(模電課程設(shè)計(jì)格式要求范文)集成直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)報(bào)告VIP

1、 欽 州學(xué)院 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 院 系 物理與材料科學(xué)學(xué)院 專 業(yè) 電子信息工程 學(xué) 生 班 級(jí) 2007級(jí)1班 姓 名 盧德全 張 健 蔡世東 韋濱初 李 星 馮光能 韋超群 指導(dǎo)教師單位 欽州學(xué)院 指導(dǎo)教師姓名 梁維源 指導(dǎo)教師職稱 講 師 2010年11月集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)（電子信息工程專業(yè)2007級(jí) 盧德全 張 健 蔡世東 韋濱初 李 星 馮光能 韋超群指導(dǎo)教師 梁維源 摘要 ：根據(jù)設(shè)計(jì)的指標(biāo)和要求，以集成三端穩(wěn)壓管為核心，構(gòu)成穩(wěn)壓電路，加上電源變壓、整流濾波網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)出集成直流穩(wěn)壓電源。市電220V由電源變壓器變壓為12V后，經(jīng)橋式整流電路整流和電

2、容濾波，便可接三端穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓電路得到所需的穩(wěn)定直流輸出，輸出電壓分為±12V，±5V，+2+11V三檔。本系統(tǒng)工作可靠，性能穩(wěn)定，電路簡單，還具有防反接、過流保護(hù)功能。經(jīng)測試，本系統(tǒng)動(dòng)能完善，很好的實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)。 關(guān)鍵詞 ： 電源，穩(wěn)壓，設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)目的 :（1）進(jìn)一步掌握模電數(shù)字電子技術(shù)課程所學(xué)的理論知識(shí)。（2）熟悉幾種常用集成三端穩(wěn)壓管芯片，并掌握其工作原理，進(jìn)一步學(xué)會(huì)使用其進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。（3）學(xué)會(huì)選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓管來設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源。（4）掌握穩(wěn)壓電源的主要性能參數(shù)及其測試方法。 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)與要求 :（1）設(shè)計(jì)一個(gè)直流穩(wěn)壓電源，輸出電

3、壓Vo及最大輸出電流Imax(I 檔 Vo=±12V對(duì)稱輸出，Iomax=100mA； II檔 Vo=±5V，Iomax=300mA； III檔 Vo=(+2+11)V連續(xù)可調(diào)，Iomax =1A)；（2）利用EWB技術(shù)在計(jì)算機(jī)上完成電路的設(shè)計(jì)與模擬；（3）利用protel2009在計(jì)算機(jī)上完成電路PCB板的制作；（4）利用集成芯片、分立元件在實(shí)驗(yàn)室完成具體的電路，并能實(shí)現(xiàn)基本功能。 目錄 前言11 集成直流穩(wěn)壓電源 11.1 設(shè)計(jì)思想 11.1.1 設(shè)計(jì)方案11.1.2 設(shè)計(jì)所需的元件21.2 設(shè)計(jì)原理 31.2.1 電源變壓部分41.2.2 橋式整流電路部分51.2.3

4、 電容濾波電路部分51.2.4 直流穩(wěn)壓電路部分61.2.5 原理及計(jì)算 62 電路仿真 73 電路連接測試 73.1 安裝焊接 73.2 測試 83.2.1 使用儀器 83.2.2 測試結(jié)果 84 設(shè)計(jì)體會(huì) 9參考文獻(xiàn) 9 欽州學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)前言 在電子系統(tǒng)(如電視接收機(jī)、VCD機(jī)、組合音響等)都要求用穩(wěn)定的直流電源，而日常生活中使用的都是220V交流電源，因此，需將交流電變換成直流電將交流電壓變換成直流電壓并使之穩(wěn)定的設(shè)備就是直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成，基本框圖如圖1所示。在很多場合，都需要具有足夠調(diào)壓范圍和帶負(fù)載能力的直流穩(wěn)壓電源電路，要

5、求輸出電壓連續(xù)可調(diào)；所選器件和電路必須達(dá)到在較寬范圍內(nèi)輸出電壓可調(diào)；輸出電壓應(yīng)能夠適應(yīng)所帶負(fù)載的啟動(dòng)性能；此外，電路須簡單可靠，能夠輸出較大電流。圖1 直流穩(wěn)壓電源1 集成直流穩(wěn)壓電源1.1 設(shè)計(jì)思想1.1.1 設(shè)計(jì)方案方案一 晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路。該類電路中，輸出電壓Uo經(jīng)取樣電路取樣后得到取樣電壓，取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較得到誤差電壓，該誤差電壓對(duì)調(diào)整管的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，從而使輸出電壓發(fā)生變化，該變化與由于供電電壓uI發(fā)生變化引起的輸出電壓的變化正好相反，從而保證輸出電壓Uo為恒定值(穩(wěn)壓值)。在基準(zhǔn)電壓處設(shè)計(jì)輔助電源，用于控制輸出電壓能夠從0 V開始調(diào)節(jié)。單純的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源

