模拟电子课设：直流稳压电源.docx

课程设计任务书 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±12V(或±9V/±5V)，输入电压为交流220V，最大输出电流为Iomax=500mA，纹波电压Vop-p5mv,温压系数Sr5%。2、    设计要求（1） 设计一个能输出±12V/±9V/±5V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） 要求绘出原理图，并用Protel画出印制版图；（5） 在万能板或面包板或PCB板上制作一台直流稳压电源；（6） 测量直流稳压电源的内阻；（7） 测量直流稳压电源的稳压系数、纹波电压；（8）撰写设计性报告。 三、     设计提示1、 设计电路框图如图所示稳压电路滤波电路整流电路变压器交流电源按、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78XX和79XX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/II.纹波电压测量:叠加在输出电压上的交流分量，一般为mV级。可将其放大后，用示波器观测其峰峰值Vop-p;用可用交流毫伏表测量其有效值Vo,由于纹波电压不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定误差。2、 实验仪器设备自耦变压器一台、 数字万用表、 数字电压表、 变压器、面包板或万能板、 智能电工实验台、示波器3.设计用主要器件： 变压器、整流二极管、集成稳压器、电容、电阻若干4.参考书： 电子线路设计·实验·测试华中科技大学出版社 模拟电子技术基础高等教育出版社四、 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； 4. 测试总结。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.总结直流稳压电源的主要参数的测试方法。目 录第1章 设计内容 1.1设计内容1.2设计要求与技术指标.1.3 设计流程第2章 设计方案.2.1方案的总体分析2.2方案的确定 .第3章 电路图.3.1原理图 3.2板图PCB印制3.3元件清单第4章 电路的调试与检测4.1调试前的检测114.2调试124.3 技术指标的测量 第5章 误差分析 第6章 心得体会 第7章 鸣谢第8章 参考文献第一章 设 计 内 容1.1 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；1.2 设计要求和技术指标 1.2.1 设计要求：、设计一个能输出正负12V的直流稳压电源；、拟定测试方案和设计步骤；、根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数； 、绘出原理图和印制板图；、在万能板上连接电路。、测量直流稳压电源的内阻；、测量直流稳压电源的稳压系数、纹波电压；、撰写设计性报告。 1.2.2 技术指标： 、电源输出电压为正负12V； 、输入电压220V 、最大输出电流为Iom=500mA； 、纹波电压小于等于5mA； 、稳压系数Sr小于等于5.1.3 设计流程:1.3.1 设计电路框图如图所示: 交流电源变压器整流电路滤波电路稳压电路U1 U2 U3 U4 U5（b）整流与稳压过程集成电路选用CM7812、CM7912稳压管，测量稳压系数，在负载电流最大时，分别测量输入交流比220V增大和减小10%的输出Vo，并将其中最大一个带入公式计算Sr，当负载不变时,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.第二章 设计方案2.1方案的总体分析在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率稳压电路的组成是由变压器，整流，滤波和稳压电路等四部分组成。电源变压器将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将电压变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的波纹，必须加以滤波电路滤除，从而得到平滑的直流电压。这样就可以在电网电压波动，负载和温度变化的时候，维持输出直流电压稳定。2.2 方案的确定2.2.1 电源变压器： 电源变压器的作用是将220V的交流电压V1变换成整流滤波电路所需要的交流电压V2。变压器副边与原边的功率比为 P2/P1=式中，为变压器的效率。一般小型变压器的效率如表所示。小型号变压器的效率 表2-1副边功率101030308080200效率0.60.70.80.852.2.2整流电路的确定：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RC（35）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。2.2.2 滤波电路的确定：通常认为：滤波电容越大越好。