模电课程设计.docx

1、模电课程设计模拟电路课程设计报告设计课题：集成直流稳压电源的设计专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 设计时间： 集 成 直 流 稳 压 电 源一、设计任务与要求1、设计要求(1）输出电压可调：Uo=+3V+9V(2）最大输出电流：Iomax=80mA(3)输出电压变化量：Uop-p5mV(4)稳压系数：Sv310-32、设计任务（1）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。（2）掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法。3通过集成直流稳压电源的设计，要求学会：（1） 电源变压器只做选择性设计；（2） 合理选择集成稳压器；（3） 完成全电路理论设计、绘制电路

2、图；（4）撰写设计报告。二、方案设计与论证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部分组成，首先 变压器输入为220V交流电压,输出为12V交流电压,然后整流滤波用整流二极管4个组成单相桥式整流电路,最后经滤波电容滤除纹波,实现输出直流电压在39可调。方案一方案二方案三 整流方式性能 半波整流全波整流桥式整流输出电压平均值0.45U20.9U20.9 U2整流管承受的反向电压URMU22U2U2流过整流管的平均电流IF0.45U2/RL0.45U2/RL0.45U2/RL负载上的平均电流Io0.45U2/RL0.9U2/RL0.9U2/RL特点电路简单，输出电压的脉动性大负载

3、能力好，变压器有中心抽头负载能力较强，需用四只整流管分析半波整流电路具有结构简单的优点，但它输出电压的脉动性大，直流成分比较低，而且这种电路交流电压只有半个周期可以利用，输出功率小，只适用于高电压小电流的场合全波整流比半波整流的效率高，它输出电压的脉动性小，但全波整流电路要求电源变压器有两个二次侧绕组，这样既增大了体积又增加了重量；另外，二极管所承受的最大反向峰值电压是半波整流的二倍桥式整流电路输出电压脉动小，正负半周均有电流流过，电源利用率高，输出的直流电压比较高，所以桥式整流电路中变压器的效率较高，在同等功率容量条件下，体积可以小一些，其总体性能优于半波整流电路和全波整流电路通过上述三个方

4、案的分析与比较，可以看出，桥式整流电路不仅保留了半波整流电路和全波整流电路的全部优点，而且克服了它们的缺点，所以决定选择方案三。三、单元电路设计与参数计算 总原理图31变压器：将220V的交流电变成合适的交流电以后再进行交、直流转换。根据稳压电源的输出电压Uo，最大输出电流Iomax,确定稳压器的型号及电路形式。再根据稳压器的输入电压Ui，确定变压器副边的电压u2和有效值U2，然后根据稳压电源的最大输出电流Iomax，确定流过电源变压器副边的电流I2和变压器副边的功率P2。接着从下表中查出变压器的效率,从而确定电源变压器原边的功率P1，这样就可依据所确定的参数，选择电源变压器。小型变压器的效率

5、副边功率P2/W101030308080200效率0.60.70.80.85选择稳压管LM317,由于它的输入电压与输出电压差的最小值（Ui-Uo）min=3V,输入电压与输出电压差的最大值（Ui-Uo）=40V，可得LM317的输入电压Ui的范围为 9V+3VUi3V+40V则： 12VUi 43V U2Uimin /1.1=12/1.1V=11V所以取U2=12V变压器副边电流：I2Iomax=0.08A，取I2=1A，变压器副边输出率 P2I2U2 =12W由于变压器的效率=0.7，所以变压器原边输入功率P1P2/=17.14W由上分析，变压器副边输出电压U2为12V，输出电流为1A，为

6、留有 余地，一般选功率为20W的变压器,为了安全，加上1A的熔断丝和散热片。32 整流电路：主要将经变压器降压后的交流电变成单向脉动直流电。（1）桥式整流电路的结构如图3.2所示。 图3.2（a）图3.2（b）（2）组成和工作原理： 如图3.2所示，桥式整流电路有四只二极管组成的一个电桥，桥式整流电路的输入、输出电压上图3.2（a）、图3.2（b） 所示。 在U2的正半周，二极管D1、D3加正向电压导通， D2、D4加反向电 压截止。电流Io通过二极管和负载，在负载RL的两端产生上正下负的电压Uo,电流流通路径为：AD1RLD3。 在U2的负半周，二极管D2、D4加正向电压导通，D1、D3加反

