1、<p>　　物理與電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p><b>　　直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　作　　者　 </p><p>　　專(zhuān)　　業(yè)　　 </p><p>　　年　　級(jí)　　 </p><p>　　指導(dǎo)教師　　

2、 </p><p>　　成 績(jī) </p><p>　　日　　期　　 </p><p><b>　　直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　摘要：本直流穩(wěn)壓電源是根據(jù)模擬電子技術(shù)的知識(shí)設(shè)計(jì)而成，用來(lái)測(cè)量直流電壓，測(cè)量范圍為+12V，-12V,+15V,-15V。直流穩(wěn)壓

3、是一種當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或溫度負(fù)載改變時(shí)，能保證輸出電壓基本不變的電源。其電源電路包括電源變壓器，直流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路四個(gè)環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)中要用的元件有：變壓器、整流二極管、電解電容、瓷片電容、端子。</p><p>　　關(guān)鍵詞：直流 電源 整流 濾波 穩(wěn)壓</p><p>　　1　引言：說(shuō)到穩(wěn)壓?jiǎn)栴}，歷史悠久。目前，線性繼承穩(wěn)壓器已發(fā)展到幾百個(gè)品種。按結(jié)構(gòu)分為串聯(lián)式和并聯(lián)式集成穩(wěn)壓器。按照

4、輸出電壓類(lèi)型可分為固定式和可調(diào)式集成穩(wěn)壓器。按照腳管的引線數(shù)目可分為三端式和多端式集成穩(wěn)壓器。按制造工藝可分為：半導(dǎo)體式，薄膜混合式和厚膜混合式集成穩(wěn)壓器。按輸入輸出之間的壓差由可分為一般的壓差和低壓差兩大類(lèi)，等等。目前，通過(guò)電子課程設(shè)計(jì)能很好的提高大學(xué)生的動(dòng)手實(shí)習(xí)能力，也能很好的提高大學(xué)生的創(chuàng)新、設(shè)計(jì)和實(shí)踐能力，因此才設(shè)計(jì)了這個(gè)直流穩(wěn)壓電源，又稱(chēng)集成直流穩(wěn)壓電源。</p><p><b>　　2　設(shè)計(jì)

5、方案論證</b></p><p>　　方案一：采用LM317、LM337共地可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源</p><p>　　LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器電源能夠連續(xù)輸出可調(diào)的直流電壓，不過(guò)它只能允許可調(diào)的正電壓，穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過(guò)流，過(guò)熱保護(hù)電路；由一個(gè)電阻（R）和一個(gè)可變電位器(RP)組成電壓輸出調(diào)節(jié)電路，輸出電壓為：Vo=1.25(1+RP/R)。LM337輸出為負(fù)的可調(diào)電壓，采用兩

6、個(gè)獨(dú)立的變壓器分別和LM317及LM337組裝，操作比較簡(jiǎn)單。電路圖2-1所示</p><p>　　圖2-1 LM317與LM337組裝電路</p><p>　　方案二: 采用LM7815,LM7812、LM7912和LM7915組成穩(wěn)壓電路</p><p>　　LM7815固定式三端穩(wěn)壓器可輸出+15V電壓如圖2-2,固定式三端可調(diào)穩(wěn)壓器LM7812和LM791

7、2組裝電路可對(duì)稱(chēng)輸出±12v,其電路圖如圖2-3所示.其電路圖如圖2-4所示.</p><p>　　圖2-2 LM7815</p><p>　　圖2-3 LM7812和LM7912組裝</p><p><b>　　方案的最終選擇</b></p><p>　　方案一的電路由三端可調(diào)式穩(wěn)壓器LM317和LM337組

8、裝而成,可輸出范圍為±1.25 -±12連續(xù)可調(diào),通過(guò)對(duì)Rw的調(diào)整可輸出+5V, ±12,(3-9)V連續(xù)可調(diào).其電路組裝比較簡(jiǎn)單,但輸出所需電壓時(shí)需要調(diào)整可變電阻,不能直接輸出,因此使用時(shí)不方便.方案二由三端可調(diào)式穩(wěn)壓器和三端固定式穩(wěn)壓器共同組成,所用器件比方案一多,但電路組裝簡(jiǎn)單,不會(huì)增添麻煩,在方案二中可直接得到+5v和±12的輸出電壓.使用式比較方便,綜上所述,方案二比方案一合理,因此選擇