6、電路很簡單，但增加輔助電源后，電路比較復(fù)雜，由于都采用分立元件，電路的可靠性難以保證。方案二 開關(guān)穩(wěn)壓電源電路。功耗小，效率高，但電路復(fù)雜，紋波較大，存在開關(guān)干擾，它產(chǎn)生的交流電壓和電流通過電路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振干擾，此外由于開關(guān)穩(wěn)壓電源振蕩器沒有工頻變壓器的隔離，這些干擾就會(huì)串入工頻電網(wǎng)，使附近的其他電子儀器、設(shè)備和家用電器受到干擾。方案三 采用三端集成穩(wěn)壓器電路。一般采用輸出電壓可調(diào)且內(nèi)部有過載保護(hù)的三端集成穩(wěn)壓器，輸出電壓調(diào)整范圍較寬，穩(wěn)定性高，紋波小，可靠性高，易做成多路，且電路所用器件較少，成本低，電路簡單，組裝方便。綜上所述，采用方案三 1.1.2 設(shè)計(jì)所需的元件 L

7、7805CV、L7905CV、L7812CV、L7912CV、LM317T。（1）L7805CV、L7812CV固定式三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出78××系列，有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端，如圖2所示。它的樣子像是普通的三極管，TO- 220 的標(biāo)準(zhǔn)封裝，78后面的數(shù)字是該管的型號(hào)，同時(shí)代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7805表示輸出電壓為固定的正5V，7812表示輸出電壓為正12V。該系列的最大輸出電流為1.5A，如果能夠提供足夠的散熱片，它們能夠提供大于1.5A的輸出電流。同時(shí)，芯片內(nèi)部有熱過載保護(hù)、短路保護(hù)、圖2 78××系列外

8、部引腳圖輸出晶體管安全工作區(qū)保護(hù)，使其能夠穩(wěn)定的工 作且基本不會(huì)損壞。78××系列典型電路如圖3所示。 （2）L7905CV、L7912CV固定式三端穩(wěn)壓集成電路有負(fù)電壓輸出79××系列，有三條引腳輸出，分別是接地端、輸入端和輸出端，如圖4所示。 圖3 78××系列外部電路典型圖它的外觀與78系列的相似，同樣也采用TO- 220 的標(biāo)準(zhǔn)封裝，79后面的數(shù)字是該管的型號(hào)，同時(shí)代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7905表示輸出電壓為固定的負(fù)5V，7912表示輸出電壓為負(fù)12V。79××系列的最大輸出電流也為1.5A，

9、如果能夠提供足夠的散熱片，它們能夠提供大于1.5A的輸出電流。同樣，芯片內(nèi)部有熱過載保護(hù)、短路保護(hù)、輸出晶體管安全工作區(qū)保護(hù)，使其能夠穩(wěn)定的工作且基本不會(huì)損壞。79××系列典型電路如圖5所示。 圖5 79××系列外部電路典型圖 圖4 79××系列外部引腳圖（3）LM317T可調(diào)式集成三端穩(wěn)壓管LM317T，有三條引腳輸出，分別是調(diào)節(jié)端、輸出端和輸入端，采用TO- 220 的標(biāo)準(zhǔn)封裝，外部引腳圖如圖6所示。調(diào)節(jié)1腳調(diào)節(jié)端電壓，其輸出端電壓范圍為：12V37V可調(diào)，其芯片內(nèi)有過渡、過熱和安全工作區(qū)保護(hù)，最大輸出電流為15A，典型電路如圖7

10、所示 ，通過改變R的值改變輸出電壓。 （圖6 LM317外部引腳圖 圖7 LM317外部電路典型圖1.2 設(shè)計(jì)原理220V交流市電先被引入變壓器中進(jìn)行變壓，本系統(tǒng)中采用的是12V變壓器，故得到12V交流電接入圖中，經(jīng)D、 D、 D、 D組成的橋式整流電路后可得到只有正半周期的連續(xù)波形，經(jīng)C、 C大電容濾波，可得到紋波較大的直流電壓，在經(jīng)過小電容濾去高頻噪聲后就可分別送至各個(gè)三端穩(wěn)壓管的輸入，在三端穩(wěn)壓管的輸出端即可得到對(duì)應(yīng)所需的穩(wěn)定直流電壓，同理在三端穩(wěn)壓管的輸出端接入兩個(gè)電容分別是為了濾去高頻噪聲和減小紋波，最后在三端穩(wěn)壓管的輸出端得到電壓穩(wěn)定，波紋、噪聲很小的直流電?？烧{(diào)式集成三端穩(wěn)壓管L

