毕业设计70半导体直流稳压电源设计.docx

毕业设计70半导体直流稳压电源设计.docx

《毕业设计70半导体直流稳压电源设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计70半导体直流稳压电源设计.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

毕业设计70半导体直流稳压电源设计

半导体直流稳压电源设计

前言

为培养运用基本知识进行简单电路设计的能力，扎实基础理论，我们现初次进行模电课程设计。

本课程设计的编写是以实验研究为主线，以科学实验研究所运用的实验技术为主要内容，按照实验是什么，为什么，干什么，怎么干的逻辑思维体系和实验的构成要素（主体，手段，对象和目的）为教材内容展开。

通过本课题的设计，培养学生掌握电子技术的科学实验规律，实验技术，测量技术等实验研究方法，使其具有独立实验研究的能力，以便在未来的工作中开拓创新。

本设计所涉及的知识：

方案论证，产品说明，原理说明，安装工艺，调试与测试，焊接技术，元件清单，操作说明。

为了全面介绍科学实验研究的技术方法，在加强的直接实验方法的同时，力求使学生尽快掌握当前先进科学技术，本课题设计所用到的EWB，Protel99等技术的新手段，新工具。

本课题的设计达到的目的：

除了使没有真正进行过电子技术实验的学生，通过课程设计，能够加深对电路理论知识的理解和掌握，更主要的是学习和掌握科学实验研究方法。

学会运用理论和实验两种研究方法，解决实际问题能力。

目录

1、前言..............................................................2

2、设计任务........................................................4

3、方案选择及论证............................................7

4、原理分析........................................................8

5、参数选择及数据处理…...............................11

6、电路原理图与PCB图.................................15

7、主要原器件..................................................16

8、调试和测试..................................................17

9、心得体会......................................................19

10、参考文献....................................................20

2、设计任务

半导体直流稳压电源的设计和测式

一、    设计目的

1、   学习直流稳压电源的设计方法；

2、   研究直流稳压电源的设计方案

3、   掌握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法。

二、    设计要求和技术指标

1、   技术指标：

要求电源输出电压为+1V~+6V，输入电压为交流220V，最大输出电流为IL=100mA，稳压系数Sr<3%，电网电压波动正负10%。

2、   设计要求

（1）设计一个能输出+1V~+6V的直流稳压电源；

（2）要求绘出原理图，并用Protel画出印制板图；

（3）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数，

（4）在万能板或面包板上制作一台直流稳压电源；

（5）测量直流稳压电源的稳压系数；

（6）测量直流稳压电源的内阻；

（7）拟定测试方案和设计步骤；

（8）写出设计性报告。

三、    设计提示

1、         设计电路框图如图所示，

稳压电路若使用分离元件要有取样、放大、比较和调整四个环节，晶体管选用3DD或3DG等型号；若用集成电路选7812和7912稳压器。

测量稳压系数，在负载电流为最大时，分别测得输入交流比220V增大和减小10%的输出△Vo，并将其中最大一个代入公式计算Sr，当负载不变时，Sr=△VoVi/△ViVo.

测量内阻，在输入交流为220V，分别测得负载电流为0及最大值时的△Vo，Ro=△Vo/△IL.

2、         实验仪器与参考书提示

（1）自耦变压器一台

（2）数字万用表

（3）数字电压表

（4）变压器、面包板或万能板

（5）智能电工实验台

参考书目：

《电工学》电子工业出版社；

《晶体管直流稳压电源》辽宁科技出版社。

四、    设计报告要求

1、         选定设计方案；

2、         拟出设计步骤，画出电路，分析并计算主要元件参数值；

3、         列出测试数据表格。

五、    设计总结

1、         总结直流稳压电源的设计方法和运用到的主要知识点，对设计方案进行比较。

2、         总结直流稳压电源主要参数的测试方法。

方案选择及论证与原理分析

一、方案选择及论证

任务书要求输入220伏的交流电，输出为12伏的稳压直流电，则首先应该进行降压处理，然后要对降压后的交流电进行整流，再其次是对含有交流成分的脉动直流电进行滤波处理，最后对直流点进行最后的稳压处理。

（一）降压的过程，直接选用实物降压器进行降压，并且要根据电路中所需的合适电压适当选择降压器，具体情况根据实际需求而定。

（二）然后是整流过程，自然而然选择了优点突出的桥式整流电路，它由4只二极管构成，连接方法这里不在举出，在以后的原理图中将给出它的连接方法。

（三）对于滤波过程，我们用电容滤波电路来实现，它的方法是在桥式整流电路输出端并联一个较大的电容C来构成一个电容滤波电路。

（四）最后的稳压器选择，我们选择了集成电路，又根据任务书中的提示，选择了三端可调输出集成稳压器，它主要由7812芯片和一个电解电容和两个可调变阻和一个电容构成，具体不再介绍，后面的原理图将会给出三端可调输出集成电路的构成图。

