直流稳压电源报告.docx
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直流稳压电源报告
西安文理学院机械与材料工程学院
课程设计报告
专业班级测控技术与仪器1班
课程专业课程设计
题目直流可变稳压电源的设计
学号0703130118
学生姓名齐棣凡
指导教师杨秋芬
2016年11月
西安文理学院机械与材料工程学院
课程设计任务书
学生姓名
齐棣凡
专业班级
测控技术与仪器1班
学号
0703130118
指导教师
杨秋芬
职称
讲师
教研室
测控
课程
专业课程设计
题目
直流可变稳压电源的设计
任务与要求
设计系统总体框架，设计电路，绘制电路图并仿真，撰写设计报告。
需要达到的技术指标：
1．完成基本电路设计；
2．电源0~9V可调；
3．电流最大1A；
4．具有其他拓展功能，如过压、过流保护。
开始日期2016年11月7日完成日期2016年12月2日
指导教师签名
2016年11月3日
1基础知识介绍
1.1LM324基本简介
LM324系列器件带有差动输入的四运算放大器。
与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。
该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。
共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。
每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。
两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。
图1.1LM324引脚图
该运算放大器1，2，3脚是一组5，6，7脚是一组，8，9，10脚是一组，12，13，14脚是一组，剩下的两个脚是电源，1，7，8，14是各组放大器的输出脚，其它的就是输入脚。
1.2LM324基本特点
短路保护输出
真差动输入级
可单电源工作：
3V-32V
低偏置电流：
最大100mA
每封装含四个运算放大器
具有内部补偿的功能
共模范围扩展到负电源
行业标准的引脚排列
输入端具有静电保护功能
2系统分析
2.1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，其基本框图如图2.1.1下所示，各部分的作用：
图2.1基本框图
2.2设计方案选择
小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图2.2.1所示：
图2.2.1设计框图
电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压转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。
在设计选择中使用10:
1的线圈，将220V电压降低，使变压器副边输出的电压为22V。
如图2.2.2所示：
（a）（b）
图2.2.2仿真及图像
整流滤波电路：
整流电路将交流电压Ui变成脉动的直流电压，再经滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。
常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。
如图2.2.3所示：
（a）（b）
图2.2.3仿真及图像
滤波电容C满足RC=（3~5）T/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。
经过计算得到电容的取值范围可以是1000μF~4000μF，在此取中间值3000μF，若电容过小，滤波电路输出的电压过小，不可取。
滤波电容如图2.2.4所示：
图2.2.4滤波电容仿真
2.3电源变压器的选择
电源变压器有很多种：
降压、升压、在此次设计中使用降压变压器，它的作用是将来自电网的220V交流电压U1变成整流电路所需要的交流电压U2。
η=P2/P1，其中：
P2是变压器副边功率，P1是变压器原边功率，一般小型变压器效率如图2.2.3所示：
图2.3小型变压器功率
2.4整流电路
在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式电路，整流电路的作用是将交流电压U2变成脉动的直流电压U3。
滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压U3中的大部分纹波加以滤除,以得到较平滑的直流电压UI。
UI与交流电压U2的有效值的关系为：
UI=（1.1~1.2）U2
选管原则：
If≥1/2Io（Io为直流电流）Ur≥2^（1/2）U2
其中R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数RC应满足：
（式2-4）
其中T=20ms是50Hz交流电压的周期。
2.5稳压电路
集成稳压器的类型很多，按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。
由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。
因此，为了维持输出电压UI稳定不变，还需加一级稳压电路。
