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1、机电一体化实训5V直流稳压电源设计报告 学校：西安科技大学高新学院 班级：机械设计制造及其自动化姓名：*学号：* 指导老师：邵小强设计时间：2012.7.22012.7.13目录第一章 设计目的及要求 2 1.1 设计目的 2 1.2 设计要求 2 第二章 设计步骤与器材3 2.1设计步骤 32.2设计使用器材3第三章 电路的设计 33.1设计思想3.2设计框图 3.3 电源变压器 4 3.4 整流电路 4 3.5 滤波电路 7 3.6 稳压电路 10 第四章 制作与调试 12 4.1 安装与检查12 4.2电路的调试14 第五章 结论和心得 15第一章 设计目的及要求1.1设计目的1熟悉选择
2、电源电路元器件的型号.参数的知识。2学习小功率直流稳压电源的设计与调试方法。3掌握小功率直流稳压电源有关参数的测试方法。4通过直流稳压电源的设计、安装和调试，要求学会： (1)选择变压器、整流二极管、滤波电容及稳压二极管稳压器来设计直流稳压电源； (2)掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。(3)通过电路的设计可以加深对该课程知识的理解以及对知识的综合运用。1.2设计要求基本要求：短路保护，电压可调。基本指标：设计一波形直流稳压电源，满足：(1)当输入电压在220V10%时，输出直流电压为015V(2)输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于5%，输出内阻小于0.1欧。第二章 设计步骤与
3、器材2.1设计步骤（1）功能和性能指标分析：对题目的各项要求进行分析，整理出系统和具体电路设计所需的更具体、更详细的功能要求和技术性指标数据，以求得设计的原始依据。（2）选择元器件：很好地理解电路的工作原理，正确利用计算公式，选择合理的元件参数（3）画出总体电路图，要求按相关规定，布局合理，图面清晰，便于对图的理解和阅读，为印制电路板，并组装、调试和维修时做好准备。（4）按总电路图安装电路，调试并改进。2.2使用器材1. 直流电压表、直流毫安表。2. 万用表、电烙铁、焊锡丝、松香。3. 万能实验电路板或印刷电路板，元器件清单参看下表。编号电阻参数R电阻2.4k欧RL可调电阻2.5k欧C滤波电容
4、20ufD1整流二极管2CZ52DDZ稳压二极管2CW62T电源变压器36V第三章 电路的设计3.1设计思想（1）电网供电电压交流220V(有效值)频率为50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出。3.2设计框图T整流滤波稳压负载电路的各个模块3.3电源变压器电源变压器T的作用是将电网220V
5、的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。实际上，理想变压器满足I1/I2=U2/U1=N2/N1=1/n，因此有P1=P2=U1I1=U2I2。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=，式中是变压器的效率。根据输出电压的范围，可以令变压器副边电压为36V，即变压系数为0.16。3.4整流电路（1）单相半波整流图（2） 半波整流电路 图（3） 单相半波整流电路的波形图整流电路如图（2）所示，其输出电压平均值就是负载电阻上电压的平均值Uo(AV)。从图（3）所示波形图可知，当wt=0时，Uo =U2sinwt;当wt=2时，Uo=0。所以，求解Uo的平均值Uo(AV)，就是将0的电压平均
6、在02时间间隔之中，如图（3）所示，写成表达式为: Uo(AV)=1/2Uisinwtd(wt) 解得: Uo(AV)=Ui/0.45Ui负载电流的平均值: Io(AV)= Uo(AV)/RL单相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IRI0=UO/RL=0.45U/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 =U单相半波整流电路简单易行，所用二极管数量少。但是由于它只是利用了交流电压的半个周期，所以输出电压低，交流分量大，效率低。因此，这种电路仅适用于整流电流较小，对脉动要求不高
