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1、集成直流穩(wěn)壓電源 課程設計說明書1課程設計任務書課程設計任務書學生姓名：學生姓名： 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 通信通信 指導教師：指導教師： 工作單位：工作單位： 信息工程學院信息工程學院 題題 目目: 集成直流穩(wěn)壓電源 初始條件：初始條件：Multisim10要求完成的主要任務要求完成的主要任務: 1.繪制具有一定規(guī)模、一定復雜程度的電路原理圖*.sch（自選） 。可以涉及模擬、數(shù)字、高頻、單片機、或者一個具有完備功能的電路系統(tǒng)。2.繪制相應電路原理圖的雙面印刷版圖*.pcb3.對電路原理圖進行仿真，給出仿真結果（如波形*.sdf、數(shù)據(jù)）并說明是否達到設計意圖。時間安排：時間安排：序號序號階段內(nèi)
2、容階段內(nèi)容時間時間1安排任務第 20 周2電路選擇與繪制第 20 周3撰寫報告第 20 周4答辯第 21 周合 計2 周指導教師簽名：指導教師簽名： 年年 月月 日日 系主任（或責任教師）簽名：系主任（或責任教師）簽名： 年年 月月 日日集成直流穩(wěn)壓電源 課程設計說明書2集成直流穩(wěn)壓電源集成直流穩(wěn)壓電源摘摘 要要直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器，整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟姟Ｕ髌靼呀涣麟娮優(yōu)橹绷麟?。?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。本設計主要采用多路輸出直流穩(wěn)壓構成集成穩(wěn)壓電路，通過變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓過程將 220V 交流
3、電，變?yōu)榉€(wěn)定的直流電，并實現(xiàn)電壓可在+3+9V 可調和實現(xiàn)固定輸出電壓比如 12v,+5v。關鍵詞：關鍵詞：直流；穩(wěn)壓；變壓集成直流穩(wěn)壓電源 課程設計說明書3目錄目錄集成直流穩(wěn)壓電源 課程設計說明書4一、緒論一、緒論現(xiàn)代工業(yè)和自動化生產(chǎn)過程中，會涉及大量的動態(tài)檢測和控制問題，其中振動和沖擊的精確測量顯得尤其重要。對于振動和沖擊信號的獲取，最常見的是用壓電加速度傳感器，它將力學的輸入信號轉變?yōu)殡娦盘?。但是，這個輸出信號必須要做適當?shù)奶幚聿拍軕?。因此，壓電加速度傳感器的后續(xù)適調電路，即電荷放大器的研究就顯得非常重要。我們用 TL081 芯片來取代傳統(tǒng)電荷放大器所用的大量分離元件，優(yōu)化了電路設計。
4、但是，由于 TL081 芯片需12V 的直流供電，而其它芯片需+5V 電源驅動，因此，需要設計合適的多輸出直流穩(wěn)定電源。直流穩(wěn)壓電源一般分為線性和開關電源兩類。對于單片機數(shù)字控制的電路系統(tǒng)，通常采用基于 PWM 控制的開關電源；而對于放大器的模擬控制系統(tǒng)，采用線性直流穩(wěn)壓電 3 源則更具有優(yōu)勢。線性直流穩(wěn)壓電源具有穩(wěn)壓和濾波的雙重作用，產(chǎn)生的干擾很小，隨著集成電路技術的發(fā)展，較高輸出電流和數(shù)值可調的集成穩(wěn)壓器相繼出現(xiàn)，由此而構成的線性直流穩(wěn)壓電源結構簡單，維修方便，功率 200W 以下時，整機的體積也不大。一般來講，線性直流穩(wěn)壓電源的紋波抑制比，電壓調整率和噪聲抑制等性能比開關直流穩(wěn)壓電源要好
5、。更重要的是工作可靠，故障率低，更適合于放大器的模擬控制系統(tǒng)。因此，針對電荷放大器的需要，本文提出了一種基于集成穩(wěn)壓器的多輸出線性直流穩(wěn)壓電源的設計。二、多路直流穩(wěn)壓電源的設計二、多路直流穩(wěn)壓電源的設計2.1、設計目的(1).學習基本理論在實踐中綜合運用的初步經(jīng)驗，掌握模擬電路設計的基本方法、設計步驟，培養(yǎng)綜合設計與調試能力。(2).學會直流穩(wěn)壓電源的設計方法和性能指標測試方法。(3).培養(yǎng)實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。2.2、設計任務及要求 （1）設計并制作一個連續(xù)可調直流穩(wěn)壓電源，主要技術指標要求： 輸出電壓 Vo 及最大輸出電流 Iomax; I 檔 Vo=12 V 對稱輸出，
