模拟电子技术课程设计直流稳压电源设计.doc
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1、湖南工学院模拟电子技术直流稳压电源设计系 部: 电气与信息工程系专 业: 电气自动化班 级: 电气0504设 计 人:学 号: 401050438同 组 人: 指导老师: 时 间:2007年1月摘 要 本次支流稳压电源的课程设计使用的是单个稳压芯片构成的电路,设计的稳压电源电路输出电压12V,最大输出电流15mA,内阻小于0.1K,纹波电压峰值小于5mV,电压调整率小于10mV. 电路由四部分组成:变压器、滤波电路、整流电路、稳压电路。 电路的四个组成部分由以下方式组成:变压部分选用15V输出的双线圈变压器构成;整流电路部分由4个IN4007二极管组成的桥式整流电路或整流桥构成;滤波电路部分由
2、一个2200 电解电容构成;稳压电路部分由一个L7812CV稳压芯片和2个0.01的电容组成的电路构成。 设计说明书包括:电路的设计方法、参数的设计计算方法、电路的调试方法、误差的分析以及参考文献等部分,详细的介绍了整个设计的每个步骤。Summary This subsidiary current is steady to press what the course design of the power supply use is the electric circuit that the single is steady to press the chip composing, desig
3、n of steady press the power supply electric circuit to output electric voltage12 V, biggest output the electric current 15 mA, steady press the coefficient Sr small in be equal to 0.05, the electric circuit constitutes from four-part cent:Transformer,filter electric wave electric circuit,commutate e
4、lectric circuit,steady press electric circuit. Fours of the electric circuit constitute part is constitute by the following way:Change to press part to choose to use the 15 V outputs double coil transformer to constitute;Commutate the electric circuit part is constitute by 4 IN4007 diodes of the bri
5、dge type commutate electric circuit composing;Filter the electric wave electric circuit part is constitute by a 2200 electrolysis electric capacities;Steady press the electric circuit part is been steady by a L7812CV to press chip and 2 of the electric capacity constitute of the electric circuit con
6、stitute. Design the manual include:The design calculation method,electric circuit ofwith design method,parameter of the electric circuit adjusts parts such as analysis and reference etc.s of try the method,error margins, introducing the whole each step for design in detail.前言电子技术课程设计,是电子技术课程的实践性教学坏节
7、。是对学生学习电子技术的综合性训练,这们课是独立进行的课程设计,仿真。安装和调试来完成,要完成一们课程设计涉及到多方面的知识,要涉及到许多实际知识与技能(安装、调试与测试技术)。对于“电子技术课程设计”都在用EWB软件在能完成,在EWB电子工作平台完成一些电路的设计、检测、调试一些参数以及对观察仿真的结果,1综合运用电工技术、电子技术课程中学到的理论知识去完成课程设计2、通过查资料来成程设计,3、完成若干个单元电路,并作图一个能表达各式各单元电路功能的整机原理图。方案选择的债务是根据掌握的知识和资料,针对系统的功能的设计要求。在这个过程中要敢干创新,争取方案的合理。可靠。经济,功能好。技术好的