7、向电压截止。电流Io通过二极管D2、D4和负载，在负载RL两端产生上正下负的电压Uo,电流流通路径为：BD2RLD4。 桥式整流电路能让交流电压U2的正、负半周分别通过二极管D1、D3和 D2、D4，整流输出为全波脉动直流电压Uo 。（3）基本参数： 、整流输出电压平均值 从图3.2（a）、图3.2（b）可以看出，在桥式整流电路中， 一个周期内两个半波均有电流通过负载，因此在负载上形成 的直流电压平均值与全波整流电路相同，即 20.45U2=0.9U2=10.8V 式中，U2 为电源变压器交流电压的有效值。 、整流电流的平均值 根据欧姆定律可知，通过负载的整流电流平均值与全波整流电路相同，即=

8、/ RL=0.9U2/ RL=0.09A 、流过整流管的正向平均电流 由于整流时D1、D3和D2、D4轮流导通，所以流过每只二极管的正向平均电流均为流过负载平均电流的一半，即 =0.5 、整流管最大反向峰值电压URM 由图3.2（a）、图3.2（b）可以看出，在桥式整流电路中，二极管加反向电压截止时所承受的最大反向峰值电压为U2的峰值电压，即 URM= U2=16.97V二极管的选择：整流二极管选1N4007，其极限参数为URM50V，而U2=16.97V，则URM满足要求。电位器的选择：取R1=240，由可调式三端稳压器输出电压Uo =1.25（1+RPL/R1），则RPL的取值在336K1

9、.49k之间，应该选取一个比1.49 k大的电位器，由于这个参数的买不到，故取RP1为10k的精密线绕可调电位器。负载电阻RL的选择： 由于输出电压的可调范围为：输出电压可调：Uo=+3V+9V，Iomax=80mA所以RL=Uomax/Imax=112.5，所以选取RL为120。 33、滤波电路：滤除脉动直流中的交流成分，使输出电压接近理想的直流电压（1）如图3.3是桥式整流电容滤波电路 图3.3经过整流后，输出电压在正负方向上没有变化，单输出电压波形仍然保持正弦波的形状，起伏很大。为了能够得到平滑的直流电压波形，需要有滤波的措施。电容有通高频、阻低频的作用，将其并在整流电路后面，可以让高频

10、电流流回电源，从而减少了流入负载的高频电流，降低了负载电压的高频成分，减少了脉冲。（2）滤波原理： 由于电容C并接于负载RL两端，则任意时刻由UL=UC。电容C具有充放电功能。在U2正半周，二极管D1、D3导通，电流分为两部分：一部分流经负载RL形成负载电流。如图（a）所示，电容上的电压很快接近于峰值电压U2，充电电压的极性上正下负。 在U2的负半周， D1、D3由于反偏仍然处于截止状态，对于D2、D4，当U2的值小于时也处于截止状态；当U2的值大于VC时， D2、D4导通，这时电容又开始充电，UC又很快接近U2的峰值电压，当U2的值小于UC时， D2、D4也因反偏而截止，电容又开始放电，直至

11、D1、D3再次导通.于是，输出电压的波形为略带锯齿形的直流电 如图（b）所示。（3）参数计算：整流二极管选1N4007，其极限参数为URM50V，而U2=16.7V，则URM满足要求。IF =1A，而Iomax=0.08A，则IF亦满足要求。 可得稳压系数 Sv =（Uop-p/ Uo ）/（U i U i）式中， Uo=9V，U i =12V， Uop-p=5mA Sv =310-3则U i=Uop-p U i / UoSv可求得滤波电容为 C=Ic t /Ui=363.6uF电容C的耐压应大于U2=16.97V。故取1只470F/50V的电容并联，如图中C1 所示。 34、稳压电路：自动稳

12、定输出电压，使输出电压不受电压波动和负载大小的影响。（1）稳压部分如图所示 图4.1 （2）稳压原理： 当输入电压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。稳压电路在外界因素变化时，使输出直流电压不受影响而维持稳定的输出。 （3）选用三端稳压器LM317，有输入端、输出端、调节端。LM317稳压器输出电压可调范围为Uo=1.2V37V，最大输出电流Iomax=1.5A.输入电压和输出电压差的允许范围为Ui-Uo=3V40V。其引脚功能如下图所示： 四、总原理图及元器件清单 （1）总原理图（2）PCB图（3）元件清单元件序号型号主要参数数量备注J1变压器12V1T