这是因为整流特性与时间常数RL*C的值有关，他的数值越大，电容放电越慢，滤波效果越好。滤波电容C1（35）T/2R，T=1/50=0.02s,RV2/Iomax=15/0.5=30，所以C11667uF,取C1=2200uF。为了防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高电频，电路中接入C2=0.33uF，C3=1uF电容的作用是瞬时增减负载电流时不会引起输出电压有较大的波动。R112/500mA=24，可以取R1=470。发光二极管用来检测电路是否接通。负载输出端的电路与正输入端对称，所以C4=0.33uF,C5=1uF。 整流二极管D1D 4组成单相桥式电路,将交流电压V2变成脉动的直流电压，再经过滤波电容C滤除纹波电压Vi。Vi与交流电压V2的有效值V,2的关系为每只二极管承受的最大反向电压 通过每只二极管的平均电流 式中,R为整流滤波电路的负载电阻。它为电容C提供放电回路，RC放电时间常数应满足: 式中T为50Hz的交流电压的周期，即20ms。2.2.3 直流稳压电源的确定：电流小的电容，如果是电解电容的话，则电容量要比图中的增加10倍。调节器整管T1与负载电阻RL组成串联式稳压电路。T2与稳压管Dz组成采样比较放大电路，当稳压器的输出负载变化时，输出电压V0应该保持不变，稳压过程如下。设输出负载电阻RL变化，使V0，则 直流稳压电源的类型有多种，就这个问题我用下面两种方案来进行设计。方案一用CW78系列和CW79系列的稳压电路。集成稳压电源设计的主要内容是根据性能指标，选择合适的电源变压器、集成稳压器、整流二极管及滤波电容。 首先我们介绍一下集成稳压器常见的稳压器有固定三端与可调式三端稳压器，我们先介绍固定三端稳压器及其典型应用。我们通常所用的7800和7900系列的稳压管如下图2.1所示：2.1固定三端式稳压稳压器的典型应用（a）CW78xx系列典型应用 （b）CW79xx系列典型应用在CW78xx系列中1脚接输入，2脚接地，3脚接输出。CW79xx系列中1脚接地，2脚接输入，3脚接输出。其中CW78xx系列中输出为正电压，如7815则它的输出电压为+15V而CW79xx系列中输出为负电压，如7915则输出电压为-15V，（它们的输出额定电流以字母为标志，L表示0.1A,M表示0.5A,无字母表示1.5A）但不管是输出为正电压的78系列还是输出为为负电压的79系列，它们的输入端所接入的电容Ci的功能是进一步滤除纹波，输出端接入的电容C0能改善负载的瞬态影响，使电路稳定工作。Ci和C0最好用漏电流小的电容，如果是电解电容的话，则电容量要比图中的增加10倍。选择固定集成稳压器CW7812，CW7912，其特性参数：Vo=12V,Iomax=500mA,Vi=1435，副边电压V2Vimin/1.1=14/1.1=12.7V,取V2=15V，所以应选择输出12V的变压器。芯片说明：cw7812、cw7912芯片由于它只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端式稳压器。它由启动电路，基准电压电路，取样比较放大电路，调整电路和保护电路等部分组成。 第3章 电路图3.1 经过方案确定和元件参数选择后可得出此原理：C2200uFC2200uF3KGNDVin1GND2+12V3LM7812CTVin2GND1-12V3LM7912CT1234D?3Kc1o.33uFC20.1uFC20.1uFC1o.33uF+12V-12V3.3 元件清单元件名称元件型号与数目变压器12V交流变压器一个整流桥一个芯片CW7812、CW7912各一个电容2200uF一个、0.33uF、1uF各两个第4章 电路的调试与检测4.1 调试前的检测：电子安装完毕，通常不宜急于通电，先要认真检查一下。检查内容包括：1. 连线是否正确a.检测的方法通常有两种方法：这种方法的特点是，根据电路图连线，按一定顺序一一检查安装好的线路，由此，可比效容易查出错线和少线。b.按照实际线路来对照原理图电路进行查线这是一种以元件为中心进行查线的方法。把每个元件引脚的连线一次查清，检查每个去处在电路图上是否存在，这种方法不但可以查出错线和少线，还容易查出多线。为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做出标记，最好用指针式万用表“欧姆1”档，或用数字万用表的“二极管档”的蜂鸣器来测量元器件引脚，这样可 以同时发现接触不良的地方。2. 器件的安装情况（1）检查元器件引脚之间有无短路；连接处有无接触不良；二极管的极性和集成元件的引脚是否连接有误。（2）电源供电，信号源连接是否正确。（3）电源端对地是否有短路的现象。注：在通电前，断开一根电源线，用万用表检查电源端对地是否存在短路。若电路经过上述检查，并确认无误后，就可以转入调试。 4.2 调试：通电观察把经过准确测量的电源接入电路。观察有无异常现象，包括有无冒烟，是否有异味， 手摸器件是否发烫，电源是否有短路现象等。如果出现异常，应立即断电源，待排除故障后才能再通电。然后测量各路总电源电压和各器件的引脚的电源电压，以保证元器件正常工作。1. 