1引言

2設計任務及要求

   1.1設計任務

   1.2設計要求

3整體構思

4方案選擇

    4.1整流電路方案選擇

    4.2濾波電路方案選擇

    4.3穩壓電路方案選擇

5各部分定性說明及計量計算

    5.1電源變壓器的計算

    5.2單橋整流中的二極管計算

    5.3濾波電容C的計算

    5.4穩壓電路部分的計算

6仿真結果展示

7問題及排除措施

8設計心得體會

參考文獻

附錄

2.1設計任務

直流穩壓電源。

2.2設計要求

輸出電壓可以在3——10V連續調節，且輸出電流可拓展。

而且要求適當考慮如何采取短路保護措施。并在實驗過程中切忌由于操作不慎，發生短路，燒毀變壓器。

根據要求設計穩壓直流電源，輸出電壓在3V到10V之間，所以根據所學模擬電子技術知識應該先有一個變壓器可將220V交流電轉換為我們設計電源所需的電壓大小，所以設計電路的最先一部就是變壓器了。所以首先選擇變壓器。

然后已經得到我們所需的交流電壓，接下來我們就要考慮怎樣將交流電轉換為直流電了，因為我們要做的就是直流穩壓電源。下一步就應該是整流部分了，是交流電轉換為直流電。整流電路也是種類繁多所以整流電路就應該是我們所考慮的了。

通過變壓和整流我們所得到的直流電，但是并不符合最后的要求，根據所學的知識我們所得的直流電還是會隨著電網電壓的變化而變化，不是一個穩定的直流電，因此緊接著需要做的就是濾波電路和穩壓電路。

經過這幾步我們進行組合我們已經得到一個穩壓直流電源了。如圖1所示。

                                   圖1  穩壓直流電源

對直流穩壓電路的四部分電路進行方案設計選擇，四部分電路分別是電源電壓器，整流電路，濾波電路，穩壓電路。

4.1整流部分選擇

整流電路部分可供選擇的有兩個方案。

方案一：單相半波整流電路

方案二：單相橋式整流電路

方案一： 單相半波整流電路如圖2所示。

設變壓器副邊電壓的有效值為U2。則其瞬時值u2=在u2的正半周，A點為正，B點為負，二極管導通，電流從A流出，經過二極管D和負載電阻流入B點，=。在u2的負半周，B點為正，A點為負二極管外加反向電壓，因而處于截止狀態，u0=。負載電阻電阻的電壓和電流都具有單一方向脈動的特性。

主要參數：

S愈大脈動愈大

特點：

半波整流電路有結構簡單，使用元件少等優點，但是輸出波形脈動大，直流成分低，變壓器有半個周期不導電，利用率低，變壓器含有直流成分，容易飽和，輸出電流小。

方案二：單相橋式整流如圖3所示。

                      圖3 單相橋式整流

工作原理：

    設變壓器副邊有效值為U2則瞬時值u2=。當U2位正半周時，電流有A點流出，經過D1，RL，D3流入B點，因而負載電阻RL上的電壓等于變壓器副邊即U0=U2,D2,D4管承受的反向電壓為-U2，D3,D1承受的反向電壓為U2。由于D1,D3和D2,D4兩隊二極管交替導通，致使負載RL上在U2的整個周期都有電流（反向不變）通過。單相橋式整流電路采用了四只二極管組成了電橋電路。四只二極管每兩只輪流工作，完成了對支流電源的整流作用，輸出為全脈動電壓。橋式整流電路輸出波形脈動較小，輸出電壓高，對二極管的要求低，但是相對與半波整流電路相對復雜。

綜上所述兩種方案，單相橋式整流電路更實用效率高要求低，所以選擇方案二作為整流部分。

4.2濾波電路的選擇

根據所學知識并查文獻知，濾波電路主要有五種方案。分別是電容濾波，電感濾波，LC濾波，LC-II型濾波，RC-II型濾波。

方案一：電容濾波如圖4所示。

圖4 電容濾波

工作原理：

在U2的正半周，當D1,D2導通時，除了有一個電流i0流向負載外同時還有一個電流ic流向電容充電，電容電壓Uc的極性為上正下負，如果忽略二極管內的電阻，則在二極管到同時Uc=U0=U2，當U2達到最大值時開始下降，此時電容上的電壓Uc也將由于放電開始下降，當Uc=U2時二極管D1,D2被反向偏置，因而不導電，于是Uc以一定的規律下降。

特點：

電容濾波的結構簡單因而經常被采用，電容濾波適用于小電流負載，它的外特性比較軟，采用時二極管中將流過較大的沖擊電流。

方案二：電感濾波電路如圖5所示。

                          圖5  電感濾波電路

工作原理：

當輸出電流發出變化時,L中將感應出一個反電動勢，其方向將阻止電流發生變化。在半波整流，這個反動勢將是整流管導通角大于180度，在橋式整流中U2極性由正變負后，雖然L上的反電動勢有助于D1,D2繼續導電，但是由于此時D3,D4導電，變壓器二次電壓全部加在D1,D2反向截止。

