模电课程设计.docx

1、模电课程设计课程设计任务书 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 初始条件：集成芯片LM317,变压器，multisim软件，模拟电子技术基础要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）设计并制作交流变换为直流的稳定电源，使之达到以下要求：稳压电源模块在输入电压220V、50Hz、电压变化范围15%20%条件下： 输出电压可调范围为+9V+12V；稳流电源模块 在输入电压固定为12V的条件下输出420mA可调电流；DC-DC变换器模块在输入电压为+9V+12V条件下：输出电压为+100V，输出电流为10mA。时间安排： 第18周理论讲解

2、。第19周理论设计、实验室安装调试。 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 摘要很多电子设备、家用电器都需要直流电源供电，其中除了少量的低功耗、便携式的仪器设备选用干电池供电外，绝大多数电子设备正常工作需要直流供电，而常用的电源市电是220V或380V的交流电，因此需要把交流电换成直流电。变换的方法是有交流电网经过变压、整流、滤波、稳压这几个步骤来获得直流电源的。人类社会已经进入信息化时代，信息社会的发展离不开电子产品的发展。而现代电子产品又离不开电源、如果没有一个好的直流电源，我们的大多数的电子产品将无法使用，现在在实际的电路中，需要的大多数是大于等于3V和小于

3、18V的直流电，我们不可能去买干电池去满足这一要求，为此我们的电子产品一定需要一个能把市电转变成我们所需要的直流电的稳压电源。于不同的电子产品可能需要不同的电源，做可调电源就会使需不同电源的电子产品得到与它匹配的电源，从而使得它能正常工作，使它的工作效率达到最高。电源的优劣将会决定电子产品的使用寿命，因此，我们需要的是高质量的直流电源。本设计分别用LM317三端稳压芯片稳压电路，LM317三端稳压芯片稳流电路和反馈式逆变电路设计直流稳压电源，直流稳流电源和DC-DC变换器。通过相关知识计算出各电路中各个器件的参数，使电路性能达到设计要求中的电压调整率，电流调整率，负载调整率，纹波电压等各项指标

4、。关键字：直流稳压、直流稳流、DC-DC变换器、LM317Abstract Many electronic devices, household appliances require DC power supply, which in addition to a small number of low-power, portable battery-powered equipment selection, the vast majority of electronic devices require DC power supply to work, and common power suppl

5、y - electricity is 220V or 380V AC, and therefore the need to replace the AC current. There is a method of converting AC power grid via transformer, rectifier, filter, regulator several steps to obtain a DC power supply. Human society has entered the information era, the development of the informati

6、on society is inseparable from the development of electronic products. The modern power electronics are inseparable, if not a good DC power supply, most of our electronic products will not be available now in the actual circuit, need most is greater than or equal less than 3V and 18V DC, and We can

7、not buy batteries to meet this requirement, for our electronic products must be able to require a mains into DC we need a power supply. In different electronic products may require different power adjustable power to do so will need to get a different power electronic products and it matches the pow

8、er supply, making it work, making it the highest efficiency. Power will determine the merits of the life of electronic products, therefore, what we need is a high quality DC power supply. The design of each chip with a three-terminal regulator LM317 voltage regulator circuit, LM317 three-terminal re

9、gulator chip steady flow circuit and an inverter circuit design feedback DC power supply, DC stabilized power supply and DC-DC converter. Through knowledge of the circuit parameters were calculated for each individual device, the circuit performance indicators to achieve the design requirements of t

10、he voltage regulation and current regulation, load regulation, ripple voltage.Keywords: DC, DC steady flow, DC-DC converters, LM3171 绪论人类社会已经进入信息化时代，信息社会的发展离不开电子产品的发展。而现代电子产品又离不开电源、如果没有一个好的直流电源，我们的大多数的电子产品将无法使用，现在在实际的电路中，需要的大多数是大于等于3V和小于18V的直流电，我们不可能去买干电池去满足这一要求，为此我们的电子产品一定需要一个能把市电转变成我们所需要的直流电的稳压电源。

