《模拟电子技术基础》课程设计说明书.doc

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1、目 录摘 要I1 绪 论11.1 直流稳压电源概述12 总体设计32. 1 设计的目的和任务32.1.1 设计目的32.1.2 设计任务32. 2 设计原理及其方案图42.2.1 设计原理42.2.2 总体设计方案图53 单元电路的设计63.1电源变压器73.2整流电路的设计83.3 滤波电路的设计93.4 稳压电路的设计103.4.1 固定式三端稳压器113.4.2 可调式三端稳压器124电路安装与指标测试144.1 安装整流滤波电路144.2 安装稳压电路部分144.3 总装及指标测试144 课程设计心得体会15参考文献16附录 元件清单17附录 整体电路图18摘 要多路输出直流稳压电源，

2、电路主要采用7805，7905，7812，7912，LM317三端稳压集成器实现功能，融入了整流桥的整流作用以及电容的滤波作用，共同实现多路直流稳压电源的输出。该电路可实现对交流220V电压的转化，转化为正负12V,正负5V,以及一组可调正电压。该电路板在以后的学习中将有很高的应用价值。关键字：三端稳压器，整流桥，滤波AbstractMy topic of curriculum design, multi-output DC power supply, the circuit mainly uses 7805,7905,7812,7912, LM317 three-terminal regul

3、ator integrated devices to achieve functional integration into the rectifier bridge rectifier and capacitive filtering role of the role of common A multi-channel DC power supply output. The circuit can be realized on AC 220V voltage transformation into positive and negative 12V, plus or minus 5V, an

4、d a set of adjustable positive voltage. The circuit board in a future study will have a high application value.Keywords: bridge rectifier, capacitors, three-terminal regulator1 绪 论1.1 直流稳压电源概述当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路-电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。

5、超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。袖珍计算器则是简单多的电池电源电路。不过你可不要小看了这个电池电源电路，比较新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。可以说电源电路是一切电子设备的基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备。小功率稳压电源的组成可以用图1. 1表示，它是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。 图1-1 直流稳压电源结构图和稳压过程 电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含

6、有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动（一般有10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。 当负载要求功率较大、效率高时，常采用开关稳压电源。 在电子设备中，所需的直流电能比较小，一般在千瓦以下，但要求电压的稳定性较高。通常对直流电源的要求是：输出电压稳定、纹波小、负载能力强等。直流电源的性能指标主要有如下几个参数：直流稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，反映直流稳压电源的固有特性，如输入电压、输出电压、输出电流、

7、输出电压调节范围；另一类是质量指标，反映直流稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。1、特性指标（1）输出电压范围符合直流稳压电源工作条件情况下，能够正常工作的输出电压范围。该指标的上限是由最大输入电压和最小输入输出电压差所规定，而其下限由直流稳压电源内部的基准电压值决定。（2）最大输入输出电压差该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所允许的最大输入输出之间的电压差值，其值主要取决于直流稳压电源内部调整晶体管的耐压指标。（3）最小输入输出电压差该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所需的最小输入输出之间的电压差值。（4）输出负载电流范围输出负载电流范

8、围又称为输出电流范围，在这一电流范围内，直流稳压电源应能保证符合指标规范所给出的指标。2、质量指标（1）电压调整率SV电压调整率是表征直流稳压电源稳压性能的优劣的重要指标，又称为稳压系数或稳定系数，它表征当输入电压VI变化时直流稳压电源输出电压VO稳定的程度，通常以单位输出电压下的输入和输出电压的相对变化的百分比表示。电压调整率公式见图221。（2）电流调整率SI电流调整率是反映直流稳压电源负载能力的一项主要自指标，又称为电流稳定系数。它表征当输入电压不变时，直流稳压电源对由于负载电流（输出电流）变化而引起的输出电压的波动的抑制能力，在规定的负载电流变化的条件下，通常以单位输出电压下的输出电压

9、变化值的百分比来表示直流稳压电源的电流调整率。电流调整率公式见图222。（3）纹波抑制比SR纹波抑制比反映了直流稳压电源对输入端引入的市电电压的抑制能力，当直流稳压电源输入和输出条件保持不变时，纹波抑制比常以输入纹波电压峰峰值与输出纹波电压峰峰值之比表示，一般用分贝数表示，但是有时也可以用百分数表示，或直接用两者的比值表示。（4）温度稳定性K集成直流稳压电源的温度稳定性是以在所规定的直流稳压电源工作温度Ti最大变化范围内（TminTiTmax）直流稳压电源输出电压的相对变化的百分比值。温度稳定性公式见图223。3、极限指标（1）最大输入电压是保证直流稳压电源安全工作的最大输入电压。（2）最大输

10、出电流是保证稳压器安全工作所允许的最大输出电流。2 总体设计2. 1 设计的目的和任务2.1.1 设计目的 1、通过集成直流稳压电源的设计，安装和调试，学会选择变压器、整流二极管、滤波电容、集成稳压器及相关元器件设计直流稳压电源；2、掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。2.1.2 设计任务 （1）设计任务根据技术要求和已知条件，完成对多路输出直流稳压电源的设计、装配与调试。（2）设计要求 要求设计制作一个多路输出直流稳压电源，可将220V/50Hz交流电转换为多路直流稳压电源输出：12V/1A，5V/1A，一组可调正电压 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元

