直流稳压电源的了课程设计实验报告---5V直流稳压电源设计

-第1页共12页机电一体化实训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：2012.7.2—2012.7.13-第2页共12页目录1设计题目………………………………………………………………………32设计方案和要求………………………………………………………………32.1设计目的………………………………………………………………32.2设计技术指标与要求……………………………………………………32.2.1基本要求……………………………………………………………32.2.2技术指标……………………………………………………………33电路原理分析…………………………………………………………………33.1原理分析…………………………………………………………………34各单元电路图及功能说明……………………………………………………44.1.1电源变压器.…………………………………………………………44.1.2整流电路.……………………………………………………………54.1.3滤波电路.……………………………………………………………64.1.4稳压电路.……………………………………………………………64.1.5总电路.………………………………………………………………84.1.6元件清单..……………………………………………………………85电路的调试及仿真数据………………………………………………………95.1虚拟示波器检测图..……………………………………………………95.2数据指标。。……………………………………………………………106心得体会.……………………………………………………………………117致谢语.………………………………………………………………………118参考文献………………………………………………………………………12-第3页共12页1设计题目题目：《基于EWB的串联型直流稳压电源的设计》2设计方案和要求2.1设计目的（1）、设计用晶体管和集成运算放大器组成的串联型直流稳压电源。（2）、学习使用EWB软件并对串联型直流稳压电源进行仿真验证。2.2设计技术指标与要求2.2.1、基本要求A、电路能输出直流5V与9V两档电压；B、拟定测试方案和设计步骤；C、根据性能指标，计算元件参数，选好元件，并画出电路图；D、仿真验证输出信号；E、写出设计性报告。2.2.2、技术指标：A、输出5V与9V两档电压,同时具备正负极性输出；B、输出额定电流250mA最大电流650mA；C、在最大输出电流时纹波电压峰值3电路原理分析与方案设计3．1原理分析：采用变压器、二极管、集成运放，电阻、稳压管、三极管等元件器件。220V的交流电经变压器变压后变成电压值较小的交流，再经桥式整流电路和滤波电路形成直流，稳压部分采用串联型稳压电路。比例运算电路的输入电压为稳定电压，且比例系数可调，所以其输出电压也以调节；同时，为了扩大输出大电流，集成运放输出端加晶体管，并保持射极输出形式，就构成了具有放大环节的串联型稳压电路。整体功能结构如图。-第4页共12页4各单元电路图及功能说明4.1.1电源变压器直流电的输入为220V的电网电压，一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，再对电流电压处理。变压器副边电压有效值决定后面电路的需要。根据经验，选择匝数比为19:1的变压器。4.1.2整流电路：①单相桥式整流电路-第5页共12页波形图为了将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，通过整流电路实现。查阅资料可知单相整流电路有单相桥式整流电路（全波整流电路）。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，根据变压器次级电压的极性分别导通，将变压器次级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。单相桥式整流电路，具有输出电压高，变压器利用率高、脉动系数小等优点。所以在电路中采用单相桥式整流电路。-第6页共12页4.1.3滤波电路整流后的输出电压虽然是单一方向的，但是含有较大的交流成分，会影响电路的正常工作。一般在整流后，还需要利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。所以需通过低通滤波电路，使输出电压平滑。理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使输出电压仅为直流电压。在实际电路中，应选择滤波电容的容量满足RLC=(3~5)T/2的条件，为了获得更好的滤波效果，电容容量应选得更大些。复式滤波电路的效果最好，所以在电路中采用RC∏型的复式滤波电路，如图所示：4.1.4稳压电路：用晶体管和集成运放组成的具有保护环节的串联型直流稳压电源从简单、合理、可靠、经济等方面考虑，我们采用此方案比较合算，因此本人的电路设计采用的便是此方案。a稳压原理：若由于某种原因使UO增大，则UO↑→UN↑→UB↑→UO↓-第7页共12页b输出电压的调节范围：RRRRR32321·UZ≤U0RRRRR32321·UZ故UZ≤6V,取UZ=5.6VR1402Ω,R21000KΩ(100Ω),R3820Ωc串联型稳压电路的基本组成部分及其作用：调节管：是电路的核心，UFE随UI和负载产生变化以稳定Uo。