6、Iomax=100mA; II 檔 Vo=+5V, Iomax=300mA; III 檔 Vo=（+3+9）V 連續(xù)可調，Iomax=200mA 紋波電壓：Vop-p5mA; 穩(wěn)壓系數(shù)：SV0.005； 集成直流穩(wěn)壓電源 課程設計說明書5(1).設計電路結構，選擇電路元件，計算確定元件參數(shù)，畫出實用原理電路圖。 (2).自擬實驗方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，交指導教師審核。 (3).批準后，進實驗室進行組裝、調試，并測試其主要性能參數(shù)。 2.3、設計步驟 (1).電路圖設計 確定目標：設計整個系統(tǒng)是由那些模塊組成，各個模塊之間的信號傳輸，并畫出直流穩(wěn)壓電源方框圖。
7、 系統(tǒng)分析：根據(jù)系統(tǒng)功能，選擇各模塊所用電路形式。參數(shù)選擇：根據(jù)系統(tǒng)指標的要求，確定各模塊電路中元件的參數(shù)。 總電路圖：連接各模塊電路。 (2)電路安裝、調試 為提高學生的動手能力，學生自行設計印刷電路板，并焊接。在每個模塊電路的輸入端加一信號，測試輸出端信號，以驗證每個模塊能否達到所規(guī)定的指標。 重點測試穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)。將各模塊電路連起來，整機調試，并測量該系統(tǒng)的各項指標。 2.4、總體設計思路和總體電路圖 2.4.1直流穩(wěn)壓電源設計思路 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。降壓后的交流電壓，通過整流電
8、路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大） 。 脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。 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，供給負載 RL。 2.4.2直流穩(wěn)壓電源原理 直流穩(wěn)壓電源是一種將 220V 工頻交流電轉換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成，見圖 1。集成直流穩(wěn)壓電源 課程設計說明書6 圖 1 直流穩(wěn)壓電源方框圖 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，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確
9、定。 整流電路：利用單向導電元件，把 50Hz 的正弦交流電變換成脈動的直流電 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)電壓和負載的變化而變化。2.4.3 總體電路圖見附錄 A2.5、單元電路設計與原理說明 2.5.1 電源變壓器 電源變壓器是將交流電網(wǎng) 220V 的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。 2.5.2 整流電路 整流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖 2 所示。在 u2 的正半周內(nèi)，二極管 D1、D2 導通，D3、D4 截止
10、；u2 的負半周內(nèi)，D3、D4 導通，D1、D2 截止。正負半周內(nèi)部都有電流流過的負載電阻 RL，且方向是一致的。電路的輸出波形如圖所示集成直流穩(wěn)壓電源 課程設計說明書7在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內(nèi)導電，所以流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半 。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為 (U2 是變壓器副邊電壓有效值)。 2.5.3、濾波電路 濾波電路選用一個 3300 F 的大容量電解電容 C1 和一個 0.33 F 的小容量滌綸 CL11 型電容 C2 并聯(lián)濾波，如圖 3 所示。理論上，在同一頻率下容量大的電容其容抗小，這樣一大一小電容相并聯(lián)后其容量小的電容
