電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)-- 多路輸出直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

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1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)課題：多路輸出直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)：電子信息工程1101 姓名學(xué)號(hào)：付強(qiáng)9312110106 指導(dǎo)教師：王楓、王寬 設(shè)計(jì)時(shí)間：2013年12月 模電部分 多路輸出直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1.設(shè)計(jì)一個(gè)多路輸出直流穩(wěn)壓電源，可將220V/50HZ交流電轉(zhuǎn)換為多路直流穩(wěn)壓輸出：+12V/1A，-12V/1A，+5V/1A，-5V/1A及一組可調(diào)正電壓，一組可調(diào)正電壓+3～+18V/1A。 2．選擇電路方案，完成對(duì)確定方案電路的設(shè)計(jì)。計(jì)算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出電路原理圖，闡述基本原理。 3．安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課

2、程設(shè)計(jì)報(bào)告書。 二、方案設(shè)計(jì)與論證 LM317型穩(wěn)壓器電源能夠輸出可調(diào)的直流正電壓，它內(nèi)部含有過流，過熱保護(hù)，輸入電壓為正負(fù)15V，輸出為1.25（1+Rp/R）；可輸出1.2~37V電壓。 CW7812、CW7805分別可以輸出正12V和正5V電壓，CW7912、CW7905分別可以輸出負(fù)12V和負(fù)5V電壓。 有以上可知可以將LM317級(jí)CW系列的穩(wěn)壓器并聯(lián)達(dá)到同時(shí)輸出正負(fù)12V、正負(fù)5V及可調(diào)電壓的要求。 方案一、可以產(chǎn)生兩路輸出正負(fù)電源輸出。一路為大功率、大電壓但對(duì)穩(wěn)壓性能要求略低；另一路為小功率、小電壓但對(duì)穩(wěn)壓性能要求高。 方案二、輸出電壓可以在3—10v連續(xù)調(diào)節(jié)，且輸出電

3、流可擴(kuò)展。 1.直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)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。 　 其中： 　　?。?）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

4、電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。 　　?。?）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 　　?。?）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。 　　?。?）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。 三、 單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 1. 電源變壓器 電源變壓器是將輸入的220V交流電壓U1轉(zhuǎn)變?yōu)檎麟娐匪枰慕涣麟妷篣2。因?yàn)橐罱K通過78、79系列和LM317系列輸出正向最大18V負(fù)向最大12V的電壓，所以選擇帶有中間抽頭的雙12V變壓器?？紤]到今后的功率

5、需要，這次我選擇了25W的變壓器。這樣兩個(gè)12V的輸出分別給78、79系列使用，中間抽頭作為固定電壓輸出部分的地線；而將兩個(gè)12V的輸出端加給LM317，即輸出24V[1]。 　　Uomax+(Ui-Uomin)≤Ui≤Uomin+(Ui-Uo)max 18V+3V≤Ui≤3V+40V 21V≤Ui≤43V U2≥Uimin/1.1=21/1.1=19.09V 　　　取U2=20則P=20W，所以選取24V/25W的變壓器即可。 2. 整流電路 單相橋式整流電路如下圖，四只整流二極管D1~D4形成電橋。在V2正半周。電流從變壓器副邊線圈

6、上端流出，只經(jīng)過D1流向RL,在由D3留回變壓器，所以D1、D3正向?qū)?，D2、D4反偏截止。在負(fù)載上產(chǎn)生一個(gè)極性為上正下負(fù)的輸出電壓。電流通路用實(shí)線箭頭表示。同理在V2負(fù)半周時(shí)，D2、D4正向?qū)ǎ珼1、D3反偏截止。在負(fù)載上產(chǎn)生上正下負(fù)的輸出電壓。電流通路如圖的虛線箭頭表示。 綜上可知輸入端經(jīng)變壓器后在副邊得到了一個(gè)單向的脈動(dòng)電壓。 + + + + 4 1 2 3 1 u 2 u 220V + - R L o u V 2 1 V V 3 V 4 + – u2 uo′′ io ′′ 圖1橋式整流電路的工作 由于Urm