8、优点。在课程设计中要多思。多想。多动手。在框图中反应系统应完成的债务和各组成部分的功能,4、课程设计的题目要用EWB软件来完成。充分用EWB中的元器件,器件库,和电子元器件的类型和特性,库中的元器件可以自已设计电路。5、学会在虚拟坏境下创建电路、计算与调整参数、用虚拟电子设备观察仿真的结果,并在EWB上获取电路图的方法复制到剪下来,以便分析和论证,形成一个完整的课程设计。 作者 胡超宇 2007年1月目 录一、产品设计要求与说明-5 1、1主要技术指标-51、2设计要求 -51、3产品说明-5二、原理说明-62、1 方案论证-62、2 电路工作原理-112、3 元件选择-13三、安装工艺-14
9、3、1 基本工具的使用-143、2 导线的连接-15四、测试分析-15 4、1 电路前的调试-154、2 电路的测试-174、3 电路的误差分析-18五、焊接技术-19六、元器件清单-21七、心得体会-21八、参考文献-22一产品要求与说明1、1 主要技术指标:1.输入交流电压50Hz,220V;2.输出直流电压为12V;3.输出电流015mA;4.电压调整率小于10mV;5.内阻小于0.1;6.波纹电压峰值小于5mV.1、2 设计要求:1、设计一个能输出12V的直流稳压电源;2、根据设计要求和技术指标设计好电路图,选好元件参数;3、在PCB板上制作一个直流稳压电源;4、测量支流稳压电源的稳压
10、系数;5、测量直流稳压电源的内阻;6、拟订方案和设计步骤;7、写出设计报告1、3 设计产品说明: 本产品叫直流稳压电源,他是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值,然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于脉动电压含有较大的纹波,必须通过滤波电路加以滤除,从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随10%的电压波动,负载和温度的变化而变动,所以还须稳压电路,这样才能输出稳定的直流电压。二原理说明2.1 方案论证2. 1. 1 产品的功能、结构本产品是直流稳压电源,它分为:降压电路,:整流电路,III:稳压电路三部分,结构图如下:降压电路整流滤波电路稳压电路 图一 直流稳压电源结构图2.
11、 1. 2 方案的确定根据设计的要求,电路分为四个模块,每个模块的选择如下:电源变压器:78系列的芯片要求输入电压VI比输出电压VO高23V,输出的电压为12V,所以输入的电压要在15V左右,在桥式整流电路以前的电压是15V的1/1.5倍,在13V左右,考虑到实际元器件与理论值的差别,最终选用15V的变压器:整流电路:整流是稳压电源的一个重要组成部分,它的主要作用是进行波形变换即将交流信号变成直流信号。(1)半波整流半波整流电路如下图所示。为分析方便起见,可设二极管为理想的。半波整流电路该电路工作原理:设变压器次级电压U2=U2msinwt=U2sinwt,其中U2m为其幅值,U2为有效值。当
12、U2变化的正半周期时,二极管D受正向电压偏置而导通,UL=U2;当U2变化的负半周期时,二极管D处于反向偏置状态而截止,UL=0。U2和UL的波形如下图所示,显然,输入电压是双极性,而输出电压是单极性,且是半波波形,输出电压与输入电压的幅值基本相等。由理论分析可得,输出单向脉冲电压的平均值即直流分量为UL0=U2m/p=U2 0.45 U2 (1)显然,输出电压中除了直流成分外,还含有丰富的交流成分基波和谐波(这里可通称为谐波),这些谐波的总和称为纹波,它叠加与直流分量之上。常用纹波系数g来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小,即 (2)式中,ULg为谐波电压总有效值,其值应为 (3) 由式(
13、1)、(2)和(3)通过计算可得,g比较大。由结果可见,半波整流电路的输出电压纹波较大。 半波整流电路的波形半波整流电路中的二极管安全工作条件为:a)二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管平均电流,即IFID0=UL0/RL=0.45U2/RLb)二极管的最大反向工作电压UR必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压URM,即URURM =U22全波桥式整流电路全波桥式整流电路如图(a)所示,图中4个二极管接成电桥的形式,故有桥式整流之称。图(b)所示为该电路的简化画法。图(a) 全波桥式整流电路 图(b) 全波桥式整流电路简化画法 该电路工作原理:参见图(a),设变压器次级电压U2=U2