11、件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。（选做：用PSPICE或EWB软件完成仿真） 安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。时间安排：1、 2010年1月18日分班集中，布置课程设计任务、选题；讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课设答疑事项。2、 2010年1月18日 至2010年1月21日完成资料查阅、设计、制作与调试；完成课程设计报告撰写。3、 2010年1月22日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。2. 2 设计原理及其方案图 2.2.1 设计原理 直流稳压电源主要由四部分组成：电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。如图8所示：1电源变压器：将电网交流电压变为

12、整流电路所需的交流电压，一般次级电压u2较小。2整流电路：将变压器次级交流电压u2变成单向的直流电压u3，它包含直流成份和许多谐波分量。3滤波电路：滤除脉动电压u3中的谐波分量，输出比较平滑的直流电压u4。该电压往往随电网电压和负载电流的变化而变化。4稳压电路：它能在电网电压和负载电流的变化时，保持输出直流电压的稳定。它是直流稳压电源的重要组成部分，决定着直流电源的重要性能指标。图2-1 直流稳压电源 2.2.2 总体设计方案图 图2-1 直流稳压电源基本组成框图 图2-2 直流稳压电源基本应用电路第三章 单元电路的设计3.1电源变压器电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整

13、流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效率为：其中：是变压器副边的功率，是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表1所示：表1 小型变压器的效率 副边功率 效率0.60.70.80.85因此，当算出了副边功率后，就可以根据上表算出原边功率。设计要求的电源变压器为双1525。原边输入功率为。副边输出功率为因为所选电源变压器为双1525，由表中数据可知，则，所选25W符合要求。电源变压器的实际效率为3.2 整流电路的设计 桥式整流属于全波整流，它不是利用副边带有中心抽头的变压器,而是用四个二极管接成电桥形式，使在电压V2的正负半周均有电流流过负载，在负载形成单方向的全波脉动电压。为了保留全波整

14、流电路效率高、脉动系数小的优点而克服其反向电压高的缺点，若使二极管承受的反向电压和半波电路一样，比全波整流电路减少一半，使二极管成本下降，可在此基础上多用几只二极管，如图3.1所示电路就基本解决了上述问题。 图3-1 桥式整流电路1）电路组成及工作原理 桥式整流电路由四只二极管组成的一个电桥，电桥的两组相对节点分别接变压器二次绕组和负载。这种电路有三种画法，如图所示。在工作时，D1、D2与D3、D4两两轮流导通。在u2正半周，二极管D1和D2正向导通，而D3、D4反向截止，形成负载电流i0，i0流通路径为：aD1RLD2ba，u0=u2；在u2的负半周，二极管D3和D4正向导通，而D1、D2反

15、向截止，形成负载电流i0，i0流通路径为：bD3RLD4ab， u0=u2。 由此可见，不论哪两只二极管导通，负载电流的方向都始终保持不变。电路各处电压、电流波形如图3.2 所示。 图3-2 桥式整流电路的波形图2）输出电流电压U0 由桥式整流电路的波形可知，其输出电压及流过二极管的电流与全波整流的波形相同： U0=0.9U2 3）整流二极管的选择 由桥式整流电路的波形可知，每只二极管截止时所承受的反向电压为变压器副边电压峰值，因此，各二极管所承受的最大反向电压为 URM=1.4U2 虽然是全波整流，由于二极管仍然是只有半个周期导通。此值与半波整流电路相同，负载上的电流是这个数值的2倍。3.3

16、 滤波电路的设计整流电路输出波形中含有较多的纹波成分，与所要求的波形相去甚远。所以通常在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。滤波电路常有电容滤波，电感滤波和RC滤波等。本设计中采用电容滤波电路 图3-3 电容滤波电路图3-3分别是桥式整流电容滤波电路和它的部分波形。这里假设t0时，电容器C已经充电到交流电压V2的最大值（如波形图所示）。整流二极管VL1VL4组成单相桥式整流电路，将交流电压U2变成脉动的直流电压。再经滤波电容滤除波纹Ui.Ui与交流电压U2的关系为Ui=(1.11.2)U2每支整流二极管的最大反向电压Urm=U2。通过每支整流二极管的平均电流。式中R为整流滤波电路的负

17、载电阻，为电容提供放电回路，RC放电时间常数应该满足RC.式中T=20ms。 3.4 稳压电路的设计 集成三端稳压器具有体积小，外围元件少，调整简单，使用方便且性能好，稳定性高，价格便宜等优点，因而获得越来越广泛的应用。 常见的有固定式和可调式两类集成三端稳压器，内部多以串联型稳压电源为主，还有适当的过流、过热等保护电路。一般固定式较便宜，可调式较贵，性能也好些，功率相对也较大。3.4.1 固定式三端稳压器 主要有7800系列（输出正电压）和7900系列（输出负电压）。后两位数字通常表示输出电压的大小。图3-4是外形图和电路符号。加散热片后允许功耗达到7.5W，普通型稳压器最大输出电流为1.