基准电压：是Uo的参考电压。采样电阻：对Uo的采样，与基准电压共同决定Uo。比较放大：将Uo的采样电压与基准电压比较后放大，决定电路的稳压性能。d串联型稳压电源中调整管的选择：要想使调整管起到调整作用，必须使之工作在放大状态，因此其管压降应大于饱和管压降UCES；调整管极限参数的确定，必须考虑到输出电压U1由于电网电压波动而产生的变化，以及输出输出电压的调节和负载电流的变化所产的影响。根据极限参数ICM、U（BR）CEO、PCM选择调整管：IEmax=IR1ILmax≈ILmaxICMUCEmax=UaxIm-UOminUCEOBR)(PTmax=IEmaxUCEmaxPCMe限流电阻的选择：保证稳压管既稳压又不损坏。IDZminIZIDZmaxIZM电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。IDZmin=RUUZinImILmaxIZRIIUULZZinmaxIm电网电压最低且负载电流最小时，稳压管的电流最大。IDZmin=RUUZinImILminIZMRIIUILZMZaxminIm4.1.5总电路：-第8页共12页4.1.6元件清单：元件类型元件序号型号主要参数数量变压器T510-to-1匝数19:11个整流桥D7DYM10-10001个集成运算放大器AR2LF411c1个稳压管D81N5255B3.011V，0.0454一个三极管Q5MRF95111个电容C56300uF1个电阻R1、R2、R3、R4、R6、R7、R82.0455M`1K`250Ω1M`0.7245M,20.92Ω14.2Ω电源线1条开关S1.S2.S3单刀双掷3个5电路的调试及仿真数据5.1虚拟示波器检测图-第9页共12页-第10页共12页5.2数据指标稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度、包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、纹波电压（纹波系数）及温度系数。（1）稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输出电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即RUUUUsLOIIr0电压调整率：输入电压相对变化为±10%时的输出电压相对变化量，稳压系数和电压调整率均说明输入电压变化对输出电压的影响，因此也只需测试其中之一即可。（2）输出电阻及电流调整率输出电阻与放大器的输出电阻相同，其值为当输入电压不变时，输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值。电流调整率：输入电流从0变到最大值时所产生的输出电压相对变化值。输出电阻和电流调整率均说明负载电流变化对输出电压的影响，因此也只需测试其中之一即可。-第11页共12页（3）纹波电压：叠加在输出电压上的交流分量。用示波器测试其峰峰值一般为毫伏量级。也可用交流毫伏表测量其有效值，但因纹波不是正弦波，所以有一定的误差。理论值输出是±9V和±5V，但实际输出是有点误差，但是可以通过调节滑动变阻器来达到准确的±9V和±5V，之后就可以直接用双掷开关来选择所要用的输出电压了。6心得体会通过这次设计实验我体会到以下几点1：对自己的动手能力是个很大的锻炼。2：通过这次专周实验也培养了我们胆大、心细、谨慎的工作作风。3：我们懂得了ewb软件的运行与操作。4：最重要的是懂得了串联稳压电源原理，串联型稳压电路是最常用的电子电路之一，它被广泛地应用在各种电子电路中。而且在这次实验过程中，也遇到不少问题，但在独立思考和互相交流的情况下，最终都能顺利完成任务。其中，在初次设计电路图时，元件的摆放和布线造成很多困扰，独立思考了一段时间后终于想到一个比较可行的方案，接着和周围的同学互相交流布线方案，通过交流，发现到自己元件选择和布线上存在的不足，接着通过老师的指导与校正成功的完成了任务。我也深深的体会到一个项目是否是好是成功的，就要考虑他的成本与与环境的影响。最大限度的达到高收益低投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-第12页共12页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。入。总之在这次实验中受益匪浅。7致谢语通过这次的专周实验设计，我从总学会了很多，我的指导老师：卢光宝，陈佳新，蔡信建，鄢仁武倾注了大量的心血，从开始专周第一天起，到结束。一遍又一遍地指出与讲解设计中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我实验设计期间给我极大关心和帮助的各位同学。这一切都使我们彼此间的情谊更加深厚，愉快地度过了这次专周实验，这将会成为我最为难忘的回忆。8参考文献《电路与电子技术》杨建良李芝成朱志伟《模拟电子技术基础》童诗白、华成英《电子技术实验与课程设计》赵淑范王宪伟.杨拴科《模拟电子技术基础》P2812003年1月第一版陆昆等《电子设计基础》P49297年第一版