静态调试当连好电路板的线路时，先不要急着通电，而应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。2. 动态调试接通220V的电源，用数字万用表对所设计的电路实物进行测试，得到正电源输出电压为+11.91V，负电源输出电压为-11.92V。4.3 技术指标测量1、测量稳压系数，先调节自藕变压器使输入的电压增加10%，即Vi=242V, 测量此时对应的输出电压Vo1；再调节自藕变压器使输入减少10%，即Vi=198, 测量此时对应的输出电压Vo2, 然后测量出Vi=220V时对应的输出电压Vo, 则稳压系数 Sv= = .ViVoIomaxSv220V11.91v -11.92V25.34mA3%输出电压与最大输出电测试电路如图3.6.1所示。自耦变压器 电流表 流的测试 一般情况下， 电压表 稳压器正常工作时，其输出 电流要小于最大输出电流， 图3.6.1 稳压电源性能指标的测试电路 220V 被测稳压电路稳压电路 取，可算出RL=30， 工作时上消耗的功率为：P=6W故取额定功率为8W，阻值为 30的电位器。测试时，先使RL=30，交流输入电压为220V，用数字电压表测量的电压值就是Uo。然后慢慢调小，直到Uo的值下降5%，此时流经的电流就是，记下后，要马上调大的值，以减小稳压器的功耗。 2、输出电阻的测量 按图5所示连接电路，保持稳压电源的输入电压，在不接负载RL时测出开路电压Uo1，此时Io1=0，然后接上负载RL，测出输出电压Uo2和输出电流Io2，则输出电阻为：3、纹波电压的测试 用示波器观察Uo的峰峰值，（此时Y通道输入信号采用交流耦合AC），测量Uop-p的值（约几mV）。4、纹波因数的测量 用交流毫伏表测出稳压电源输出电压交流分量的有效值，用万用表（或数字万用表）的直流电压档测量稳压电源输出电压的直流分量。则纹波因数为：第五章误差分析5.1 误差计算+Vcc%=（12.13-12.00）/12.00=1%-Vcc%=11.95-12.00/12.00=0.4%5.2 误差分析综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有:a.元件本身存在误差；b.焊接时，焊接点存在微小电阻；c.万用表本身的准确度而造成的系统误差。d.读数误差 第六章 心得体会这次课程设计给我带来了很大的收获，让我学到了很多，不仅掌握了简单的电子电路的设计与制作，也掌握了一些芯片的原理与作用。在制作电路时，我深深体会到连接电路时一定要认真仔细，而且要确保每条导线接触良好。在接电路之前，一定要把电路的原理搞清楚，通过查资料把电路中的每个元件的作用弄明白和把每个芯片的管脚的功能弄清楚，明白每个元件的各个管脚与它哪里相对应，其实最主要的是要搞清楚元件与元件之间的连接关系，它们接在一起可以实现哪些功能，明白后，就可以去接电路了。接线时不仅要仔细并且还要有耐心，不能急于求成，只要做到了这些才能保证电路成功率比较高。在电路设计中，我觉得电路检查是非常重要的一步，从中我们可以学到很多东西，可以提高自己发现问题解决问题的能力，使自己的动手能力有一定的提高。具体检查方法我在这里列出几种：1.看电路中是否有短路断路现象，用万用表的二极管档测试线路是否接通或接触良好；2.电路中元件是否接错，管脚的接法是否正确；3.如果再有问题，可以用万用表测试芯片的管脚，如果有问题，那就是芯片的问题了。在检查线路时一定要有耐心，不要因为麻烦就放弃，那是对自己的一种不负责。遇见错误要一步一步的按照原理图来，先一步一步的测试，然后整体测试。不要没顺序没条理，这里测一下那里测一下，最后又什么都没查出来，那样既浪费了时间又浪费了精力。在做板子的过程中，没有几个人可以是一次性成功的，都是经过反反复复的检查最后才成功的所以，我们一定要学会检查电路的方法。我在做电路板时，我还希望出现问题，因为每出现一个新问题都将促使我去查资料，那样我可以学到更多的东西。怎样看电路图以前是我们学习模拟电子技术的一大难题。为了提高且掌握看图、识图、分析图的方法和技巧，我们特地从图书馆借阅了一组专题文章，结合实际制作项目，详细了解各类电路图的基本原理和分析方法，内容包括电源、放大、振荡、变频、调制解调、检波、测量、显示、控制等主要单元电路，并在此基础上举一反三，不断提高自己的看图、识图和分析电路图的能力。 直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标。也让我们认识到在此次设计电路中所存在的问题；而通过不断的努力去解决这些问题.在解决设计问题的同时自己也在其中有所收获。第七章鸣谢首先，我要感谢学校给了我这么一次锻炼的机会，它让我加强对理论知识的理解，也培养了我的动手能力。 其次，我要感谢在这次设计过程中给予我支持和帮助的人。特别要感谢老师的细心指导、实验室工作人员的积极支持和配合。 最后，我要感谢和我同组的同学，谢谢你们的配合，谢谢你们对我在设计过程中的错误的提醒，让我及时的改正了错误的观点。第八章 参考文献1 谢自美主编.电子线路设计、实验、测试.第二版.武汉:华中科技大学出版社，20002 华中理工大学电子学教研室编，康华光主编.电子技术基础，模拟部分.第四版。北京:高等教育出版社,199817