11、C2 不起作用。但是，由于大容量的電容器存在感抗特性，等效為一個電容與一個電感串聯(lián)。在高頻情況下的阻抗反而大于低頻時的阻抗，小電容的容量小，在制造時可以克服電感特性，幾乎不存在電感。在大電容 C1 上并聯(lián)一個小電容 C2 可以補償其在高頻下的不足。當電路的工作頻率比較低時，小電容不工作（容抗大相當于開路） 。大電容的容量越大濾波效果越好。當電路的工作頻率比較高時（輸入信號的高頻干擾成分） ，大電容由于感抗大而處于開路狀態(tài)。這時高頻干擾成分通過小電容流到地線，濾除各種高頻干擾成分。電路的輸出波形如圖所示 集成直流穩(wěn)壓電源 課程設計說明書82.5.4、穩(wěn)壓電路 1、穩(wěn)壓電路選用三端集成直流穩(wěn)壓器，
12、其電路連接方式一般如圖 4 所示。性能上，常用的集成穩(wěn)壓器有三端固定式、三端可調式和開關式。以三端固定式為例，其正輸出為 7800（后兩位代表輸出的額定穩(wěn)壓值，00 是統(tǒng)稱）系列，負輸出為 7900 系列，常見的有 05、06、08、09、12、15、18、24 八種。一般要求最小的輸入、輸出電壓差（UI-U0）為 2 V 3 V；輸出穩(wěn)壓的容差約為 5%；最大輸出電流 IOmax 有0.1 A （如 78L12） ，0.3 A （如 78M12）和 1.5 A（如 7812）等多種，部分器件的最大輸出電流可達 2.2 A；其最大輸入電壓 UImax 一般是 7818 檔以下為 35 V，78
13、24 檔為集成直流穩(wěn)壓電源 課程設計說明書940 V；電壓調整率 SU 一般為 0.01%/V；輸出電阻 R0 小于 0.1 ；紋波抑制比 SVP 一般為 50dB；溫度系數(shù) ST 一般為每度 1mV 2.4 mV。圖 4 中，引腳 1 為電壓變換的輸入端，引腳 2 為電壓變換后的輸出端，引腳 3 為接地端。電容 Ci 作用是改善紋波和抑制輸入的過電壓，一般取值為 0.33 F。 C0 作用是改善負載的順態(tài)響應，一般可選取 0.1 F 的電容，當采用大容量的電解電容時效果更好。穩(wěn)壓電源的輸入輸出端要跨接一個二極管，以防止集成穩(wěn) 8 壓器輸出調整管損壞。 2、穩(wěn)壓電路的設計 本設計是把幾個供電模
14、塊集成到一個供電電源上，能夠同時提供固定輸出+5 V （最大輸出電流 0.3 A） 和固定輸出12 V （最大輸出電流 0.1 A）的直流電輸出，此外，還有一路+3 V 到+9 V（最大輸出電流 0.2A）連續(xù)可調的電壓輸出。 (1)輸出+5 V：核心器件選用 78M05 三端集成穩(wěn)壓器，其輸出電壓為+5 V，額定電流0.1 A。當變壓器變壓后輸出 6.3 V 交流電，經(jīng) KBPC810 硅整流橋，整流后輸出約 6 V 電壓，濾波后由 78M05 三端集成穩(wěn)壓電源處理，輸出+5 V 電壓，電流最大輸出為0.3 A。 集成直流穩(wěn)壓電源 課程設計說明書10(2)輸出+/-12 V：核心器件選用穩(wěn)壓
15、器 78L12 和 79L12，組合應用這兩個穩(wěn)壓器件與一個硅整流橋相接，按圖 5 好電路就能輸出+/-12 V 的電壓。組合用 78L12 和 79L12 時，公共輸出接地端用的是變壓器輸出端口的+12 V 并分別接入 78L12 的接地引腳（GND）和 79L12 的電壓輸入引腳（Vin） ；硅整流橋的正、負輸出端口則分別接入78L12 的電壓輸入端（Vin）和 79L12 的接地端；濾波電容用了兩個 1000 uF 首尾相接，連接處接公共輸出接地端。 （3）輸出+3V+9V，0.2A：該部分的核心器件為可調式三端集成直流穩(wěn)壓器 LM317 和滿量程 696 的電位器 RW。通過添加一些元
16、件可以構成電壓從+3V+9 V 連續(xù)可調直流穩(wěn)壓電源。并且解決了利用固定式穩(wěn)壓器和電位器進行調壓而引起的精度下降問題。但是要保證其輸入電壓 Ui 與輸出電壓 Uo 之差小于等于 40 V。 主要電路如圖6 所示：集成直流穩(wěn)壓電源 課程設計說明書11輸出電壓 Uo=1.25【1+（Rw+R2）/R1】V,R1 取 120，當；Rw=0，R2=168 ，Uo=+3 V。當 RW 滿量程時，輸出 Uo 為+9 V。其中 C1（3300 F） ，C2（0.33 F）用來抑制高頻干擾；C3 用來提高穩(wěn)壓器紋波抑制比，減少輸出電壓中的紋波電壓；C4 用來克服 LM317 在深度負反饋工作下可能產(chǎn)生的自激振
17、蕩，還可進一步減小輸出電壓中的紋波分量。D1 的作用是防止輸入端短路時，電容 C4 放電而損壞穩(wěn)壓器；D2 的作用是防止輸出端短路時 C3 放電而損壞穩(wěn)壓器。 2.5.5 元器件選擇和電路參數(shù)計算說明 1變壓器的選擇 1）確定副邊電壓 U2: 根據(jù)性能指標要求：Uomin=3V Uomax=12V 又 Ui-Uomax(Ui-Uo)min Ui-Uoin(Ui-Uo)max 其中：（Ui-Uo）min=3V，(Ui-Uo)max=40V 16VUi43V 此范圍中可任選：Ui=14V=Uo1 根據(jù) Uo1=(1.11.2)U2 可得變壓的副邊電壓。集成直流穩(wěn)壓電源 課程設計說明書122）確定變