7、=1.414×24=33.936V，I=1A，ＩＮ４００７的反向擊穿電壓Urm≥１００V，額定工作電流ID=1A，所以整流二極管選擇ＩＮ４００７。I=1A。T=0.02s,電路中濾波電容承受的最高電壓時(shí)1.414×24=33.936V所以選擇電容的耐壓值應(yīng)該大于34V所以選擇1000uF/50V的電容。因?yàn)榇笕萘侩娊怆娙萦幸欢ǖ睦@制電感分布，易引起自激振蕩，形成高頻干擾。所以穩(wěn)壓器的輸入斷腸并入辭職小容量電容來抵消電感效應(yīng)，一直高頻干擾。 3濾波電路 經(jīng)過整流的脈沖電壓紋波很大要經(jīng)過濾波電路的濾波作用，一般有電抗元件組成，如在電阻兩端并聯(lián)電容器C，或在整流電路輸入端與負(fù)載間串聯(lián)電感器L，以

8、及有電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。在這里選擇用電容濾波，適合小電流負(fù)載。 圖2幾種不同的復(fù)式濾波電路 4. 穩(wěn)壓電路 由于輸出地直流電壓會(huì)隨著穩(wěn)壓電路的波動(dòng)、負(fù)載和溫度發(fā)生變化而變化，所以，為了維持輸出直流電壓穩(wěn)定不變，還要加上穩(wěn)壓電路。由于電源要求的輸出功率較小，為了簡化電路并提高電路的穩(wěn)定性，因此選擇集成穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器在使用中普遍使用的是三端穩(wěn)壓器?？梢苑譃楣潭ㄊ胶涂烧{(diào)式，按正負(fù)的輸出電壓還可分為CW317、CW337、LM317、LM337。其中317系列穩(wěn)壓器可以連續(xù)輸出可調(diào)正電壓，337系列則是可調(diào)負(fù)電壓。它們的可調(diào)范圍為1.2~37V，最大輸出電流為1.5A。三端

9、集成穩(wěn)壓器還有78、79系列分別對(duì)應(yīng)正電壓輸出和負(fù)電壓輸出.79系列和78系列的外形相似但是連接不同，79的1端接地，2端接負(fù)的輸入。3端接輸出。 圖3固定式三端穩(wěn)壓器的引腳圖與應(yīng)用電路[2] 圖4可調(diào)式三端穩(wěn)壓器的引腳圖級(jí)應(yīng)用電路 選擇穩(wěn)壓器型號(hào)為LM7805、LM7812、LM7905、LM7912和LM317。78系列分別輸出正5V和正12V，79系列分別輸出負(fù)5V和12V。317系列則輸出1.2~37V的可變電壓，最大輸出電流為1.5A。 四、總原理圖及元器件清單 1．總原理圖 圖5多路輸出直流穩(wěn)壓電源電路圖 2．元件清單 名稱 型號(hào) 數(shù)量 備注 變壓器 ２４

10、Ｖ／２５Ｗ １ 二極管 ＩＮ４００１ １ ＩＮ５４０１ １ ＩＮ４００７ ８ 電解電容 １０００ｕＦ／５０Ｖ ３ ４７０ｕＦ／５０Ｖ ３ ０．１ｕＦ １ 穩(wěn)壓集成器 ＬＭ３１７ １ ７８０５和７９０５ 各１ ７８１２和７９１２ 各１ 電阻及電阻器 １０Ω ２ １８０Ω １ ２２０Ω １ ５ＫΩ １ 導(dǎo)線焊錫 白色導(dǎo)線及焊錫 若干 五、 安裝與調(diào)試 在multisim軟件上對(duì)電路進(jìn)行仿真模擬，確認(rèn)設(shè)計(jì)電路正確無誤，完成安裝調(diào)試： 1. 檢查所用元器件，確定無損壞，型號(hào)及參數(shù)正確； 2.