11、由于不同的电子产品可能需要不同的电源，做可调电源就会使需不同电源的电子产品得到与它匹配的电源，从而使得它能正常工作，使它的工作效率达到最高。电源的优劣将会决定电子产品的使用寿命，因此，我们需要的是高质量的直流电源本设计分别用LM317三端稳压芯片稳压电路，LM317三端稳压芯片稳流电路和反馈式逆变电路设计直流稳压电源，直流稳流电源和DC-DC变换器。通过相关知识计算出各电路中各个器件的参数，使电路性能达到设计要求中的电压调整率，电流调整率，负载调整率，纹波电压等各项指标。1.1 设计目的(1).学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力

12、。(2).学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。(3).培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。 1.2 设计任务及要求 一、设计任务设计并制作交流变换为直流的稳定电源。二、要求（1）稳压电源 在输入电压220V、50Hz、电压变化范围15%20%条件下： a输出电压可调范围为+9V+12V b最大输出电流为1.5A c电压调整率0.2%（输入电压220V变化范围15%20%下，空载到满载） d负载调整率1%（最低输入电压下，满载） e纹波电压（峰-峰值）5mV（最低输入电压下，满载） f效率40%（输出电压9V、输入电压220V下，满载） g具有过流及短路保护功能（2）稳流电源

13、在输入电压固定为12V的条件下： a输出电流：420mA可调 b负载调整率1%（输入电压12V、负载电阻由200300变化时，输出电流为20mA时的相对变化率） （3）DC-DC变换器 在输入电压为+9V+12V条件下： a输出电压为+100V，输出电流为10mA b电压调整率1%（输入电压变化范围+9V+12V） c负载调整率1%（输入电压+12V下，空载到满载） d纹波电压（峰-峰值）100mV （输入电压+9V下，满载）三、发挥部分 （1）扩充功能 a排除短路故障后，自动恢复为正常状态 b过热保护 c防止开、关机时产生的“过冲” （2）提高稳压电源的技术指标 a提高电压调整率和负载调整率

14、 b扩大输出电压调节范围和提高最大输出电流值 （3）改善DC-DC变换器 a提高效率（在100V、100mA下） b提高输出电压 （4）用数字显示输出电压和输出电流 2 直流稳压电源的设计将市电的220V或380V交流电经变压、整流、滤波、稳压着几个步骤后变成所需的直流电就是直流稳压过程。变压的作用是将220V的交流电转化为具有直流成分的的脉动直流电，实现整流的电路有半波整流电路或桥式全波整流电路。滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。稳压电路对症整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。直流稳压电源的结构如图2.1所示，通常是由变压、整流、滤波和稳压四部分

15、组成。图2.1直流稳压电源组成2.1 方案选择直流稳压电源的设计主要可由分立元件或集成芯片设计。2.1.1 稳压管稳压电路稳压管稳压电路如图2.2所示图2.2 稳压管稳压电路 稳压二极管稳压的工作原理分析如下：当输入电压Vi升高。必然会引起输出电压Vo增大。由稳压二极管的稳压特性可知，由于Vo增加，将使稳压二极管的工作电流IDZ增加较大，于是限流电阻R上的电压降增加，在很大程度上补偿了Vi的增加，从而保持了Vo的基本不变。反之，当Vi下降而引起Vo减小时，IDZ变小，R上的电压降减小，也保持了Vo的基本不变。同样，当负载电阻RL变化时，负载电流IO也将改变,IO的变化将有稳压二极管的电流来补偿

