課程設計--穩(wěn)壓電源的設計

1、<p>　　課 程 設 計 報 告</p><p>　　題目 穩(wěn)壓電源的設計 </p><p>　　2014-2015 第二學期</p><p>　　專業(yè)班級 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　學 號

2、 </p><p>　　教學單位 電子電氣工程 </p><p>　　2015 年 7 月 5 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一．課程設計任務書1</p><p><b>　　課程設計目的2</b></p&g

3、t;<p><b>　　設計任務及要求2</b></p><p><b>　　設計方案2</b></p><p>　　二．程序設計實現(xiàn)思路3</p><p>　　1.電路的工作原理3</p><p><b>　　2.實驗步驟4</b></p>

4、<p>　　3.電路相關分析4</p><p><b>　　4.穩(wěn)壓電源6</b></p><p>　　5.穩(wěn)壓電源各組成部分的工作原理6</p><p>　　三．課程設計過程9</p><p>　　1.穩(wěn)壓電源的性能指標及測試方法 9</p><p>　　2.實驗制作過程

5、 9</p><p>　　3.設計結果檢測 10</p><p>　　4.產(chǎn)生誤差分析10</p><p><b>　　5.注意事項10</b></p><p>　　四．課程設計體會11</p><p><b>　　一．課程任務設計書</b></p>

6、<p><b>　　課程設計目的</b></p><p>　　1．掌握模擬電路設計的基本方法、設計步驟，培養(yǎng)綜合設計與調(diào)試電路能力。</p><p>　　2．學會直流穩(wěn)壓電源的設計和性能指標測試方法。</p><p>　　3．培養(yǎng)實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。</p><p>　　4. 根據(jù)指導老師

7、要求，完成電路設計及對理論轉(zhuǎn)化實際思想體會。</p><p><b>　　設計任務及要求</b></p><p>　　選擇適當變壓器及所需元器件。</p><p>　　2.理解串聯(lián)調(diào)整型直流穩(wěn)壓電源的工作原理</p><p>　　3.完成全電路理論設計，安裝調(diào)試</p><p>　　4.掌握串聯(lián)調(diào)

8、整型直流穩(wěn)壓電源的主要技術參數(shù)的調(diào)整與測試方法</p><p>　　5.撰寫設計報告，調(diào)試總結報告及使用報告書。</p><p>　　6．設計并制作一個可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，主要技術指標要求：</p><p>　?、?輸出電壓可調(diào)：Vo=+2V～+15V</p><p>　?、?最大輸出電流：Iomax=500mA</p><

9、p>　?、?紋波電壓：ΔVopp<5mV</p><p>　?、?穩(wěn)壓系數(shù)：SV≤0.003</p><p>　　7．設計電路結構，選擇電路元件，計算確定元件參數(shù)，畫出實用原理電路圖。</p><p><b>　　設計方案</b></p><p>　　1.設計串聯(lián)型穩(wěn)壓電源，計算各元件參數(shù)</p>

10、<p>　　2.按照設計電路，選擇和測試元件，焊接實驗電路</p><p>　　3.測試電路，如出現(xiàn)故障，分析原因，排除故障</p><p>　　4.測量穩(wěn)壓電源的輸出電壓和負載電流的大小</p><p>　　5.測量穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)和輸出電阻</p><p>　　二．程序設計實現(xiàn)思路</p><p>

11、<b>　　電路的工作原理</b></p><p>　　圖1 Proterl 99 SE下的穩(wěn)壓電源原理圖</p><p>　　圖2 電路原理圖的ERC檢測</p><p>　　圖3 穩(wěn)壓電源原理圖</p><p><b>　　2.實驗步驟</b></p><p>&

12、lt;b>　　1.線路連接</b></p><p><b>　　2.連接電源</b></p><p>　　3.觀察穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓作用</p><p><b>　　4.實驗結果及數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　3.電路相關分析</b></p>

13、;<p>　　穩(wěn)壓電源由電源變壓器，整流電路，濾波電路，和穩(wěn)壓電路四部分組成，如圖4所示，其整流與穩(wěn)壓過程的電壓輸出波形如圖5所示</p><p>　　圖4 穩(wěn)壓電源的組成框圖</p><p>　　圖5 整流與穩(wěn)壓過程波形</p><p>　　電網(wǎng)供電電壓交流220V（有效值）50Hz,要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需

14、要交流電壓。降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑、脈動小的直流電，即將交流成分濾掉，保留其直流成分。濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)壓直流電壓輸出，供給負載RL。 </p><p>　　1. 交流電壓變換部分 </p><p>　　把一種形式的交流變成另一種形式交流的電路 

15、;，得到需要的電壓。同時起到直流電源于電網(wǎng)的隔離作用</p><p><b>　　2.整流部分</b></p><p>　　“整流電路”（rectifying circuit）是把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路等組成。它在直流電動機的調(diào)速、發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領域得到廣泛應用。整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。變壓器