9、方案二</p><p>　　2．1　本設(shè)計(jì)采用橋式整流</p><p>　　單相橋式整流電路與半波整流電路相比，在相同的變壓器副邊電壓下，對(duì)二極管的參數(shù)要求式一樣的，并且還具有輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，因此在次設(shè)計(jì)中我選用單相橋式整流電路。</p><p>　　在調(diào)整管部分，既可以采用單管調(diào)整也可以采用復(fù)合管調(diào)整，但在此設(shè)計(jì)中要求額定電流Io=2A，

10、如果用單管的話，可能不能達(dá)到這么大的輸出電流，因此在此設(shè)計(jì)中我選用復(fù)合管做調(diào)整管。</p><p><b>　　濾波電路：</b></p><p>　　經(jīng)整流后的電壓仍具有較大的交流分量，必須通過(guò)濾波電路將交流分量濾掉。盡量保留其輸出中的直流分量，才能獲得比較平滑的直流分量。</p><p>　　可以利用電容兩端電壓不能突變或流經(jīng)電感的電流不

11、能突變的特點(diǎn)，將電容與負(fù)載并聯(lián)，或?qū)㈦姼信c負(fù)載串聯(lián)就能起來(lái)濾波作用。</p><p>　　其主要常見(jiàn)的整流濾波電路如下：</p><p>　　我選用的是（b）電路</p><p><b>　　穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　由于濾波后的直流電壓Ui受電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和負(fù)載電流變化的影響（T的影響）很難保證輸出電流電壓

12、的穩(wěn)定。所以必須在濾波電路和負(fù)載一直加上穩(wěn)壓電路，才能保證輸出直流電壓的進(jìn)一步穩(wěn)定。</p><p>　　單元電路的設(shè)計(jì)和元器件的選擇</p><p>　　集成直流穩(wěn)壓電源由四部分組成:</p><p>　　四部分分別為:電源變壓器,整流電路,濾波電路,穩(wěn)壓電路,方框圖3-0</p><p><b>　　3.1 整流電路</b

13、></p><p>　　管D1～D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱(chēng)。如圖3-2-1</p><p>　　圖3-2-1 橋式整流電路</p><p>　　圖3-2-2 橋式整流原理</p><p>　　在v2的正半周，電流從變壓器副邊線圈的上端流出，只能經(jīng)過(guò)二極管D1流向RL，再由二極管D3流回變壓器，所以D1、D3正向?qū)?，D2

14、、D4反偏截止。在負(fù)載上產(chǎn)生一個(gè)極性為上正下負(fù)的輸出電壓。其電流通路可用圖中實(shí)線箭頭表示。</p><p>　　在v2的負(fù)半周，其極性與圖示相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，只能經(jīng)過(guò)二極管D2流向RL，再由二極管D4流回變壓器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向?qū)?。電流流過(guò)RL時(shí)產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負(fù)，與正半周時(shí)相同。其電流通路如圖中虛線箭頭所示。</p><p>　　綜上所

15、述，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦?，將四個(gè)二極管分為兩組，根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導(dǎo)通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負(fù)載電阻的上端相連，負(fù)極性端與負(fù)載電阻的下端相連，使負(fù)載上始終可以得到一個(gè)單方向的脈動(dòng)電壓。</p><p>　　結(jié)合上述分析，可得橋式整流電路的工作波形如圖3-2-2 </p><p>　　3.2 濾波電路及濾波電容的選擇</p><p&

16、gt;　　濾波電路及其原理如下圖3-3-1所示:</p><p>　　3-3-2 RC濾波電路電容濾波電路中二極管的電流和導(dǎo)通角</p><p>　　為了得到平滑的負(fù)載電壓，一般取</p><p>　　RLC>=(3~5)T/2</p><p>　　式中T為電源交流電壓的周期。</p><p>　　濾波電容的容量

17、可由下式估算：</p><p>　　C=ICt/ΔVip-p</p><p>　　式中ΔVip-p——穩(wěn)壓器輸入端紋波電壓的峰-峰值；</p><p>　　T——電容C放電時(shí)間，t=T/2=0.01S</p><p>　　IC——電容C放電電流 ，可取IC=Iomax，濾波電容C的耐壓值應(yīng)大于1.4 V2。</p><p&

18、gt;<b>　　3.3穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　由于穩(wěn)壓電路發(fā)生波動(dòng)、負(fù)載和溫度發(fā)生變化，濾波電路輸出的直流電壓會(huì)隨著變化。因此，為了維持輸出電壓穩(wěn)定不變，還需加一級(jí)穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素（電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度）等發(fā)生變化時(shí)，使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等

19、優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　3-4-2三端固定式穩(wěn)壓器</p><p>　　集成穩(wěn)壓器的種類(lèi)很多，在小功率穩(wěn)壓電源中，普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。按照輸出電壓類(lèi)型可分為固定式(圖3-4-2)和可調(diào)式(圖3-4-1)，此外又可以分為正電壓輸出和負(fù)電壓輸出兩種類(lèi)型。按照設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)要用到可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。</p><p><b>　　4元件的參數(shù)計(jì)算</b