特點：

降低了輸出電壓的脈動成分，外特性比較硬。電流輸出波形比較平滑，避免了產生較大的沖擊電流。輸出電壓較低，設備比較笨重。

方案三：LC濾波電路如圖6所示。

                        圖6  LC濾波電路

工作原理：

實際上是電感和電容基本特性的組合利用輸出電壓的的交流成分絕大部分降落在電感上，電容C對交流接近于短路，由于整流后先進行電感濾波，總特性于電感濾波電路相似。LC濾波電路外特性比較好，輸出電壓對負載影響小，電感元件限制了電流的脈動峰值，減小了對整流二極管的沖擊。

方案對比，綜上所述選用方案一電容濾波比較好。

4.3穩壓電路的選擇

方案一：串聯型穩壓電路

方案二：三端穩壓電路

方案一：串聯穩壓電路如圖7。

   

工作原理：

• 采樣電阻
  

有電阻R1,R2,R3組成。當輸出電壓發生變化時采樣電阻對變化進行采樣，并傳達到放大電路的反向輸入端。

• 放大電路
  

放大電路A的作用是將采樣電阻送來的變化量進行放大，然后傳送到調整管的基極。

• 基準電壓
  

基準電壓由穩壓管Dz提供，接著放大電路的同輸入端。采樣電壓與基準電壓進行比較，得到的差值再由放大電路進行放大。

• 調整管
  

調整管接在輸入直流電壓U1與輸出端的負載電阻R1之間，當輸出電壓U0發生變動時，調整管的集電極電壓產生相應的變化，使輸出電壓基本保持穩定。

優點：輸出電壓在一定范圍內可調。

缺點：所用元件比較多，比較復雜。

方案二：利用三端穩壓器構成輸出電壓可調的穩壓電如圖8所示。

圖8 三端穩壓器

               圖9  利用三端穩壓器構成輸出電壓可調的穩壓電路

工作原理：

最簡單的集成穩壓電源只有輸入，輸出和接地端，故稱之為三端集成穩壓器。W7800系列三端固定電壓穩壓器其內部采用串聯型晶體管穩壓電路，穩壓電路的硅片封裝在普通功率管的外殼內，內部集成有短路和過熱自我保護電路。W7800系列三端固定電壓集成穩壓器引腳功能。

由于設計任務要求可以擴展電流，故采用方案二，并加晶體管擴展電流。

一般調整管的飽和管壓降在2v--3v左右，而輸出最大電壓要求10v，已飽和管壓降為3v計算，為了使調整管工作在放大區，則最小輸出電壓不能小于13v，為了保險起見，可選擇220v--15v的變壓器。取最大輸出電流為1A。則功率P=U1=15W,故選220V---15V，功率為20W的變壓器。

5.2單橋整流中的二極管計算

由于U=15V，所以最高反向工作電壓.

最大整流平均電流.

查手冊選擇1N4001，具體參數如表1所示。

                          表1 1N4001二極管參數

5.3濾波電容C的計算

則求得求得C=1670。選取標準值2200。

5.4穩壓電路部分的計算

三端穩壓塊選擇：LM117K其具體參數為1.2Vto37V三端正位穩壓器。

運算放大器選擇：UA741CP，其工作電壓Max 36v，工作電壓Min 7v，符合電路要求電容選擇,。

電阻的選擇：由公式

以及任務要求3V--10V，故選擇,分別為。

（1.）起初穩壓電路的選擇出現問題，剛開始選擇的是串聯穩壓電路，雖然輸出電壓可以在3v--10v進行調節，但輸出電流不可擴展。原因是考慮方案時沒有全局觀念。

（2.）選擇三端集成穩壓器時錯誤，導致輸出電壓不可調。因此選擇芯片前要詳細了解芯片的詳細參數和使用條件。

經過本次課程設計，我終于理解了理論聯系實踐的重要型，尤其在電子技術方面。這次課程設計讓我收獲很多。不僅增強了我們動手能力而且也使我們對課本知識有了更深入的認識。

通過本次的課程設計，我總結了一下幾點：

第一，在設計過程中要有耐心，遇到問題時要沉住氣，不能浮躁，要耐心認真找出問題及時改正。

第二，設計過程要有全局觀念，并要有一絲不茍的認真態度。

第三，對于自己不會的問題，要在自己苦心思索之后，再去向老師和同學尋求幫助，已取得最大的收獲。

    第四，對于基礎知識的掌握有待提高，每次去做實驗之前都要先把課本上的再看一眼。有時候還會出錯。所以還是要把課本上的知識掌握得更加牢固。

    第五，要有團隊意識，要和同學互相幫助，協調好使用儀器的時間。在最短的時間內完成每個人的實驗。

此次設計加強了我們對設計的興趣。我們認識到做什么都要有一個嚴謹的態度和不畏艱險的心態才能成功。同時也為以后的設計打好堅實的基礎。

直流穩壓電源.doc (1.34 MB, 下載次數: 87)

2019-4-19 16:07 上傳

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