原理分析

1．直流稳压电源的基本原理

直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下。

各部分的作用：

（1）电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。

变压器副边与原边的功率比为P2/P1=η，式中η是变压器的效率。

（2）整流滤波电路：

整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。

再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。

常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。

各滤波电容C满足RL-C＝（3~5）T/2，或中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。

（3）三端集成稳压器：

常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。

常用可调式正压集成稳压器有78系列，它们的输出电压从1.25V－37伏可调，最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。

其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5A。

其典型电路如图，其中电阻R1与电位器R2组成输出电压调节器，输出电压Uo的表达式为：

Uo＝1.25（1＋R2/R1）

式中R1一般取120－240欧姆，输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V）。

2．稳压电流的性能指标及测试方法

稳压电源的技术指标分为两种：

一种是特性指标，包括允许输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、纹波电压（纹波系数）及温度系数。

测试电路如图3。

图3　稳压电源性能指标测试电路

（1）纹波电压：

叠加在输出电压上的交流电压分量。

用示波器观测其峰峰值一般为毫伏量级。

也可用交流毫伏表测量其有效值，但因纹波不是正弦波，所以有一定的误差。

（2）稳压系数：

在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化。

（3）电压调整率：

输入电压相对变化为±10%时的输出电压相对变化量，稳压系数和电压调整率均说明输入电压变化对输出电压的影响，因此只需测试其中之一即可。

（4）输出电阻及电流调整率

输出电阻与放大器的输出电阻相同，其值为当输入电压不变时，输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值.电流调整率：

输出电流从0变到最大值时所产生的输出电压相对变化值。

输出电阻和电流调整率均说明负载电流变化对输出电压的影响，因此也只需测试其中之一即可。

参数选择及数据处理

1、根据三端可调试输出集成稳压器的特点：

当输入电压为2~40伏范围内变化是，电路均能正常工作，并且输出端与调整端之间的电压等于基准电压1.25伏，而整流电路的输出端电压平均值U=0.9U2，即0.9U2在2~40伏间取，所以可取的输出电压为12伏的降压器。

2、对于滤波电路电容的选取：

可由纹波电压VOP-P和稳压系数SV来确定。

已知，Vo=9V,Vi=12V,△Vop-p=5mA,SV=3×10-3.则由式

由式得滤波电容，

电容C的耐压应大于。

故取2只2200μF/25V的电容相并联。

3、稳压器内部设计满足：

选可调式三端稳压器LM317，其特性参数Vo=1.2V~37V,Iomax=1.5A,最小输入、输出压差（Vi—Vo）max=40V。

组成的稳压电源电路，由式得Vo=1.25（1+RP1/R1）,取R1=240Ω，则RP1min=336Ω,RP1max=1.49kΩ,故取RP1为4.7KΩ的精密线绕可调电位器。

4、其它元器件的作用：

V用于防止短路时C2通过调整端放电而损坏稳压器；C2用于减少输出纹波电压。

R2用于调节输出电压的大小。

二、静态调试

当连好电路板的线路时，先不要急着通电，而因该从以下几个方面进行检测：

A、对照原理图，用万用表一一检查线路的各个接口是否接通，是否有短路、断路或漏接的现象，如果有，因该及时改好电路连线。

B、对照原理图，检查各元件是否接正确。

动态调试

1、稳压电源的性能指标的测试

接通220V的电源，用数字万用表对所设计的电路实物进行测试，得到电源输出电压为3～9V.

2）、内阻的测量

在输入交流为220V，分别测得负载电流为0及最大值时的△VO，即用开路短路法可测得电源内阻。

测得数据如下：

Imin=0.17A，Vmin=3.12V

Imax=0.52A，Vmax=9.25V

根据以上数据可得电源内阻为：

r=Vmax∕Imax=9.25V/0.52A=17.78Ω

3）、稳压系数的测量

稳压系数是指在负载电流I0、环境温度T不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即稳压系数

SV=（△VO/VO）/（△VI/VI）IO=常数，T=常数

断开工频电源，按图1改接实验电路，取负载电阻RL＝18Ω。

　1）初测

　　接通工频220V电源，测量U2值；测量滤波电路输出电压UI（稳压器输入电压），集成稳压器输出电压U0，它们的数值应与理论值大致符合，否则说明电路出了故障。

设法查找故障并加以排除。

　　电路经初测进入正常工作状态后，才能进行各项指标的测试。

1）、输出电压的测量

2）各项性能指标测试

　①输出电压U0和最大输出电流Iomax的测量。

　　在输出端接负载电阻RL＝18Ω，由于输出电压U0＝9.25V，因此流过RL的电流Imax=0.51A。

这时U0应基本保持不变，若变化较大则说明集成块性能不良.

图1

②稳压系数S的测量

测试过程是：

先调节自耦变压器使输入电压增加10%，即Vi=242V，测量此时对应的输出电压Vmax；再调节自耦变压器使输入电压减少10%，即Vi=198V，测量此时对应的输出电压Vmin，然后再测出Vi=220V时对应的输出电压VO，则稳压系数

SV=（△VO/VO）/（△Vi