20、></p><p>　　4．1根據(jù)LM7812,LM7815計(jì)算變壓器副邊輸出電壓型號(hào)：78MXX:</p><p>　　類(lèi)別：電源管理類(lèi)最大輸入電壓（V）：35V輸出電壓（V）：12/15輸出最大電流：0.5A壓差：2.0V靜態(tài)電流：4mA封裝：TO-220/D-PAK</p><p>　　7812的輸出電壓Uo為（5-24）V，最小輸入輸出壓差

21、8V，最大輸入輸出壓差為40V，7812的輸入電壓范圍為： 20V≤Ui≤52V</p><p>　　U2≥Uimin/1.1=18V</p><p>　　取U2=20V,I2=0.5A</p><p>　　變壓器副邊電壓P2≥I2U2=10V</p><p>　　為留有余地同樣選擇20V/20W變壓器</p><p

22、>　　4.2整流二極管的參數(shù)計(jì)算</p><p>　　在含穩(wěn)壓器LM317的電路中的二極管選擇:由于二極管最大瞬時(shí)反向工作電壓Urm>1.414U2=12×1.414=17V</p><p>　　在含穩(wěn)壓器LM7805的電路中的二級(jí)管的選擇: 由于二極管最大瞬時(shí)反向工作電壓URM>1.414×U2=15×1.414=21V</p>

23、<p>　　IN4001的反向擊穿電壓大于50V,額定工作電流I=1A>Iomax.故整流二極管選用IN4001.</p><p>　　4.3 濾波電容的參數(shù)計(jì)算</p><p>　　濾波電容的容量可由下式估算：</p><p>　　C=ICt/ΔVip-p</p><p>　　式中ΔVip-p——穩(wěn)壓器輸入端紋波電壓的峰

24、-峰值；</p><p>　　T——電容C放電時(shí)間，t=T/2=0.01S</p><p>　　IC——電容C放電電流 ，可取IC=Iomax，濾波電容C的耐壓值應(yīng)大于1.4 V2。</p><p><b>　　在本實(shí)驗(yàn)中</b></p><p>　　Sv=ΔVo/Vo/ΔVi/Vi</p><p&g

25、t;　　式中，Vo=9v 、Vi=12v、ΔVop-p=5mv、Sv=0.005</p><p>　　則 ΔVi =ΔVop-p Vi / Vo Sv=1.4v</p><p><b>　　所以濾波電容</b></p><p>　　C= ICt/ΔVip-p = Iomax t/ΔVip-p =0.003636uF<

26、/p><p>　　C的耐壓值應(yīng)大于1.4 V2=21v。</p><p>　　由于之前模電實(shí)驗(yàn)可知，我們?cè)趯?shí)際制作過(guò)程中采用比理論值小的電容同樣能達(dá)到很好的濾波效果，因此采用2200μF的電容。</p><p>　　4.4 穩(wěn)壓器的選擇</p><p>　　設(shè)計(jì)要求輸出電壓為:一檔要求輸出±12V對(duì)稱(chēng)輸出電壓，二檔要求輸出+15V。穩(wěn)壓

27、器有固定式三端穩(wěn)壓器和可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。78××系列和79××系列為固定式三端穩(wěn)壓器，可分別輸出正電壓和負(fù)電壓。7812可輸出+12V，7912可輸出-12V，二者組裝課得到±12V對(duì)稱(chēng)輸出。7815可輸出+15V電壓,7915可輸出-15V電壓。因此穩(wěn)壓器選擇LM7812,LM7912,LM7815,LM7915.</p><p><b>　　5電路總

28、圖</b></p><p><b>　　6 仿真分析</b></p><p><b>　　6.1 整流電路</b></p><p>　　連接整流電路并串聯(lián)上電阻，分別用示波器和萬(wàn)用表測(cè)量輸出電壓波形和有效值。</p><p><b>　　整流電路</b></p

29、><p>　　3.1 AT89C52介紹 </p><p>　　3.1.1單片機(jī)主控電路的主要元件是AT89c51，其外型如圖</p><p><b>　　整流電路波形測(cè)量</b></p><p>　　仿真分析：如示波器顯示所示，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦裕?，根?jù)變壓器副邊電壓的極性分別導(dǎo)通，將變壓器副邊電壓

