模电课程设计报告书

课程设计报告书题目：连续输出的直流稳压电源课程：模拟电路课程设计院系：电气与电子工程学院专业：通信工程专业班级：电1105-3班学号：20112534姓名：张浩设计期限：2013年6月29日—2013年7月4日指导教师：马月辉1目录一·摘要――――――――――――――――――――――――――――――2二·设计目的—————―――――――――――――――――――――――2三·设计任务及基本要求―――――――――――――――――――――――2四·关键字―――――――――――――――――――――――――――――2五·正文――――――――――――――――――――――――――――――35.1所用器材――——————————―――――――――――――——35.2设计原理——————――――――――――――――———————35.3设计原理图―――――――――――――――――――———————45.4设计步骤———————————————————————————45.5电路图————————————————————————————65.6电路仿真图——————————————————————————6六·心得体会――――――――――――――――――――――――――――8七·参考文献――――――――――――――――――――――――――――92一、摘要：当今社会，人们极大的享受着电子设备为人们带来的便利，但是每一个电子设备都有一个共同的核心部分——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，这些电源的样式、复杂程度也是千差万别。本实验所设计的是一款可调节的连续输出的直流稳压电源。该类电源优点是稳定性高，纹波小，可靠性高，易做成多路，输出连续可调的成品。连续输出的直流稳压电源一般由电源变压器、整流、滤波电路及稳压电路所组成，从电网输出的交流电通过整流电路流入该电源，经过整流后成为单一方向直流电，再经过滤波电路进行滤波，最后再进行稳压，输出稳定的符合要求的电压。该可调节的连续输出的直流稳压电源能够根据负载的要求输出相应的电压值，而且通常这个电压值是稳定的直流电能。因为在生产生活中，我们的生活越来越趋向于自动化，也就越来越简便，所以就产生了对可调连续输出的直流电源的需求，这种电源在各种电子产品中也起着核心作用，因此，直流稳压电源在电源中占有十分重要的地位。二、设计目的1、学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路的基本设计方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。2、学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。3、培养实践能力，提高分析和解决实际问题的能力。4、使学生在理论计算、结构设计、工程绘图、查阅设计资料、标准与规范的运用和计算机应用方面的能力得到训练和提高。三、设计任务及基本要求可调节的连续输出的直流稳压电源1、输出电压：6~7v2、最大输出电流：I=500（mA）四、关键字稳压管发光二极管二极管电阻滑动变阻器电容3五、正文5.1所用器材器材规格数量稳压管LM3171个二极管IN40076个发光二极管LED1个电阻120Ω1个电阻2KΩ1个电阻2.2KΩ1个可变电阻20KΩ1个可变电阻2.2KΩ1个电容3300uF1个电容220uF1个电容）0.01uF1个电容0.1uF1个5.2设计原理采用输出电压可调且内部有过载保护功能的三端集成稳压器（LM317），输出电压调整范围较宽，带负载能力强，该电路采用器件较少成本低且组装方便、可靠性高。稳压部分采用三端稳压器等分立元器件，元器件先进，技术成熟，完全能够达到题目要求，该电路采用器件较少成本低且组装方便、可靠性高。本实验包括三部分，整流电路，滤波电路，稳压电路。整流电路：整流电路的主要作用是把经过变压器降压后的交流电通过整流变成单个方向的直流电，但是这一种直流电的幅值变化很大。它主要是通过二极管的截止和导通来实现的。常见的整流电路主要有全波整流电路、桥式整流电路、被压整流电路，而我们选取的是单相桥式整流电路来实现设计中的整流功能。滤波电路：基本上是采用电容滤波电路。由于电容在电路中也有储能作用，并联的电容器在电源供给的电压升高时，把部分能量储存起来，而当电源电压降4低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑。由于本电路后级是稳压电路，因此可以是有电容滤波电路进行简单滤波。稳压电路：因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器压内含有过滤、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良，不易损坏，使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的电压稳压电源。5.3设计原理图T工频交流脉动直流直流整流滤波稳压负载图1原理图5.4设计步骤1.电路图设计（1）确定目标：设计整体是有那几部分构成，各个模块之间的信号传输及处理过程，画出直流稳压电源方框图。（2）系统分析：根据各模块功能，选择各个模块所用的电路形式。（3）参数选择：根据系统指标的要求，确定各个模块中元件的参数。（4）总电路图：连接各个模块的电路图。2.分电路设计（1）整流电路单相桥式整流电路如图所示，四只整流二极管D1～D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。单相桥式整流电路的工作原理为简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。t023422Ut0234ou22U图2整流电路图3输出波形图5在输入正弦交流电压的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D4正向导通，D2、D3反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。