11、M317T調(diào)節(jié)變阻器R的值阻即可改變輸出的電壓值。集成直流穩(wěn)壓電源的總電路如圖8所示。圖8 集成直流穩(wěn)壓電源總電路圖1.2.1 電源變壓部分 電源變壓器的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓V變換成整流濾波電路所需要的交流電壓，如圖11。見公式（11）變壓器副邊P與原邊的功率P比為 （11）式中，為變壓器的效率。一般小型變壓器的效率如表1所示。表1 小型變壓器的效率副邊功率 P/VA<101030308080200效 率0.60.70.80.851.2.2 橋式整流電路部分四個(gè)整流二極管組成的單相橋式整流電路，將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓，如圖9所示，得到輸出電壓U，波形圖如圖10所示。再經(jīng)過

12、濾波電容C濾除波紋，輸出直流電壓 V。V與直流電壓的有效值V的關(guān)系如下公式（12） V=(1.11.2) V （12） 每只二極管承受的最大反向電壓V如下公式（13）所示 V= V （13）圖9 電源變壓和全橋?yàn)V波整流電路 圖10 全橋整流電路波形圖1.2.3 電容濾波電路部分 優(yōu)點(diǎn)：電路簡單，負(fù)載直流電壓較高，紋波也較小，適用于小電流。缺點(diǎn)：輸出特性較差，適用于負(fù)載電壓較高，負(fù)載變動(dòng)不大的場合。 圖11 電容濾波電路電容濾波電路如圖11所示，其功能已經(jīng)能滿足本系統(tǒng)的需求，故選用電容濾波電路即可。1.2.4 直流穩(wěn)壓電路部分 L7805CV、L7905CV、L7812CV、L7912CV均為固

13、定式三端穩(wěn)壓管，只需按照典型電路圖接入。即可得到所需的電壓值，圖3、圖5中輸入端的電容C 可以進(jìn)一步的濾除紋波，輸出端的電容C能改善負(fù)載的瞬態(tài)影響，使電路穩(wěn)定工作。電容采用的是電解電容，78××系列采用C= 0.1F，C=0.1F 79××系列的C=0.1F，C=0.1F?？烧{(diào)式三端穩(wěn)壓管LM317T，外部典型電路如圖7所示，其中電阻R與電位器R組成輸出電壓調(diào)節(jié)器，輸出電壓Uo的表達(dá)式如下公式（14）所示： U=125(1+ RR) （14）式中R一般取120240，R為精密可調(diào)電位器。改變R的值即可改變輸出電壓。電容C可進(jìn)一步消除紋波，還可起到相位補(bǔ)償

14、的作用，以防止自激振蕩電容C與電阻R并聯(lián)組成濾波電路，電位器R兩端的紋波電壓通過電容C旁路掉，以減小輸出電壓中的紋波。二極管D的作用是防止輸出端與地短路時(shí)，因電容C上的電壓過大而損壞穩(wěn)壓器。本系統(tǒng)中C=01F，C=10F，R=220，R=5k，D用IN4007。1.2.5 原理及計(jì)算選擇變壓器時(shí)，根據(jù)變壓器副邊輸出的功率P來選取變壓器。由公式（12）可得變壓器副邊的輸出電壓V與穩(wěn)壓器輸入電壓V的關(guān)系。V的值不能取大，V越大，穩(wěn)壓器的壓差越大，功耗也就越大。一般取V，I> I。本系統(tǒng)中輸入電壓的范圍是13V V42V。副邊電壓V13/1.1V，取V=12V，副邊電流I>Iomax=1

15、A，則變壓器副邊輸出功率P VI=12W，由表1可知變壓器效率為=0.7，則原邊輸入P P/=17.1W。選用的變壓器的功率大于此值即可。整流二極管D選用1N4007，其承受的最大反向電壓為1000V，I=1A。滿足V> V，I= I條件。濾波電容C的容量可由紋波電壓V和穩(wěn)壓系數(shù)S來確定。已知，V=11V，V=13V，V=5m，S=3×10，由式（15）計(jì)算穩(wěn)壓器的輸入電壓變化量 = （15）代入計(jì)算得= 1.97V，由下式（16）可得電容C的容量 C= （16） 其中，t電容C放電時(shí)間，t= =0.01s，Ic電容C放電電流，可取Ic=Iomax=1A，則C=5076F，電容