18、5A。图3-4 固定式集成三端稳压器外形及电路符号1. 基本应用电路 图3-5所示为基本应用电路。具体型号应根据输出电压大小和极性选择。VI和VO间的差压，即|VIVO|（35）V。图中C1用于抑制芯片自激，应尽量靠近稳压器管脚；C2用于限制芯片高频带宽，减小高频噪声。如果对输出要求高，还应接10F以上的电解电容作滤波用。图3-5 固定式三端稳压器基本应用电路 3.4.2 可调式三端稳压器 常见产品有LM317、LM337等，国产型号有CW317、CW337 。后两位数字为17的为正电压输出；若是37，则为负电压输出。其特点是输出电压连续可调，调节范围较宽，其电压调整率、负载调整率等指标均优于

19、固定式三端稳压器。图3.9为其外形图和电路符号。图3-6 可调式集成稳压器 图3.10为其典型应用电路，可调范围为1.2V37V，最大输出Io = 1.5A（普通型）。式中，1. 25是输出与调整端之间的参考电压VREF。R的选择应使流过其自身的电流远大于IA。一般取R=（120240）欧，RW使用多圈电位器，C2可进一步减小输出电压的纹波。二极管D可防止输出端与地短路时，C2上的电压损坏稳压器。图3-7 可调式集成稳压器典型应用 1.同时输出15V电压的稳压电路 图3-8 同时输出15V电压的稳压电路 2.输出 512V可调的稳压电路 图3-9 输出 512V可调的稳压电路 第四章 电路安装

20、与指标测试4.1 安装整流滤波电路首先应在变压器的副边接入保险丝FU，以防电源输出端短路损坏变压器或其他器件，整流滤波电路主要检查整流二极管是否接反，否则会损坏变压器。检查无误后，通电测试（可用调压器逐渐将输入交流电压升到220V），用滑线变阻器作等效负载，用示波器观察输出是否正常。4.2 安装稳压电路部分 集成稳压器要安装适当散热器，根据散热器安装的位置决定是否需要集成稳压器与散热器之间绝缘，输入端加直流电压UI（可用直流电源作输入，也可用调试好的整流滤波电路作输入），滑线变阻器作等效负载，调节电位器RP，输出电压应随之变化，说明稳压电路正常工作。注意检查在额定负载电流下稳压器的发热情况。4

21、.3 总装及指标测试 将整流滤波电路与稳压电路相连接并接上等效负载，测量下列各值是否满足设计要求： Ui为最高值（电网电压为242V），Uo为最小值（此例为+5V），测稳压器输入、输出端压差是否小于额定值，并检查散热器的温升是否满足要求（此时应使输出电流为最大负载电流）。 Ui为最低值（电网电压为198V），Uo为最大值（此例为+12V），测稳压器输入、输出端压差是否大于3V，并检查输出稳压情况。 如果上述结果符合设计要求，便可按照前面介绍的测试方法，进行质量指标测试。 。第五章 课程设计心得体会在这次模拟电子技术基础课程设计中，我在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我通过

22、查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、设计的能力，在各种其它能力上也都有了提高。我将所学知识运用到设计中，按照设计要求设计电路的参数，在按对应的参数选取元器件，通过查找资料了解元器件的主要特性与相关使用注意事项。在电路设计中选取最优元件来满足设计的要求。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。在本次设计中，同时也发现自己的许多不足之处。虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决，说明我将书本知识转化为实践能力的水平还很薄弱。在实验仿真调试的过程中偶有问题发生，如调试波形有明显的失真、波特仪上无图像显示、实验数据

23、明显误差偏大等等，这些自己都不能静下心来细细分析和解决。在实验中，马马虎虎以获得实验数据。这次课程设计和期末考试时间上有冲突，以至于自己忙于复习和课设之间，在课设中还有很多不足的地方。相信以后我会以更加积极地态度对待我的学习、对待我的生活。我的激情永远不会结束，相反，我会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己的优点，去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。只有不断的测试自己，挑战自己，才能拥有更多的成功和快乐！参考文献1 吴友宇. 模拟电子技术基础.清华大学出版社，2009年5月2 康华光. 电子技术基础.北京：高等教育出版社, 2006

24、年01 月3 张宪 编电子电路制作指导，北京 化学工业出版社，2005年8月版.4 张友汉 编电子技术基础教学参考书,北京 高等教育出版社,2005年6月版5 吴慎山. 电子线路设计与实践高等学校电子信息类教材. 电子工业出版社, 2005 年09 月附录 元件清单名称序号型号参数数量电容C12200uF1C22200uF1C32200uF1C42200uF1C52200uF1C6220uF1C7220uF1C8220uF1C9220uF1C10100nF1C11100nF1C12100nF1C13100nF1C14100F1 二极管D11N40071D21N40071D31N40071D41N40071 可调电阻R1 2K1 电阻R2 2001 变压器T118V1附录 整体电路图