在输入正弦交流电压的负半周，其极性相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D3流向RL，再由二极管D2流回变压器，所以D1、D4反偏截止，D2、D3正向导通。电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。通过负载桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向RL的电流iL以及电压vL的波形都是单方向的全波脉动波形。电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。电路的缺点是二极管用得较多，但目前市场上已有整流桥堆出售，如QL51A～G、QL62A～L等，其中QL62A～L的额定电流为2A，最大反向电压为25～1000V。在这里由于：URM=/¯2U2＝/¯2×12＝16.968V,Iomax=0.2AIN4007的反向击穿电压URM≥50V，额定工作电流ID=1A，故整流二极管选用IN4007，用四个1N4001二极管组成桥式整流电路，将小电压交流电进行全波整流变为直流。(2)滤波电路经过整流后得到的脉冲直流纹波还是很大的，所以要经过滤波电路的滤波，滤波电路通常有电容滤波，电感滤波，II型滤波等。电容滤波适应小电流负载VL＝1.2V2电感滤波适应大电流负载VL＝0.9V2LC滤波适应性较强VL＝0.9V2RC或LC∏型滤波适应小电流负载VL＝1.2V2由于电感的体积和制作成本等原因，我们多采用电容滤波，其作用是把脉动直流电压中的大部分纹波加以虑除，一得到较平缓的直流电压，在这里我选用3300μF的电容来滤波。（3）稳压电路由于稳压电路发生波动、负载和温度发生变化，滤波电路输出的直流电压会随着变化。因此，为了维持输出电压稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）等发生变化时，使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件组成。采用集成稳压器设计的电源具有性能稳定、结构简单等优点。集成稳压器的种类很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按照输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可以分为正电压输出和负电压输出两种类型。按照设计要求本设计要用到可调式三端稳压器。其常见产品有CW317、CW337、LM317、LM337。其中317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连续可调的负电压，可调范围为1.2～37V，最大输出电流为1.5A。在这里我们选择LM317作为三端稳压器。6稳压器输入端的电容用来进一步消除纹波,此外，输出端的电容起到了频率补偿的作用，能防止自激振荡，从而使电路稳定工作。3.电路安装调试（1）自行设计电路板并焊接。（2）在每个模块的输入端加一个输入信号，测试其输出信号，以验证每个模块是否能够达到规定的指标。（3）重点测试稳压电路稳压系数。（4）将各个模块连接起来，整体调试，并测量各项指标进行对比。5.5电路图说明：稳压器输入端的电容用来进一步消除纹波,此外，输出端的电容起到了频率补偿的作用，能防止自激振荡，从而使电路稳定工作。5.6电路仿真图分别调节可变电阻，下图为其分别在最左端、中点和最右端是的仿真结果：7（1）当负载电阻R3和RL总值为24Ω时，输出直流电压为Uo=+12.0V，最大输8出电流接近500mA，纹波电压即V(峰-峰)=△VOP-P≤5mV。（2）当RL增大时，负载上通过的电流减小，纹波电压增大，最大时V(峰-峰)≤5mV,符合设计要求。（3）当负载电阻足够大时，电路参数依然符合要求。（4）经过测量计算最后得出：稳压系数：Sr≤1%，电源能够输出1~24V的可调电压。六、心得体会之前本以为直流稳压电源设计会很简单，而实际做起来发现并非想象中的那么简单。但最终还是有所成功的。现在觉得，作设计就应该有种踏实的态度，简单也好，难做也罢，只要我们静下心来投入到其中，也就成功了一半。而自己掌握的比较差，但我仔细看了看课本，所以在设计此次电源时，我脑海中就有了最初的单元电路，翻模电课本在结合自己的设计之后我完成了自己的设计，通过本次设计，懂得了制作过程中电路处理的方法，并了解了直流稳压电源的系统方案论证与选择和各模块方案设计与论证，让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标，也让我们认识到在此次设计电路中所在的问题；而通过不断的努力去解决这些问题。通过自己预先设计的电路，然后再参考一些书籍上的电路并经过修改和创造，设计成了最终符合要求的电路原理图，并进一步了解和学习了整个电路的各个部分的具体工作原理，达到了理想的要求。最后我用MultiSIM软件对电路图进行了部分仿真。经过对前面部分电路的仿真我掌握了仿真的具体方法。总的来说我对仿真的结果还是比较满意。这次的设计实验我不仅进一步学习了稳压电路的原理和设计，以及对电路的更深一步的了解，特别是掌握了仿真的方法，学会了仿真软件的应用，获益匪浅。经过这次的课程设计我收获了很多，也学习到了很多有关专业方面的知识！在这次的实验设计过程中，我初步掌握了直流稳压电源的调试方法，学会了直流稳压电源电路的安装及使用，同时也熟悉了电子技术设计的一些基本方法和技巧，了解了稳压直流电源的组成部分和各部分的具体的作用，并且通过专研和实际的调试，测试，掌握了各级输出级的电压值以及各电压的输出波形的具体测量方法和误差分析。学会了电路各部分元件参数的计算和确定，以及通过对实验参数指标的要求和各部分电路各个元件之间的关系来准确的确定具体的电路和元件的实际参数。通过对电路的理论分析从而在一定程度上大致分析所得的试验结果进行分析和确定正确与否，也通过实际的操作和对各元件的实际参数与理论值之间的差别了解了各影响因素对电路和试验结果的影响。以及采取怎样的措施来有效的减小以致消除外界不稳定因素对试验参数的影响，从而使测量的结果尽量准确，尽量与理论值之间的差别缩小到最小。虽然在这次的实验设计和参数的确定以及试验结果的测试的过程当中也遇到了一些困难和迷惑，但是通过查阅相关的资料和书籍，并且跟同学互相探讨和研究