16、的耐壓值應(yīng)大于 V=16.92V。故取2只3300F/50V電容并聯(lián) 。2 電路仿真 缺仿真波形和數(shù)據(jù)。在計(jì)算機(jī)上使用multisim對(duì)設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行仿真，仿真的結(jié)果為能實(shí)現(xiàn)最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)，仿真電路如圖12所示。圖12 集成直流穩(wěn)壓電源仿真圖3 電路連接測試3.1 安裝焊接計(jì)算機(jī)上使用protel繪制電路板并制作PCB板，在制作好的銅板上按圖8連接好線路，檢查電路的電氣連通性能正常。設(shè)計(jì)實(shí)物的正、反面圖如圖13、圖14所示。圖13 設(shè)計(jì)實(shí)物正面圖應(yīng)當(dāng)標(biāo)注作品名稱、作者、班別等信息。最好在電路板上用紙條寫好貼上。圖14 設(shè)計(jì)實(shí)物反面圖3.2 測試3.2.1 使用儀器使用的儀器有：VC98

17、08數(shù)字萬用表、直流電子負(fù)載。3.2.2 測試結(jié)果缺少示波器實(shí)際波形。使用數(shù)字萬用表測量可得+5V檔的輸出電壓為5.02V, 使用直流電子負(fù)載測得最大通過電流為1.11A，-5V檔的輸出電壓為-5.08V, 最大通過電流為1.15A，+12V檔的輸出電壓為11.87V, 最大通過電流為1.08A ，-12V檔的輸出電壓為-11.88V，最大通過電流為1.09A，可調(diào)檔可調(diào)節(jié)范圍1.24V12.5V，最大通過電流為1.10A。測試結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)的基本要求，并略有超出基本部分所要求的數(shù)據(jù)。4 設(shè)計(jì)體會(huì) 對(duì)這次模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步加深了對(duì)模擬電路知識(shí)理論的認(rèn)識(shí)與理解，掌握了集成直流穩(wěn)壓電源

18、的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。提高了動(dòng)手能力，獨(dú)立分析問題、解決問題能力、協(xié)調(diào)能力和創(chuàng)造性思維能力。在我們組遇到問題時(shí)，比如在濾波電容的容量、電阻的阻值選擇上，大家分工明確，齊頭并進(jìn)，團(tuán)結(jié)協(xié)作，最后終于解決了各種各樣的困難。同時(shí)，指導(dǎo)老師在本次設(shè)計(jì)中對(duì)我們組給予了極大的幫助，對(duì)于本次設(shè)計(jì)的完成老師的功不可沒。從這次設(shè)計(jì)中得到：1提高了電路應(yīng)用方面的實(shí)踐技能，樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，培養(yǎng)了綜合運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力；2通過電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、整理資料等環(huán)節(jié)，初步掌握工程設(shè)計(jì)方法和組織實(shí)踐的基本技能，逐步熟悉開展科學(xué)實(shí)踐的程序和方法；3產(chǎn)生了一定生產(chǎn)觀、經(jīng)濟(jì)觀和全局觀；4.提高團(tuán)結(jié)合作的能力，溝通協(xié)調(diào)能力；5.制作PCB銅板時(shí)，對(duì)全局的把握不合理，對(duì)部分元件的不熟悉，導(dǎo)致對(duì)元件焊接時(shí)有些孔位不是很合適。這次的失誤可為以后設(shè)計(jì)提一個(gè)醒，畫板要事先熟悉所需的元器件。通過對(duì)這次設(shè)計(jì)，使我對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，也使我明白從理論仿真到實(shí)際設(shè)計(jì)操作中會(huì)遇到不少實(shí)際的問題，在實(shí)物連接電路時(shí)應(yīng)當(dāng)注意，仿真是理想化的，連接時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮具體電路及元件封裝，以免造成電路接錯(cuò)。總體而言，這次設(shè)計(jì)能很好的實(shí)現(xiàn)了的所需功能，部分功能甚至超過了所需的指標(biāo)，所以這次設(shè)計(jì)是比較成功的。參考文獻(xiàn) 1羅杰，謝自美.電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測試（第4版）M.北京:電子工業(yè)出版社,2008.2彭介華