清楚了。這最終導(dǎo)致我們?cè)跍y(cè)試電容的時(shí)候出現(xiàn)了電容爆炸的問(wèn)題，兩個(gè)220uF的電容接反，而且電容突然爆炸造成了短路給變壓器也造成

31、了影響，導(dǎo)致在后來(lái)的測(cè)試中一直有問(wèn)題而我們始終在找電路的問(wèn)題，而沒(méi)有去檢查檢查變壓器的輸出浪費(fèi)了很多的時(shí)間。其次是焊接技術(shù)的不合格，雖然大一的時(shí)候我們有聯(lián)系過(guò)但長(zhǎng)時(shí)間的不接觸自己的技術(shù)有很多的問(wèn)題，有許多虛焊點(diǎn)。而且電路在平常的磕碰中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)焊點(diǎn)脫落的問(wèn)題，雖然每次都小心翼翼但板子的背后已經(jīng)被改的面目全非了。最后沒(méi)辦法只能重新去焊一塊，到那個(gè)時(shí)候才發(fā)現(xiàn)變壓器有問(wèn)題。再后來(lái)板子焊好做測(cè)試的時(shí)候也出現(xiàn)不少的問(wèn)題，有時(shí)候是自己不注意沒(méi)接地線

32、使輸出地圖像出現(xiàn)雜波，有時(shí)候是元件出現(xiàn)問(wèn)題自己又沒(méi)發(fā)現(xiàn)，有的時(shí)候做的都快沒(méi)信心了，但沒(méi)有辦法還得和大家一起找出問(wèn)題。光芯片7812和7912就換了好幾個(gè)。而且在最初布線的的時(shí)</p><p><b>　　九、元件清單</b></p><p><b>　　三端穩(wěn)壓器：3個(gè)</b></p><p><b>　　散熱片

33、：3個(gè)</b></p><p><b>　　電解電容：5個(gè)</b></p><p><b>　　變阻器：1個(gè)</b></p><p><b>　　二極管：5個(gè)</b></p><p><b>　　接線柱：3個(gè)</b></p>&l