柏立上 模电 课程设计文档格式.docx

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我们本次课程设计的设计电路中使用了变压器、集成稳压器、二极管、电容、电阻、电位器等元件，并完成了多路输出电压，实验表明，通过对电路的测试或对电路图的仿真分析，测试结果达到了可以进行电压幅值的转换、进行滤波处理、输出稳定电压等功能。

本次实验将从这一问题出发，利用学过的各种电学知识及实践经验，提出一个简单实用并且满足一定设计要求的直流稳压电源，方以达到本次课程设计的目的。

1引言

直流稳压电源一般由电源变压器，整流电路，滤波电路及稳压电路所组成。

变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。

整流器把交流电变为直流电。

经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。

本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可在5-15V可调。

2总体方案的设计

2.1稳压管稳压电路

1.硅稳压二极管稳压电路的原理：

它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的，由于反向特性陡直，较大的电流变化,只会引起较小的电压变化。

2.电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。

3.稳压二极管稳压电路输出电流较小，输出电压不可调。

2.2串联反馈稳压电路

1.串联反馈稳压电路的组成：

串联式稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路、调整元件和保护电路几部分组成。

2.串联型稳压电路以稳压管稳压电路为基础，利用晶体管的电流放大作用，增大负载电流；

在电路中引入电压负反馈使输出电压稳定；

可通过改变反馈网络的参数使输出电压可调。

3.串联型稳压电路的输出电压取决于基准电压。

要求基准电压应具有温度系数为零，输出电阻小，噪声低。

2.3三端集成稳压电路

1.电子产品中常见到的三端稳压集成电路有正电压输出的78×

×

系列和负电压输出的79×

系列。

故名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。

2.三端集成稳压电路的输入、输出和接地端绝不能接错，不然容易烧坏。

一般三端集成稳压电路的最小输入、输出电压差约为2V，否则不能输出稳定的电压，一般应使电压差保持在4-5V，即经变压器变压，二极管整流，电容器滤波后的电压应比稳压值高一些。

3.因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用，可以用来改装分立元件的稳压电源，也经常用作电子设备的工作电源。