16、設置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離。</p><p>　　整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動性直流電，這就是交流電的整流過程，整流電路主要由整流二極管經(jīng)過整流電路之后的電壓已經(jīng)不是交流電壓種含有直流電壓的混合電壓。習慣上稱為單向脈動性直流電壓。</p><p><b>　　

17、3.濾波電路</b></p><p>　　濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負載串聯(lián)電感器L，以及由電容，電感組成而成的各種復式濾波電路。</p><p>　　濾波是信號處理中的一個重要概念。濾波分經(jīng)典濾波和現(xiàn)代濾波。</p><p>　　經(jīng)典濾波的概念，是根據(jù)傅里葉分析和變換提出的一個工程概念

18、。根據(jù)高等數(shù)學理論，任何一個滿足一定條件的信號，都可以被看成是由無限個正弦波疊加而成。換句話說，就是工程信號是不同頻率的正弦波線性疊加而成的，組成信號的不同頻率的正弦波叫做信號的頻率成分或叫做諧波成分。只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號成分正常通過，而阻止另一部分頻率成分通過的電路，叫做經(jīng)典濾波器或濾波電路。</p><p><b>　　4.穩(wěn)壓電路</b></p><p>

19、　　在輸入電壓、負載、環(huán)境溫度、電路參數(shù)等發(fā)生變化時仍能保持輸出電壓恒定的電路。</p><p>　　穩(wěn)壓電源的分類方法繁多，按輸出電源的類型分有直流穩(wěn)壓電源和交流穩(wěn)壓電源；按穩(wěn)壓電路與負載的連接方式分有串聯(lián)穩(wěn)壓電源和并聯(lián)穩(wěn)壓電源；按調(diào)整管的工作狀態(tài)分有線性穩(wěn)壓電源和開關穩(wěn)壓電源；按電路類型分有簡單穩(wěn)壓電源和反饋型穩(wěn)壓電源，等等。</p><p><b>　　4.穩(wěn)壓電源<

20、/b></p><p>　　穩(wěn)壓電源（stabilized voltage supply）是能為負載提供穩(wěn)定交流電源或直流電源的電子裝置。包括交流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)壓電源兩大類。</p><p>　　使用穩(wěn)壓電源的必要性：電力輸配設施的老化和發(fā)展滯后，以及設計不良和供電不足等原因造成末端用戶電壓的過低，而線頭用戶則經(jīng)常電壓偏高。對用電設備特別是對電壓要求嚴格的高新科技和精密設備，猶如沒

21、有上保險。</p><p>　　5.穩(wěn)壓電源各組成部分的工作原理</p><p>　　電源變壓器工作原理： </p><p>　　電源變壓器的作用是降壓變壓器，將220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓。變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。 </p><p>　　整流電路工作原理： </p><p>　　單

22、相橋式整流電路由四只二極管組成，接成電橋形式，利用二極管的單向?qū)щ娦?，將正負交替的正弦交流電壓整流成為單方向的脈動電壓。 </p><p>　　當u2為正半周時，電流由A點流出，經(jīng)D1、RL、D3流入B點，即D1、D3導通，D2、D4截止；當u2為負半周時，電流由B點流出，經(jīng)D2、RL、D4流入B點，即D2、D4 導通，D2、D4截止。電路及輸出波形如圖6，圖7所示： </p><p>　

23、　電容濾波工作原理： </p><p>　　利用電容元件儲能的特性，將整流后輸出的電壓的能量儲存起來，然后緩慢的釋放給負載。盡可能地將脈動電壓中的脈動成分過濾掉，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。采用電容濾波時，整流二極管中將流過較大的沖擊電流。必須選用較大容量的整流二極管。電容濾波電路及輸出波形如圖8，圖9所示： </p><p>　　穩(wěn)壓電路工作原理： </p><

24、;p>　　使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負載的變化而變化。</p><p><b>　　所需器件</b></p><p>　　整流二極管：一種將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿陌雽w器件，在+5V直流穩(wěn)壓電源電路設計中選IN4007即可。</p><p>　　電解電容：濾波耦合的作用。利用電容的充放電作用使輸出電壓趨于平滑。 LED:發(fā)

25、光二極管，正向?qū)?，反向截止?</p><p>　　松香：加快熱量從烙鐵頭向焊料和被焊物表面?zhèn)鬟f，還能使焊點美觀。 </p><p>　　三極管，變壓器，可調(diào)電位器，電源線接頭。</p><p>　　圖10 穩(wěn)壓電源元器件清單</p><p><b>　　三．課程設計過程</b></p><p&