30、的正極性端與負(fù)載電阻的上端相連，負(fù)極性端與負(fù)載電阻的下端相連，使負(fù)載上始終可以得到一個(gè)單方向的脈動(dòng)電壓。</p><p><b>　　6.2 濾波電路</b></p><p>　　在整流濾波電路的基礎(chǔ)上加濾波電容，用示波器觀察濾波后輸出電壓的波形并用萬(wàn)用表直流電壓檔測(cè)量輸出電壓。</p><p>　　6-3-1 整流濾波電路的測(cè)試</p&

31、gt;<p><b>　　整流濾波電路的測(cè)試</b></p><p><b>　　6.3 穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　連接含有LM7812和LM7912的穩(wěn)壓電路，6-4-1如圖，用示波器檢測(cè)器輸出兩端的波形，如圖6-4-2</p><p><b>　　IN4001</b>&l

32、t;/p><p>　　LM7812和LM7912組裝電路</p><p><b>　　穩(wěn)壓電路輸出波形</b></p><p><b>　　7設(shè)計(jì)小結(jié)與體會(huì)</b></p><p>　　在做課程設(shè)計(jì)之前曾在模電實(shí)驗(yàn)中接觸過(guò)集成直流穩(wěn)壓電源，對(duì)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)有一定的了解。我在知道模擬電子課程設(shè)計(jì)中要做

33、直流穩(wěn)壓電源是還暗自高興這是個(gè)自己比較熟悉的項(xiàng)目。但在看到要求時(shí)才知道自己高興的太早，因?yàn)樵谀ｋ妼?shí)驗(yàn)中我做的只是用7812輸出+12V電壓，這是比較容易做到的，而本次設(shè)計(jì)要求輸出電壓為三檔，并且要用軟件仿真。此刻我才意識(shí)到自己對(duì)知識(shí)的了解和掌握并不全面，也不扎實(shí)。做課程設(shè)計(jì)對(duì)從沒(méi)經(jīng)驗(yàn)的我并不是簡(jiǎn)單的事。</p><p>　　為完成這次設(shè)計(jì)我查閱了很多資料和書(shū)籍，我發(fā)現(xiàn)查資料也是一門(mén)學(xué)問(wèn)，要會(huì)查才能找到你所需的內(nèi)容

34、，我在圖書(shū)館查閱了相關(guān)的電子設(shè)計(jì)和電源設(shè)計(jì)書(shū)籍，同時(shí)也大量的瀏覽了網(wǎng)絡(luò)資源，隨著了解的深入對(duì)設(shè)計(jì)有了基本的思路。</p><p>　　在設(shè)計(jì)中我也遇到了困難，在仿真環(huán)節(jié)中由于對(duì)軟件的實(shí)用不熟練，很多仿真都沒(méi)有成功，并且由于時(shí)間關(guān)系沒(méi)有對(duì)仿真軟件進(jìn)行進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，這讓我覺(jué)得很可惜，以后一定會(huì)找時(shí)間補(bǔ)一下仿真軟件方面的知識(shí)，以免以后做課設(shè)是讓同樣的問(wèn)題難倒我。但總體上比沒(méi)有做課設(shè)之前還是有了一定的進(jìn)步。</p&

35、gt;<p>　　通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)集成直流穩(wěn)壓電源有了更為深刻的了解，對(duì)其構(gòu)造組成及參數(shù)計(jì)算掌握的比以前熟練很多，特別是對(duì)穩(wěn)壓器的認(rèn)識(shí)比以前更廣泛，雖然在課本中接觸過(guò)穩(wěn)壓器的知識(shí)，但課本上的介紹十分簡(jiǎn)單也十分有限，并且我對(duì)課本的記憶不是很深刻，但通過(guò)本次自己動(dòng)手動(dòng)腦設(shè)計(jì)之后記憶的就深刻了。尤其是本次設(shè)計(jì)中用到的78××，79××系列的掌握比以前好了很多，不過(guò)仍然會(huì)有不足。<

36、;/p><p>　　在模電實(shí)驗(yàn)中我出現(xiàn)了幾處小錯(cuò)誤，通過(guò)本次設(shè)計(jì)使我知道自己當(dāng)初錯(cuò)在了哪里，也知道該如何改正，但很可惜本次設(shè)計(jì)不能進(jìn)行實(shí)物操作。我想如果可以進(jìn)行實(shí)物操作同學(xué)們的了解一定會(huì)更進(jìn)一步。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)是我第一次做課設(shè)，為我以后再做課設(shè)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，但由于快要進(jìn)行期末考試了，使我在時(shí)間上不很充裕，設(shè)計(jì)中有很多缺陷不能在認(rèn)真查閱修改。希望在以后的設(shè)計(jì)中能盡量做好，