并且，具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。

3电路的基本原理

3.1变压

1.变压器的结构：

变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。

变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。

2.变压器的制作原理：

在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这是互感应的原理。

变压器就是一种利用电磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。

3.电压比：

变压器两组线圈圈数分别为N1和N2，N1为初级，N2为次级。

在初级线圈上加一交流电压，在次级线圈两端就会产生感应电动势。

当N2>

N1时，其感应电动势要比初级所加的电压还要高，这种变压器称为升压变压器：

当N2

式中n称为电压比（圈数比）。

当n<

1时，则N1>

N2，V1>

V2，该变压器为降压变压器。

反之则为升压变压器。

4.变压器的效率：

在额定功率时，变压器的输出功率和输入功率的比值，叫做变压器的效率，即式中η为变压器的效率；

P1为输入功率，P2为输出功率。

5.变压器的损耗：

变压器传输电能时总要产生损耗，这种损耗主要有铜损和铁损。

铜损是指变压器线圈电阻所引起的损耗。

当电流通过线圈电阻发热时，一部分电能就转变为热能而损耗。

由于线圈一般都由带绝缘的铜线缠绕而成，因此称为铜损。

3.2整流

3.2.1单相半波整流电路

1.单相半波整流电路的电路图

图3.1单相半波整流电路图

2.单相半波整流电路的波形图

图3.2单相半波整流波形图

3.主要参数

根据上图可知，输出电压在一个工频周期内，只是正半周导电，在负载上得到的是半个正弦波。

负载上输出平均电压Uo（AV）为：

（3-1）

流过负载和二极管的平均电流为：

（3-2）

二极管所承受的最大反向电压：

图3.3单相半波整流电路输出电压平均值

4.优点：

使用元件少。

5.缺点：

输出波形脉动大；

直流成分小；

变压器利用率低。

3.2.2单相全波整流电路

1.单相全波整流电路的电路图

图3.4单相全波整流电路的电路图

2.单相全波整流电路波形图

图3.5单相全波整流电路波形图

3.2.3单相桥式整流电路

1.单相桥式整流电路电路图

图3.6单相桥式整流电路电路图

2.工作原理

u2正半周时电流通路，D1、D4导通，D2、D3截止：

图3.7u2正半周时电流通路

u2负半周时电流通路，D1、D4截止，D2、D3导通：

+

图3.8u2负半周时电流通路

3.单相桥式整流电路波形图

图3.9单相桥式整流电路波形图

3.3滤波

3.3.1电容滤波电路

1.电容滤波电路图

图3.10电容滤波电路图

2.滤波电路输出电压波形

图3.11滤波电路输出电压的波形

3.电容滤波电路的特点

（1）电容滤波电路适用于小电流负载。

（2）电容滤波电路的外特性比较软。

（3）采用电容滤波时，整流二极管将流过较大的冲击电流。

3.3.2电感滤波电路

图3.12单相桥式电感滤波电路

1.电感滤波电路的工作原理

根据电感滤波的特点，当输出电流发送变化时，L中将感应出一个反电动势，其方向将阻止电流发生变化。

在半波整流电路中，这个反电动势将整流管的导电角大于180度。

但是，在桥式整流电路中，VD1.VD2.和VD3.VD4不能同时导电。

例如当u2的极性由正变负后，虽然L上的反电动势有助于VD1.VD2.继续导电，但是由于VD3.VD4导电，变压器二次电压全部加在VD1.VD2.两端，使VD1.VD2.因反向偏置而截至。

所以在桥式整流电路中，虽然采用电感滤波，每个整流管仍然导电180度。

故它的电压波形与桥式整流存阻负载时相同。

接入滤波电感后，由于电感的直流电阻很小，交流阻抗很大，因此直流成分经过电感后基本没有损失，但是对于交流成分，在电阻分压后，很大部分降落在电感上，从而降低了输出电压的脉动成分。

wL愈大，RL愈小，则滤波效果愈好。

3.3.3RC-型滤波电路

图3.13RC-型滤波电路

（3-3）

（3-4）

（3-5）

3.3.4各种滤波电路的比较

表3.1各种滤波电路的性能比较

3.4稳压

3.4.1稳压二极管稳压电路

1.稳压电路

整流滤波电路输出电压不稳定的原因：

（1）负载变化

（2）电网电压波动

图3.14稳压二极管组成的稳压电路

2.稳压原理

（1）假设稳压电路的U1保持不变，当负载电阻RL减小，负载电流IL增大时，由于电流在电阻R上的压降升高，输出电压U0将下降。

而稳压管并联在输出端，有稳压管的伏安特性可见，当稳压管力两段的电压有一个很小的下降时，稳压管的电流将减小很多。

由于IR=Iz+IL，因此，IL也有减小的趋势。

实际上利用Iz的减小来补充IL的增大，使Ir基本保持不变，从而使输出电压也基本保持不变。

（2）假设负载电阻RL保持不变，由于电网电压升高而使U1升高时，则输出电压U0也将随之上升。

但是，由稳压管伏安特性可见，此时稳压管的伏安特性将急剧增加，于是电阻R上的压降增大，以此来抵消U1的升高，从而使输出电压基本保持不变。

3.电路参数的选择

在选择元件时，应首先知道负载所要求的输出电压UO，负载电流IL的最小值ILmin和最大值ILmax，输入电压UI的波动范围。

（1）稳压电路输入电压UI的选择

UI＝（2~3）UO

（2）稳压管的选择

UZ＝UO

IZM－IZ>

ILmax－ILmin

IZM>

ILmax+IZ

4.限流电阻R的选择

（1）.当电网电压最高和负载电流最小时，稳压管IZ的值最大，此时IZ不应超过允许的最大值，即



（3-6）

（2）当电网电压最低和负载电流最大时，稳压管IZ的值最小，此时IZ不应低于其允许的最小值，即

（3-7）

3.4.2串联型稳压电路

1.特点：

（1）稳压二极管稳压电路输出电流较小，输出电压不可调。

（2）串联型稳压电路以稳压管稳压电路为基础，利用晶体管的电流放大作用，增大负载电流；

2.串联型稳压电路的工作原理

假设由于U1增大或IL减小而导致输出电压U0增大，则通过采样以后反馈到放大电路反向输入端的电压UF也按比例增大，但同相输入端的基准电压UZ保持不变，故放大电路的差模输入电压UID=UZ-UF将减小，于是放大电路的输出电压将减小，使调整管的基极输入电压电压UBE减小，则调整管集电极电流IC随之减小，同时集电极电压UCE增大，最后使输出电流UO基本保持不变。

