5V直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 《電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)

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1、 德州學(xué)院機(jī)電工程系 Mechanical and Electranical Engineering Department of Dezhou University 《電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目 +5V直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 專 業(yè) 自動(dòng)化 班 級(jí) 一班 姓 名 指導(dǎo)老師 賀廉云 設(shè)計(jì)時(shí)間 2011年6月20日——2011年6月24日 課程設(shè)計(jì)說明書目錄 一 課程設(shè)計(jì)的目的 基本任務(wù)和要

2、求…………………………….1 二．直流穩(wěn)壓電源的硬件電路…………………………………….1 三 單元電路原理說明………………………………………………2 四 課程設(shè)計(jì)總結(jié)……………………………………………………5 五 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………5 +5V直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 一 課程設(shè)計(jì)的目的 基本任務(wù) 要求和基本思路 1.課程設(shè)計(jì)的目的 （1）掌握電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)流程； （2）學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，掌握Protel99的使用方法； （3）了解直流穩(wěn)壓電

3、源電路的基本原理及相關(guān)模塊邏輯功能和使用方法； （4）學(xué)習(xí)掌握硬件電路設(shè)計(jì)的全過程。 2.課程設(shè)計(jì)的基本任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)直流穩(wěn)壓電源電路。 3.課程設(shè)計(jì)的要求 （1）查閱所用器件技術(shù)資料，詳細(xì)說明設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源電路工作流程； （2）輸入交流220V，f=50Hz；輸出5V電壓。 （3）具有過電流及短路保護(hù)功能。 4.課程設(shè)計(jì)的基本思路 （1）電網(wǎng)供電電壓交流220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。 （2）降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動(dòng)大）。 （3）脈動(dòng)大的直流電壓須

4、經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動(dòng)小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。 （4）濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負(fù)載RL。 二．直流穩(wěn)壓電源的硬件電路 直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成。其中C1電容是1000uf，C2是470uf。 三．單元電路原理說明 1.電源變壓器 電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。 電源變壓器的作用是將來自電網(wǎng)的2

5、20V交流電壓u1變換為整流電路所需要的交流電壓u2。 2．整流電路 整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?0Hz的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電。整流電路常采用二極管橋式整流電路，電路如上圖所示。在u2的正半周，D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止，電流由TR次級(jí)上端經(jīng)D1→ RL →D3回到TR 次級(jí)下端，在負(fù)載RL上得到一半波整流電壓。在u2的負(fù)半周，D1、D3截止，D2、D4導(dǎo)通，電流由Tr次級(jí)的下端經(jīng)D2→ RL →D4 回到Tr次級(jí)上端，在負(fù)載RL 上得到另一半波整流電壓，流過負(fù)載RL的電流方向與正半周一致。因此，利用變壓器的一個(gè)副邊繞組和四個(gè)二極管，使得在交流電源的正、負(fù)半周內(nèi)

6、，整流電路的負(fù)載上都有方向不變的脈動(dòng)直流電壓和電流。 在橋式整流電路中，每個(gè)二極管都只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)電，所以流過每個(gè)二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半，即ID = IL／2 = 0.45 U2／RL。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為0.707U2 ?(U2是變壓器副邊電壓有效值)。 3.濾波電路 濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。 當(dāng)u2為正半周并且數(shù)值大于電容兩端電壓uC時(shí)，二極管D1和D3管導(dǎo)通，D2和D4管截止，電流一路流經(jīng)負(fù)載電阻RL，另一路對(duì)電

7、容C充電。當(dāng)uC>u2，導(dǎo)致D1和D3管反向偏置而截止，電容通過負(fù)載電阻RL放電，uC按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。 當(dāng)u2為負(fù)半周幅值變化到恰好大于uC時(shí)，D2和D4因加正向電壓變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，u2再次對(duì)C充電，uC上升到u2的峰值后又開始下降；下降到一定數(shù)值時(shí)D2和D4變?yōu)榻刂?，C對(duì)RL放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降；放電到一定數(shù)值時(shí)D1和D3變?yōu)閷?dǎo)通，重復(fù)上述過程。 RL、C對(duì)充放電的影響：電容充電時(shí)間常數(shù)為rDC，充電速度快；RLC為放電時(shí)間常數(shù)，放電速度慢。電容C愈大，負(fù)載電阻RL愈大，濾波后輸出電壓愈平滑，并且其平均值愈大。 在設(shè)計(jì)中，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的

8、特點(diǎn)，將電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo1=(1.1～1.2)U2。 4.穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。 由于輸入電壓u1發(fā)生波動(dòng)、負(fù)載和溫度發(fā)生變化時(shí)，濾波電路輸出的直流電壓UI會(huì)隨著變化。因此，為了維持輸出電壓UI 穩(wěn)定不變，還需加一級(jí)穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素（電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度）發(fā)生變化時(shí)，能使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件所組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定

9、、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化)。此直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和C3的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。本穩(wěn)壓電源可作為TTL電路或單片機(jī)電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡(jiǎn)捷方便等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。 四 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 通過這次課程設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)了如何運(yùn)用圖書館中

10、各種資料來考慮問題，并且又加深了所學(xué)過的很多知識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。通過直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，明白了穩(wěn)壓電源的工作原理。在這次設(shè)計(jì)中依然發(fā)現(xiàn)自己的很多不足，書本上的知識(shí)還是沒有好好的消化掉。 五 參考文獻(xiàn) （1）童詩(shī)白．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)．北京：高等教育出版社，2002 （2）張建華．?dāng)?shù)字電子技術(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 （3）陳汝全．電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊(cè)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 （4）畢滿清．電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 （5）潘永雄．電子線路CAD實(shí)用教程．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002 （6）王兆安 電力電子技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000 7