16、。如负载电阻RL变小时,IO增加，本来欲使Vo增加，但同时IO增加，则电流IR增加,VR也随之增加；因此保持了输出电压Vo的基本不变。由此可见，在这种稳压电路中中，稳压二极管起着电流控制作用，无论是由于RL或Vi的变化，使输出电压产生很小的变化，因而引起IDZ较大变化，使电流IR变化，并通过限流电阻R的调压作用，使输出电压Vo稳定。 2.1.2 串联型稳压电路如图2.3为串联型稳压电路图图2.3串联型稳压电路电路的稳压过程如下：当输入电压Vi增加，或负载电阻RL增加时，都使得Vo增加，于是Vf增大，VB减小，管压降VCE增加，使Vo基本保持不变.当输入电压Vi减小，或负载电阻RL减小时，使得V

17、o减小，于是Vf减小，VB增加，管压降VCE减小，使Vo基本不变。综上所述，串联反馈型稳压电路利用电压串联负反馈实现了输出电压的稳定。2.1.3 由稳压器组成的稳压电路如图2.4是由LM317组成的稳压电路图2.4 由LM317组成的稳压电路最终，我决定采用第三种LM317三端集成稳压芯片设计直流稳压源，主要因为它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好.LM317 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。通常 LM317 不需要外接电容，除非输入滤波电容到 LM317 输入端的连线超过 6 英寸（约 15 厘米）。使用输出电容能改

18、变瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。2.2 由LM317组成的稳压电路的工作原理2.2.1 电源变压电路 我采用220V-18V，10W的变压器构成降压电路，获得所需的18V电压，电路如图2.5所示：图2.5 变压器降压电路 电源变压器将来自电网的220V交流电压U1变换为整流电路所需要的交流电压U2。如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的输出功率永远小于输入功率。电源变压器的效率为：其中：是变压器副边的功率，是

19、变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表1所示：表1 小型变压器的效率 副边功率 效率0.60.70.80.85因此，当算出了副边功率后，就可以根据上表算出原边功率。2.2.2 整流电路单相桥式全波整流电路如图2.6所示：图2.6 单相桥式全波整流电路桥式全波整流电路的原理如下：在V2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。其电流通路可用图中实线箭头表示。在V2的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由

20、二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。其电流通路如图中虚线箭头所示。综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。整流后的波形如图2.7所示：图2.7 整流后的波形图2.2.4 滤波电路滤波电路图如图2.8所示：图2.8 滤波电路图经过整流后得到的脉冲直流纹波还是很大的，所以要经过滤波电路的滤波，滤波电路通常有电容滤波，电感滤波

21、，II型滤波等。由于电感的体积和制作成本等原因，我们多采用电容滤波，其作用是把脉动直流电压中的大部分纹波加以虑除，一得到较平缓的直流电压。其工作原理为：当负载RL未接入（S断开）时的情况，设电容两端的初始电压为零，接入交流电源后，当v2为正半周期时，v2通过D1、D3向电容C充电充电电流的方向如图中的箭头所示：当v2为负半周期时，经D2、D4向电容C充电，充电电流方向仍然如图中箭头方向所示。接入负载RL（开关S合上）的情况：设变压器二次电压v2从零开始上升时接入负载RL,若电容器在未接入负载前未充电，其电压vc=0,故刚接入负载时v2vc,二极管承受外加正向电压作用而导通，电流经D1、D3向负载电阻供电，同时向电容C充电。当v22/3VCC 时，NE555输出翻转，开始输出低电平，引脚 7对地短路，此时C6通过R8对地放电，当C6上电压1/3VCC 时，NE555输出翻转，再次输出高电平，引脚7对地呈现断路，VCC再次向 C6充电，如此周而复始，在NE555的输出端输出周期矩形波。 当NE555输出低电平时，Q5截至，Q6导通，电源VCC经L1、Q6形成回路，电能转换为磁能；当NE555输出高电平时，Q5导通，Q6截至，由于电感，里面电流不能突变，此时L1上储存的磁能转换为电能，在L1两端产生一自感应电压，此自感电压与电源电压串联起来一起经D9向C10充电，同时向负载提