3.4.3集成稳压器电路

1.集成稳压电路简介

（1）从外形上看，集成串联型稳压电路有三个引脚，分别为输入端、输出端和公共端因而称为三端稳压器。

（2）固定式稳压电路：

W78XX、W79XX。

（3）可调式稳压电路：

W117、W217、W317。

.

2.W78XX三端稳压器——稳定正电压

输出电压有七个等级：

5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V。

输出电流有三个等级：

1.5A、0.5A（M）和0.1A（L）。

如：

W7805，输出+5V；

最大输出电流为1.5A；

W78M05，输出+5V；

最大输出电流为0.5A；

W78L05，输出+5V；

最大输出电流为0.1A。

3.W79XX系列——稳定负电压

图3.15W7900原理图

表3.278系列稳压模块参数表

说明：

输入端和输出端之间的电压允许值为3~13V。

4总原理图及参数选择

D6

32

D1LM317

保险丝D31R1

240D5

C1

u1u2D2D4C2U0

~220vC31.2k

图4.1总电路图

设计一个直流稳压电源，性能指标要求为：

纹波电压的有效值

稳压系数

选择集成稳压器，确定电路形式

集成稳压器选用LM317，其输出电压范围为：

，最大输出电流

为1.5A。

所确定的稳压电源电路如图所示。

取C1=0.01μF，C2=10μF，C0=1μF，R1=240Ω，RW=1.3kΩ，二极管用IN4001

在图4.1电路中，

和

组成输出电压调节电路，输出电压

，

取

，流过

的电流为

。

取R1=240,则由

，可求得：

，故取

为1.2K。

5关键问题分析

1.电路图的设计：

应符合设计的5V—15V可调的设计需求。

2.保护电路的选择:

应满足对电路的所有的保护作用，并且减少元器件的使用。

3.电路中各元器件参数的选择：

应满足电路的5V-15V可调的连续性，减小电路元器件功率的消耗，对电路的安全性要高和元器件价格的合理等。

6总结

经过一个周的学习与实践，我还是把我的课程设计报告完成了。

通过这一次的学习与实践，让我对模电知识更近一步的了解，对模电课程中直流稳压电源这一章所涉及的部分元件有了一定的认识；

掌握了选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源。

本次课程设计，培养了我运用互联网查找资料和综合应用课本理论知识解决实际问题的能力。

启发了我，在今后的学习过程中不能懒懒散散，学的要懂，要把课本上的知识学精通，同时也要多学习课外知识来扩张自己的知识面；

在计算和动手方面要更加的耐心加细心，才能把事情做得更好；

让我知道，这些知识不仅在课堂上有效，在日常生活中更是有着现实意义，也对自己的动手能力是个很大的锻炼。

在实习中，我锻炼了自己动手能力，提高了自己解决问题的能力。

通过本次实践也培养了我理论联系实际的能力，提高了我分析问题和解决问题的能力。

在生活和学习中，要和身边的人团结互助，能帮的就要尽力帮。

由于能力有限，我的课程设计难免有一些误差和错误，还望老师批评和指正！

参考文献

1.杨素行.模拟电子技术基础简明教程.北京：

高等教育出版社，2006

2.陈立万.模拟电子技术基础实验及课程设计.成都:

西南交大出版社，2007

3.王卫东.模拟电子技术基础.北京：

高等教育出版社，2010

4.郭永贞.模拟电子技术实验与课程设计指导.南京.东南大学出版社,2007

5.康华光.电子技术基础模拟部分.北京：

高等教育出版社，2006