稳压电路的作用是当外界因素、电网电压、负载、环境温度。
发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。
稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成，本设计采用串联型稳压电路。
串联型稳压电路通常由调整元件、基准电压、取样网络、比较放大以及过载或短路保护、辅助电压等辅助环节组成，基本原理框图如图2.5.1所示：
（a）基本原理框图（b）仿真图
图2.5串联型稳压电路原理框图及仿真
一般情况下，取样网络及过载或短路保护电路的电流比负载电流小的多，所以调整元件V的电流与负载电流Io近似相等，可将V与负载电阻RL看成串联关系，故称为串联型稳压电路。
该电路的核心部分是调整管V组成的射极输出器，负载电路作为射极电阻，整流滤波电路的输出电压作为电源。
射极输出器是电压串联负反馈电路，它本身就具有稳定输出电压的特点。
调整管的工作点必须设置在放大区，方能起到电压调整作用。
输出电压Uo是输出电压U1与管降压Uce之差，即Uo=UI-Uce。
其稳压过程如下：
由于输入电压或负载变化等原因而使输出电压Uo发生变化这时通过取样网络，取样电压FUo也作相应变化，FUo与基准电压UR比较后，由放大环节对其差值进行放大，所放大的差值信号对调整管进行负反馈控制，使其降压Uce作相应的变化，从而将输出电压Uo拉回到接近变化前的数值。
可见，这是一个环路增益足够大的自动调节系统。
取样网络通常由一个电阻分压器组成。
为使取样网络所流过的电流远远小于额定负载电流，取样网络的电阻值应远远小于比较额定负载电阻。
同样为了使取样分压比F与比较放大电路无关，要求取样电阻远远小于比较放大电路的输入电阻。
因此，选择取样电阻时，应考虑上述两个因素。
基准电压UR通常由硅管稳压管稳压电路提供。
在串联型稳压电路中，D6为基准电压，LM324AD为比较放大，R2、R3为取样网络，
整个回路中电流为1A,电流大小可由D6基准电压控制，R1电压22V，基准电压5V,为三极管c级提供较大电压，同时由于运放的存在给三极管基级提供一个可以使三极管处于放大区的电压，使得三极管运作。
3电路仿真
3.1仿真电路图
本设计通过利用Multisim软件进行仿真，所要求达到的目标是输出0~9v可调电压，并且电流最大可达到1A，并具有过压、过流的保护功能。
仿真结果如图3.1.1所示：
图3.1仿真电路
3.2仿真电路最大输出电压
图3.2仿真电路最大输出电压
3.3仿真电路最小输出电压
图3.3仿真电路最小输出电压
总结
本设计主要利用电源变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器可调式来设计同时输出0~9v电压直流稳压电源和可变电压输出电源。
该电源具有输出电压范围宽，输出电流大，性能稳定精度高，成本低，便于维修等优点，且可作为一个独立的模块为其他电子设备提供电能。
能较好地进行数字化的信息显示及智能控制，不仅提高了稳压电源的综合性能，而且能防止负载短路、过载。
通过其体设计及实际测试，充分证明了该系统设计方案的可行性程有效性，各项性能指标均达到了预期的要求，广泛适用于各种电子类研究及实验室，积极推进各种电子行业的技术与质量管理事业的快速发展。
致谢
通过这次的课程设计，我掌握了直流稳压电源的电子电路的设计与制作，并且在此次课程设计中，我深刻体会到了自己知识的匮乏与不足。
在课程设计的过程中，我发现要考虑的问题很多很多，并且遇到了许多难以解决的问题。
我发现自己原来所学的东西只是一个表面性的，理论性的，不能将自己的所学知识转化为实际。
从开始接受课题，到设计电路，指导老师都给予了热诚的解答，给予了许多宝贵的建议，为我解决了不少问题，这里我向指导老师致予衷心的感谢。
另外，还要感谢一些曾给过我帮助的同学，正是指导老师及那些同学的帮助，我的课程设计才得以顺利完成。
总之，通过这次课程设计，不但使我对所学过的知识有了一个新的认识，而且提高了我思考问题、分析问题以及动手操的作能力，不断充实自我。
最后，若有不足之处还请老师批评指正。
参考文献
[1]江晓安.模拟电子技术（第三版）.西安：
西安电子科技大学出版社，1999
[2]郁汉琪.数字电子技术实验及课题设计.北京：
高等教育出版社,2004
[3]章忠全.电子技术实验与课程设计.北京：
中国电力出版社,1999
[4]康华光.电子技术基础（模拟部分）第四版.北京：
高等教育出版社，2001
西安文理学院机械与材料工程学院
专业课程设计评分表
学生姓名：
齐棣凡
专业班级：
测控技术与仪器1班
学号：
0703130118
题目：
直流可变稳压电源设计
评价项目（参考）
分值
得分
01
态度端正，能积极、主动参与课程设计；能很好地与组内成员协同合作完成设计；课程设计期间不缺勤
15
02
具有一定查阅文献及运用文献资料能力和计算机应用能力
15
03
设计思路清晰，技术路线正确合理，所设计的图纸、实验、仿真等具体内容符合任务书中的要求
30
04
设计报告内容齐全、合理，综述简练、完整，概念清楚，数据准确，立论正确，技术用语准确，结论严谨合理；分析处理科学，条理分明，语言流畅，结构严谨
30
05
设计报告符号统一、编号齐全；格式、表格、插图等规范准确，有一定篇幅
10
总分
指导教师评语：
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