7、的场合。（2）单相桥式整流电路见课本158159单相桥式整流电路 单相桥式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IRID=1/2Io=0.45U/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 =U单相桥式整流电路与半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求是一样的，并且还具有输出电压高、变压器利用高、脉动小等优点，因此得到广泛的应用。它的主要缺点是所需二极管的数量比较多，由于实际上二极管的正向电阻不为零，必然使得整流电路内阻较大，当然
8、损耗也就比较大。3.5滤波电路经过整流后，输出电压在正负方向上没有变化，但输出电压波形仍然保持正弦波的形状，起伏很大。为了能够得到平滑的直流电压波形，需要有滤波的措施。在直流电源上多是利用电抗元件对交流信号的电抗性质，将电容器或电感器与负载电阻恰当连接而构成滤波电路。电容有通高频、阻低频的作用，将其直接并在整流电路后面，可以让高频电流通过电容流回电源，从而减少了流入负载的高频电流，降低了负载电压的高频成分，减小了脉动。电容滤波电路是最常见的也是最简单的滤波电路，在整流电路的输出端并联一个电容即构成电容滤波电路，如图所示：电工课本166页该电路工作原理：电工课本166页由以上分析可知，电容滤波电
9、路有如下特点：RLC越大，电容放电速度越慢，负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。为了得到平滑的负载电压，一般取 RLC(35)T/2 式中，T为交流电源电压的周期。由上式可以解得 C =(35)T/2 RL20F总之，电容滤波器一般用于要求输出电压较高，负载电流较小并且变化也较小的场合3.6.稳压电路 虽然整流滤波电路能将正弦交流电压变换为较为平滑的直流电压，但是，一方面，由于输出电压平均值取决于变压器副边电压有效值，所以当电网电压波动时，输出电压平均值将随之产生相应的波动；另一方面，由于整流滤波电路内阻的存在，当负载变化时，内阻上的电压将产生相反的变化，于是输出电压平均值也将随之产生
10、相反的变化。因此，整流滤波电路输出电压会随着电网电压的波动而波动，随着负载电阻的变化而变化。为了获得稳定性好的直流电压，必须采取稳压措施。最简单的直流稳压电源是采用稳压二极管来稳定电压的。稳压二极管组成的稳压电路如图 电工课本170页稳压管稳压的原理实际上是利用稳压管在反向击穿时电流可在较大范围内变动但击穿电压却基本不变的特点而实现的。169170页 一般来说，在稳压二极管安全工作的条件下，R应尽可能小，从而使输出电流范围增大。稳压管稳压电路的优点是电路简单，所用元器件少；但是，因为受稳压管自身参数的限制，其输出电流较小，输出电压不可调，因此只适用于负载电流较小，负载电压不变的场合。3.7原理
11、图第四章： 制作与检测4.1安装与检查1.安装 对电路进行组装：按照自己设计的电路，在在通用板上焊接。焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象。对安装完成的电路板的参数及工作状态进行测量，以便提供调整电路的依据。经过反复的调整和测量，使电路的性能达到要求。安装前应检查元器件的质量，安装是特别要注意电解电容等主要器件的引脚和极性，不能接错。从输入级开始向后级安装。 开始安装稳压电源，检查万能板内部结构，确定其内部的电气连接属性1) 检查元器件看是否有损坏，或者不符合规格的，要及时更换。2) 安装一个元器件，先要用尖嘴钳将其引脚成型，然后用镊子把引脚放入孔内高度要适中，符合
12、电气标准完毕后，要用万用表测量元器件引脚和电路板之间是否接触良好，然后再安装下一个元器件。3) 对于导线要用斜口钳切成适当的长度，然后成型安装安装时必须采用绝缘良好的绝缘导线,在画连线的时候要取好元件与元件的距离.连接的时候线与线之间不能交叉。4) 应避免元器件损坏的发生，插元器件时候要垂直插拔以免行成不必要的损坏。2检查故障的方法1.查线法：由于在实验中大部分故障都是由于布线错误引起的，因此，在故障发生时，复查电路连线为排除故障的有效方法。应着重注意：有无漏线、错线，导线与插孔接触是否可靠，集成电路是否插牢、集成电路是否插反等。2.观察法：用万用表直接测量各集成块的Vcc端是否加上电源电压；