11、 根據(jù)所選器件初步設(shè)計(jì)總體電路的安裝布局； 3. 按各單元電路分別進(jìn)行安裝并調(diào)試，查找故障并及時(shí)記錄測量結(jié)果； 4. 測試時(shí)遵守安全操作規(guī)程，安裝或更換原器件時(shí)要關(guān)掉電源。此外，使用電子儀器要注意其安全注意事項(xiàng)，電源和信號(hào)源不要造成短路。 5. 調(diào)試成功并經(jīng)驗(yàn)收，確認(rèn)合格后方可拆卸電路。 六.性能測試與分析 1.+-5 V仿真結(jié)果分析 如下圖可知，220V、50Hz交流電經(jīng)過變壓器（U2=√L2/L1 U1，即U2=1/15 U1），輸出10V的波動(dòng)電壓，經(jīng)過整流橋后，呈現(xiàn)的是示波器中黃線的半波波形，接著，經(jīng)過500nF的濾波電容后，變?yōu)楹休^小諧波的直流電壓，波形如示波器中藍(lán)線所

12、示，趨向于直線，接近直流，最后，電壓通過7805穩(wěn)壓器，諧波被去除，成為較為穩(wěn)定的直流電，如示波器中紅線波形所示，達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。而-5V電壓由于采用7905穩(wěn)壓器， 輸出類似于+5V，輸出波形一致。 2. +-12V仿真結(jié)果分析 如上面第三個(gè)圖所示，220V、50Hz交流電經(jīng)過變壓器（U2=√L2/L1 U1 即U2=1/15 U1）之后，也是輸出10V的波動(dòng)電壓。但是經(jīng)過整流橋和濾波電容的整流和濾波作用之后，輸出如圖所示中第二條黃色波形，之后再經(jīng)過7812和7912穩(wěn)壓器穩(wěn)壓之后，就出現(xiàn)較穩(wěn)定的的+-12V，如圖中電壓表所示，滿足設(shè)計(jì)要求。 3. 3~18V仿真結(jié)果

13、分析 同樣，220V、50Hz交流電經(jīng)過變壓器之后，在經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓之后，再利用滑動(dòng)變阻器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之產(chǎn)生可變的輸出電壓。核心器件選用317 三端集成穩(wěn)壓器，其輸出電壓為V=1.25（1+RP/R），額定電流1A。RP為精密可調(diào)電位器，電容C與RP并聯(lián)組成濾波網(wǎng)絡(luò)，以減小輸出的紋波電壓。二級(jí)管D的作用是防止輸出端與地短接，損壞穩(wěn)壓器。 七、 結(jié)論與心得 此次課程設(shè)計(jì)至此已經(jīng)接近尾聲，兩周的時(shí)間雖然很短暫，但在這兩個(gè)星期的設(shè)計(jì)過程中收獲頗豐。 這是自己第一次自己設(shè)計(jì)一個(gè)小的實(shí)用電路，感受到了將所學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)物的喜悅。更加激勵(lì)了自己今后的專業(yè)學(xué)習(xí)。 在設(shè)計(jì)的過程中，與同學(xué)一起查

14、閱資料，了解到許多課外的知識(shí)，也認(rèn)識(shí)到了自己還有許許多多的不足，需要加緊努力，充實(shí)自己；在與同學(xué)合作的過程中，更加深了大家的了解，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作的精神與經(jīng)驗(yàn)。 感謝學(xué)校給我們這次機(jī)會(huì)，鍛煉了我們的動(dòng)手能力。通過這次的課程設(shè)計(jì)，讓我加深了對(duì)于所學(xué)模電知識(shí)的理解，真正做到了將理論與實(shí)際結(jié)合起來，切身體會(huì)到了理論與實(shí)際差別。例如像對(duì)于可調(diào)電阻的計(jì)算，可以十分的精確，但是在選管時(shí)可能會(huì)有許多的麻煩，所以在允許范圍內(nèi)可以有一定的偏差，這對(duì)于實(shí)際的應(yīng)用沒有太大的影響，但是對(duì)于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制作會(huì)有十分大的便捷。而且也讓我很明確得意識(shí)到自己在模電上有很多的知識(shí)漏洞，以后應(yīng)該多鉆研一下。同時(shí)也感謝指導(dǎo)老師在設(shè)計(jì)過程中的輔導(dǎo)以及同學(xué)的幫助。 八、參考文獻(xiàn) [1]康華光.《電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分（第五版）》.北京：高等教育出版社，2006.1 [2]吳友宇．《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第一版）》．北京：清華大學(xué)出版社，2009 [3]郭永貞．《模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》．南京：東南大學(xué)出版社，2007