13、1三端稳压器LM317可调范围1.2V37V1D1、D2、D3、D4、D51N4007URM50V 1A5也可用1N4001D0发光二极管工作电流20 mAC1电解电容470 uF1Ci涤纶电容0.1 uFC2电解电容220 uF1Rp1电位器 10k1R1电阻 2401RL电阻 1201R2电阻1 k1FUSE1熔断丝1A1五、安装与调试（1）按总电路图所示安装电路，为了保证集成稳压器能在额定输出电流下正常工作，稳压器LM317必须加适当大小的散热片。先调节稳压部分，即断开a、b端（使稳压电路与整流滤波电路分开），然后从稳压器的输入端加入直流电压Ui12V，调节RL，使输出电压也跟着发生变化

14、，说明稳压电路工作正常。用万用表测量整流二极管的正反向电阻，正确判断出二极管的极性后，先在变压器的副边接上额定电流为1A的熔断丝，然后安装整流滤波电路。安装时要注意，二极管和电解电容的极性不能接反。经检查无误后，才将电源变压器与整流滤波电路连接，通电后，发光二极管发亮，说明电路接通。用万用表检查整流后输出电压的极性，若Ui的极性为负，则说明整流电路没有接正确，此时若接入稳压电路，就会损坏稳压器。因此确定Ui的极性为正后，关凯电源，将整流滤波电路与稳压电路连接起来，然后接通电源，调节RL，若测出电压满足设计指标，说明稳压电路中各级电路都能正常工作，此时就可以进行各项指标测试。仿真图测得U01=3

15、.08V测得U02=9.07V硬件中当Rp1=170时，用万能表测得Uo为3.08V；当Rp1=336时，用万能表测得Uo为9.07V所以电位器在170336之间，输出电压可调3.08V9.07V六、性能测试与分析1、输出电压和输出最大最小输出电流的测量当U0max=11.15V时，I0=92.92mA当U0min=1.25V时，I0=10.42mA2、纹波电压的测量所以Uop-p=20mV3、稳压系数的测当U2=242V时，UI=12.9V, U01=9.98V当U2=198V时，UI=11.1V, U02=9.97V当U2=220V时，UI=12.4V, U0=9.98V所以SV= （U0

16、1- U02）/ U0 =5（9.98-9.97）/9.98 =0.00501设计要求测试结果误差Uo=+3V+9V1.25V11.15V(11.15-9)/9=23.8%Iomax=80mA92.92 mA(92.92-80)/80=16.15%Uop-p5mV20 mV20 mV5 mVSv310-30.00501(0.00501-0.003)/0.003=67%误差分析：电位器阻值与实际相差大，得出的输出电压范围大于规定指标； 由于电路受干扰比较大，导致输出电流不稳定。七、结论与心得经过一个月的时间，才完成设计。因为是第一次接触课程设计，很多地方都不了解，在制作过程中，出现了许多问题。起

17、初真的是一点头绪都没有，经过上网和图书馆以及同学的帮助，懂得了集成直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标。开始确定电路图时，我们组的成员有些争议，经过商量和改装，决定用这个电路图。对电路图进行仿真，由于没有掌握，很多地方都需要同学来指导，边做边学习，虽然不是很理想，但毕竟有一定的认识。导入PCB图时，要注意封装，特别是LM317的管脚，1脚是控制端，2脚是输出端，3脚是输入端。这次的PCB做得不够完善，把输出端放在了输入端旁，不方便调试，也不美观。购买的元器件，由于有些等值器件买不到，测出的参数指数存在误差。在制作硬件时，根据PCB来安装比较好，因为二极管和电容有极性之分，极性接反了会造

18、成电路错误，所以在焊接之前，为了确保不出错，还要检查一下电路。首次焊接电路，效果不是很好，有些管脚焊锡太多，有些太少。经过这次课程设计，可以说是受益匪浅，既培养了我们综合应用课本理论解决实际问题的能力，和实际联系起来，也比较清楚地认识到自己掌握这方面知识的程度，要继续加强动手能力，思考能力，同时也体现了同学之间的团结互助精神。有了这一次的制作，相信对以后的课程设计、毕业论文以及毕业答辩等有很大帮助。八、参考文献,(第二版)华中科技大学谢自美主编，华中科技大学出版社，2000年5月. 电子技术基础陈梓城、孙丽霞主编，机械工业出版社 ，2004年8月模拟电子技术姚正祥主编，机械工业出版社 ，2001年6月电子线路高卫斌主编， 电子工业出版社，2004年2月