14、msinwt=U2sinwt,其中U2m为其幅值,U2为有效值。在电压U2的正半周期时,二极管D1、D3因受正向偏压而导通,D2、D4因承受反向电压而截止;在电压U2的负半周期时,二极管因受D2、D4正向偏压而导通,D1、D3因承受反向电压而截止。U2和UL的波形如下图所示,显然,输入电压是双极性,而输出电压是单极性,且是全波波形,输出电压与输入电压的幅值基本相等。由理论分析可得,输出全波单向脉冲电压的平均值即直流分量为 全波整流电路的波形UL0=2U2m/p=U20.9U2 (4) 其纹波系数g为 (5) 式中,ULg为谐波(只有偶次谐波)电压总有效值,其值应为 (6)由式(4)、(5)和(
15、6)通过计算可得g比较小。由结果可见,全波整流电路的输出电压纹波比半波整流电路小得多,但仍然较大,故需用滤波电路来滤除纹波电压。全波整流电路中的二极管安全工作条件为:a)二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管平均电。由于4个二极管是两两轮流导通的,因此有IFID0=0.5UL0/RL=0.45U2/RLb)二极管的最大反向工作电压UR必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压URM,即URURM =U2为了克服半波整流的缺点,故我们常采用桥氏整流电路。如图:v1D1vLv2TrD4D3D2RL(+)(-)+-(+)(-)Sab图二 桥式整流电路:滤波电路:整流部分整流出来的直流含有大量的纹
16、波。方案一:电容滤波电容是一个能储存电荷的元件。有了电荷,两极板之间就有电压UC=Q/C。在电容量不变时,要改变两端电压就必须改变两端电荷,而电荷改变的速度,取决于充放电时间常数。时间常数越大,电荷改变得越慢,则电压变化也越慢,即交流分量越小,也就“滤除”了交流分量。采用电容滤波电路不仅可以使输出电压变得平滑、纹波显著减小,同时输出电压的平均值也增大了,输出电压平均值U0的大小不仅与滤波电容C及负载电阻RL的大小有关,C的容量一定,RL越大,C的放电时间t就越大,因此放电速度约慢,输出电压越平滑,U0就越大。为了取得良好的滤波效果,一般取RlC(35)T/2。方案二:电感滤波电感滤波是利用电感
17、的储能来减小输出电压纹波的。当电感中电流增大时,自电感电动势的方向与原电流方向相反,自感电动势阻碍电位增加的同时,也将能量储存起来,使电流的变化减小;反之,当电感中电流减少时,自感电动势的作用阻碍电流的减少,同时释放能量,使电流变化减小,因此,电流的变化小,电压的纹波得到抑制。电感滤波电路中的电感L起着阻止负载电流变化使之趋于平直的作用,一般它只使用于低电压,大电流的场合,而且考虑到电感体积比较大,危险性高的特点。以上分析知,采用电容滤波(方案一)比较好!:稳压电路:根据设计要求,输出12的电压,采用集成稳压器比较平稳,三端式稳压器只有3个引出端子,具有应用时外接元件少,使用方便,性能稳定,价
18、格低廉的优点,被广泛应用。方案一:采用固定式三端稳压器,通常用L7812系列,它由输出角V0、输入角Vi和接地角GND组成,它的稳压值为12V,由他的内部结构可知,除增加了一级启动电路外,其余部分与串联稳压电路完全一样,其基准电压源的稳定性更高,采取的电容必须是漏电流较小的坦电容,或者是电解电容须是钽电容的10倍,保护电路更完善。稳压器输入端的电容C1用来进一步消除纹波,此外,输出端的电容Co与C1起到了频率补偿的作用,能防止自激振荡,从而使电路稳定工作。其结构外观如下图: 固定式三端稳压器的引脚图及典型应用电路 1 3 UI C1 Co Uo UI C1 Co U0 2 L7812CV Ui
19、 地 Uo 地 Ui Uo(a) (b) L7812CV系列的引脚图及应用电路 L7812CV系列的引脚图及应用电路(其中:C1 = 470F,CO = 0.01F)Co采用漏电流小的钽电容)方案二:采用可调试的集成稳压器,通常有LM317等系列,他的内部结构差不多,它的公共端改接输出端,器件本身无接地,所以消耗的电流都从输出端流出。但是此种稳压器的调节受电位器的控制,误差比较大,很难调节。 3 CW317 2 C1 1 R1 D5 UI RW Uo C2 Co CW317 arj Uo (C) CW317系列引脚图及应用电路根据设计要求,采用固定式比较简单,而且容易做,输出稳定。2. 2 电
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