18、壓器副邊電流 I2 Io1=Io 又副邊電流 I2=(1.52)Io1 取 Io=Iomax=200mA 則 I2=1.5*0.2A=0.3A 3）選擇變壓器的功率 變壓器的輸出功率：PoI2*U2=4.8W二選擇整流電路中的二極管 變壓器的副邊電壓 U2=16V 橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為：16 橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為：0.3 查手冊選整流二極管 IN4001，其參數(shù)為： 反向擊穿電壓 UBR=50V16V,最大整流電流 IF=1A0.3A 3濾波電路中濾波電容的選擇 濾波電容的大小可用式 C= Ui/( t*I) 求得： 1）求 Ui: 根據(jù)穩(wěn)壓電路的的穩(wěn)
19、壓系數(shù)的定義： 設計要求 Uo5mV ，SV0.005, Uo=-12V+12V, Ui=16V 代入上式，則可求得 Ui= Uo/(Uo*Sv); 2）濾波電容 C 設定 Io=Iomax=0.2A， t=0.01S 則可求得 C。 注意： 因為大容量電解電容有一定的繞制電感分布電感，易引起自激振蕩，形成高頻干擾，所以穩(wěn)壓器的輸入、輸出端常 并入瓷介質小容量電容用來抵消電感效應，抑制高頻干擾。 2.6、電路仿真 2.6.1 測試要求 1測試并記錄電路中各環(huán)節(jié)的輸出波形。 2測量穩(wěn)壓電源輸出電壓的調整范圍及最大輸出電流。3測量輸出電阻 Ro。 4測量穩(wěn)壓系數(shù)。 用改變輸入交流電壓的方法，模擬
20、Ui 的變化，測出對應的輸出直流電壓的變化，則可算出穩(wěn)壓系數(shù) SV. （注意： 用調壓器使 220V 交流改變10。即 Ui=44V） 集成直流穩(wěn)壓電源 課程設計說明書135用毫伏表可測量輸出直流電壓中的交流紋波電壓大小，并用示波器觀察、記錄其波形。 6分析測量結果，并討論提出改進意見。2.6.2 測試結果和計算結果分析 1. 電壓輸出波形和紋波變化見仿真圖 見附錄 B 2. 穩(wěn)定系數(shù) Sr 的理論值計算 2.6.3 電路的誤差分析與改進 1.綜合分析可以知道在測試電路的過程中可能帶來的誤差因素有: 測得輸出電流時接觸點之間的微小電阻造成的誤差; 電流表內(nèi)阻串入回路造成的誤差; 測得紋波電壓時
21、示波器造成的誤差; 示波器, 萬用表本身的準確度而造成的系統(tǒng)誤差; 2.可以通過以下的方法去改進此電路: 減小接觸點的微小電阻; 根據(jù)電流表的內(nèi)阻對測量結果可以進行修正; 測得紋波時示波器采用手動同步; 采用更高精確度的儀器去檢測; 3、注意事項注意事項1焊接時要對各個功能模塊電路進行單個測試，需要時可設計一些臨時電路用于調試。 2測試電路時，必須要保證焊接正確，才能打開電源，以防元器件燒壞。 按照原理圖焊接時必須要保證可靠接地。 4、綜合總結與體會綜合總結與體會通過本次設計,讓我們更進一步的了解到直流穩(wěn)壓電源的工作原理以及它的要求和性能指標.也讓我們認識到在此次設計電路中所存在的問題;而通過
22、不斷的努力去解決這些問集成直流穩(wěn)壓電源 課程設計說明書14題.在解決設計問題的同時自己也在其中有所收獲.我們這次設計的這個直流穩(wěn)壓電源電路;采用了電壓調整管和外加調整管來實現(xiàn)電壓的調整部分;而穩(wěn)流部分用可調式三端穩(wěn)壓電源管來實現(xiàn)。此次課程設計，使我們的實踐能力得到很好的提高，使我們鞏固了理論知識，培養(yǎng)了我們的設計思維，同時使我們了解了團隊精神的重要性。為此，衷心感謝機電學院領導的支持。感謝李海鯤老師在百忙之中的精心指導和支持，感謝同組人員的齊心協(xié)力和默契的配合！參考文獻資料參考文獻資料 ,華東師范大學物理系萬嘉若,林康運等編著,高等教育出版社. ,華中工學院電子學教研室編,康華光主編,高等教育出版社。 ,(第二版)華中科技大學謝自美主編,華中科技大學出版社. 模擬電子技術 ，程開明主編，重慶大學出版社，1992 大學生電子設計網(wǎng)：http:/ 電子課程設計網(wǎng)：http:/ 集成直流穩(wěn)壓電源 課程設計說明書15附錄附錄附錄 A 總電路圖集成直流穩(wěn)壓電源 課程設計說明書16附錄 B 輸出波形仿真圖集成直流穩(wěn)壓電源 課程設計說明書17
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