13、输入信号，时钟脉冲等是否加到实验电路上，观察输出端有无反应。重复测试观察故障现象，然后对某一故障状态，用万用表测试各输入/输出端的直流电平，从而判断出是否是插座板、集成块引脚连接线等原因造成的故障。3.信号注入法在电路的每一级输入端加上特定信号，观察该级输出响应，从而确定该级是否有故障，必要时可以切断周围连线，避免相互影响。4.信号寻迹法在电路的输入端加上特定信号，按照信号流向逐线检查是否有响应和是否正确，必要时可多次输入不同信号。5.替换法对于多输入端器件，如有多余端则可调换另一输入端试用。必要时可更换器件，以检查器件功能不正常所引起的故障。4.2布线图4.3电路的调试1) 静态调试 当连好
14、电路板的线路时，先不要急着通电，而因该从以下几个方面进行检测：A、对照原理图，用万用表一一检查线路的各个接口是否接通，是否有短路、断路或漏接的现象，如果有，因该及时改好电路连线。B、对照原理图，检查各元件是否接正确。2) 动态调试接通220V的电源，用数字万用表对所设计的电路实物进行测试,看电压是否在正常的范围内变化第五章 结论和心得 本设计主要利用电源变压器、整流二极管、滤波电容及稳压二极管来设计输出可调电压直流稳压电源。其结构简单，使用元器件较少；系统的可靠性好，其精度高，成本低，便于维修，且可作为一个独立的模块为其他电子设备提供电能。 在设计的过程中，遇到了不少的问题，通过翻阅资料得到解
15、决。我们在设计了电路以后中，发现电路板焊接后，不方便调试，于是加了两个插槽。调试时，有发现负电压的输出为零，通过用万用表检查发现原来焊接做的不好，有些焊点之间根本就没连接起来。起先为了焊接方便，我们没有将元件的管脚剪掉，而是互相搭接焊在一起，以至于造成了后来调试结果出不来，并且做的板子也不美观。我们便把起先那些没焊好的，都重新焊了一遍，用导线给焊接，在这过程，也注意一些美观的细节，终于是大功告成。最后在老师的指导下，一次性完成了最后的调试。 通过这次设计，了解了书本上没有的知识，更加巩固了所学的知识，也增强了自己灵活运用所学知识到实践中的能力。此外，也学到了许多的经验，做什么事都有思前想后，我
16、们在焊接时，就因为没有深入思考，把六脚开关接成了开关起作用时的状态，好在检查时发现了。这次的课程设计，获益匪浅，虽然从了解原理到设计电路，在到买元件，最后安装调试和课程设计书的撰写，花了很多时间，但是是值的，因为成就感让我们很满足，也让我深深体会到了做学问一定要有认真、严谨的治学态度，这也将对我以后的学习和工作起到莫大的帮助。经过一个多月的努力，终天完成的这个设计。从选题到画图制板花了差不多一个星期的时间，后面的调试占了大部分的时间。由于没有找到示波器，所以调试时，除了测试电压电流用到实物外，其他参数测试只能在仿真软件下进行的。在这里选用了multisim进行仿真，虽然multisim不是很难
17、学，但由于自己对multisim还没有熟练的掌握，仿真过程中还是会有一定的误差。在实际做成的电路板中,由于买不到等值参数的元件，测量出来的性能指标参数难免会有一定的误差,对元件封装的不了解，也造成了铜板的浪费。第一次做成的板子，由于没有注意到protel给出的LM317的原理图管脚，花费了大量的时间去调试。正确的管脚为:1脚为调整，2脚为输出，3脚为输入。焊板的时候，不要对着3D来焊，应以PCB为基准。3D图虽然形象的把电路板模拟出来了，但与实物还有有很大的差别的，特别是二极管，电解电容，极性错乱，而且有很多图没有样板。还有，12V的变压器输入的电压会比12V高一些的。虽然输出电压增加或减少由
18、LM317的调整脚上的串联电位器（R2）来控制，但是并联在LM317调整脚和输出脚上的电阻R1也可改变输出电压的最小值。本次的课程设计，培养了我们综合应用课本理论解决实际问题的能力；我觉得课程设计对我们的帮助是很大的，它需要我们将学过的理论知识与实际系统地联系起来，加强我们对学过的知识的实际应用能力！在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，同学们共同协作，解决了许多个人无法解决的问题；在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。但是由于水平有限，我们的课程设计难免会有一些错误和误差，还望老师批评指正。参考文献1.邱关源电路高等教育出版社技术；2.林涛模拟电子技术基础 重庆大学出版社；3.王港元电工电子实践指导江西科学技术出版社