26、gt;　　1.穩(wěn)壓電源的性能指標及測試方法</p><p>　　(1)、電壓穩(wěn)定性好，也叫調(diào)整率：當接入額定負載后，電壓不能有明顯的下降，一般不超過5%；【力威LW-WYJ  CV≤0.01%】　　(2)、當負載不超過額定值時，若負載有變化，例如負載是一音頻功放，電壓不應有明顯的變化；　　(3)、交流成份要低：一般不應大于5%；【力威LW-WYJ　CC≤0.01%】　　(4)、效率要高，即空載時損

27、耗要小。用放大器降壓式的穩(wěn)壓電源其效率約為40～60%，開關式穩(wěn)壓電源的效率可達80～90%。</p><p><b>　　2.實驗制作過程</b></p><p>　　（1）對元器件進行清點與檢測。</p><p>　　（2）用復寫紙在印制板上畫上電路圖。</p><p>　?。?）在畫好的電路圖表面涂漆。</p

28、><p>　?。?）按照指導老師要求，腐蝕電路板。</p><p>　?。?）在需要裝元器件的地方打孔。</p><p>　?。?）在打好孔的板子上涂上松香水。</p><p>　?。?）將元器件焊接在對應的位置上。</p><p><b>　　3.設計結果測試</b></p><

29、p>　　用萬用表觸碰各節(jié)點，看指針偏轉(zhuǎn)幅度有無異常，沒有異常后，接通電源，靜置一會，待電路穩(wěn)定后沒出現(xiàn)任何故障（如芯片被燒等）再進行測量，如出現(xiàn)類似狀況應立即斷開直流電源，檢查問題所在并及時排除故障再進行測量。對于穩(wěn)壓電路則主要測試集成穩(wěn)壓器是否能正常工作。整流濾波電路主要是檢查整流二極管是否接反，安裝前用萬用表測量其正、反向電阻。接入電源變壓器，整流輸出電壓應為正。斷開交流電源，將整流濾波電路與穩(wěn)壓電路相連接，再接通電源，輸出電

30、壓為+5V，說明各級電路均正常工作。</p><p><b>　　4..產(chǎn)生誤差分析</b></p><p>　　1、 實驗測量儀器萬用表本身存在缺陷，不精確，課采用更高精度的儀器去測 量； </p><p>　　2、 實驗器材受環(huán)境溫度的影響。二極管對溫度比較敏感，易受溫度的影響，使得測量數(shù)據(jù)有所偏差； </p><p&

31、gt;　　3、 焊接不緊或者虛焊會使得輸出數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，萬用表指針不易穩(wěn)定，偏轉(zhuǎn)較明顯，從而導致讀數(shù)不準； </p><p>　　4、 各導線接觸不良，接觸點之間的微小電阻造成的誤差。 </p><p>　　圖11 穩(wěn)壓電源成品圖</p><p><b>　　5.注意事項</b></p><p>　　(1). 檢查和修理

32、集成電路前首先要熟悉所用集成電路的功能、內(nèi)部電路、主要電氣參數(shù)、各引腳的作用以及引腳的正常電壓、波形與外圍元件組成電路的工作原理。如果具備以上條件，那么分析和檢查會容易許多。</p><p>　　(2). 測試不要造成引腳間短路，電壓測量或用示波器探頭測試波形時，表筆或探頭不要由于滑動而造成集成電路引腳間短路，最好在與引腳直接連通的外圍印刷電路上進行測量。任何瞬間的短路都容易損壞集成電路。</p>

33、<p>　　(3). 要注意電烙鐵的絕緣性能，不允許帶電使用烙鐵焊接，要確認烙鐵不帶電，最好把烙鐵的外殼接地。</p><p><b>　　四．課程設計體會</b></p><p>　　在這次模擬電子技術基礎課程設計中，我在收獲知識的同時，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過程中，我通過查找大量資料，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨立思考、設計的能力，在各種其它能力

34、上也都有了提高。更重要的是，在設計，我還學會了很多學習的方法以及相關軟件的使用,如Protel99SE。本設計使用Protel99SE 來設計電路原理圖。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。我將所學知識運用到設計中，按照設計要求設計電路的參數(shù)，在按對應的參數(shù)選取元器件，通過查找資料了解元器件的主要特性與相關使用注意事項。在電路設計中選取最優(yōu)元件來滿足設計的要求。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學習、實踐，再學習、再實踐。</p>

35、<p>　　相信以后我會以更加積極地態(tài)度對待我的學習、對待我的生活。我的激情永遠不會結束，相反，我會更加努力，努力的去彌補自己的缺點，發(fā)展自己的優(yōu)點，去充實自己，只有在了解了自己的長短之后，我們會更加珍惜擁有的，更加努力的去完善它，增進它。只有不斷的測試自己，挑戰(zhàn)自己，才能擁有更多的成功和快樂！T 快樂至上，享受過程，而不是結果！認真對待每一個實驗，珍惜每一分一秒，學到最多的知識和方法，鍛煉自己的能力，這個是我在課程設計中