本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表姓名XX性別男專業(yè)、班級(jí)信息工程學(xué)院通信0805班課程設(shè)計(jì)題目直流穩(wěn)定電源課程設(shè)計(jì)答辯或質(zhì)疑記錄成績(jī)?cè)u(píng)定依據(jù)最終評(píng)定成績(jī)（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評(píng)定）指導(dǎo)教師簽字2010年1月30日目錄一目錄1二課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2三摘要及注意事項(xiàng)4四直流穩(wěn)壓51變壓52整流53濾波64穩(wěn)壓75仿真9五穩(wěn)流電路111原理112參數(shù)確定113仿真12六DCDC轉(zhuǎn)換151原理圖確定152仿真15七完整電路與仿真16八電路測(cè)試與分析18九附錄1元件列表19附錄2參考工具書20附錄3MULTISIM簡(jiǎn)介21課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名XX專業(yè)班級(jí)通信0805班指導(dǎo)教師劉雪東工作單位信息學(xué)院題目直流穩(wěn)定電源初始條件自己設(shè)計(jì)一個(gè)符合要求的電路。元件自選，不得用成品。參數(shù)自己選擇，但要達(dá)到要規(guī)定中的要求。變壓器22015、TS_PQ4_10、芯片LM317H2、二極管1N4001、1N4007若干，三極管TIP31C、2N2222A若干。電解電容、瓷片電容、電阻、電位器各型號(hào)若干。保險(xiǎn)絲、散熱片及焊接用具，耗材若干。調(diào)試用儀表以及仿真器材若干。MULTISIM要求完成的主要任務(wù)（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）必做部分1基本要求（1）穩(wěn)壓電源在輸入電壓220V、50HZ、電壓變化范圍1520條件下A輸出電壓可調(diào)范圍為9V12VB最大輸出電流為15AC電壓調(diào)整率02（輸入電壓220V變化范圍1520下，空載到滿載）D負(fù)載調(diào)整率1（最低輸入電壓下，滿載）E紋波電壓（峰峰值）5MV（最低輸入電壓下，滿載）F效率40（輸出電壓9V、輸入電壓220V下，滿載）G具有過流及短路保護(hù)功能（2）穩(wěn)流電源在輸入電壓固定為12V的條件下A輸出電流420MA可調(diào)B負(fù)載調(diào)整率1（輸入電壓12V、負(fù)載電阻由200300變化時(shí)，輸出電流為20MA時(shí)的相對(duì)變化率）（3）DCDC變換器在輸入電壓為9V12V條件下A輸出電壓為100V，輸出電流為10MAB電壓調(diào)整率1（輸入電壓變化范圍9V12V）C負(fù)載調(diào)整率1（輸入電壓12V下，空載到滿載）D紋波電壓（峰峰值）100MV（輸入電壓9V下，滿載）選作部分（1）擴(kuò)充功能A排除短路故障后，自動(dòng)恢復(fù)為正常狀態(tài)B過熱保護(hù)C防止開、關(guān)機(jī)時(shí)產(chǎn)生的“過沖”（2）提高穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)A提高電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率B擴(kuò)大輸出電壓調(diào)節(jié)范圍和提高最大輸出電流值（3）改善DCDC變換器A提高效率（在100V、100MA下）B提高輸出電壓（4）用數(shù)字顯示輸出電壓和輸出電流時(shí)間安排第19周理論講解，時(shí)間禮拜一5，6，7、8節(jié)地點(diǎn)鑒三204第20周理論設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)室安裝調(diào)試，地點(diǎn)鑒主13樓通信工程綜合實(shí)驗(yàn)室、鑒主15樓通信工程實(shí)驗(yàn)室（1）。序號(hào)階段內(nèi)容時(shí)間1安排任務(wù)第19周2電路選擇與繪制第20周3撰寫報(bào)告第20周4答辯第20周合計(jì)2周指導(dǎo)教師簽名2010年1月日系主任（或責(zé)任教師）簽名2010年1月日摘要隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，各種各樣的電氣、電子設(shè)備已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于日常工作、科研、學(xué)習(xí)等各個(gè)方面。直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器，整流濾波電路級(jí)穩(wěn)壓電路所組成。變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟姟Ｕ髌靼山涣麟娮優(yōu)橹绷麟姟＝?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。本設(shè)計(jì)分別用LM317三端穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓電路，LM317三端穩(wěn)壓芯片穩(wěn)流電路和反饋式逆變電路設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源，直流穩(wěn)流電源和DCDC變換器。通過相關(guān)知識(shí)計(jì)算出各電路中各個(gè)器件的參數(shù)，使電路性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求中的電壓調(diào)整率，電流調(diào)整率，負(fù)載調(diào)整率，紋波電壓等各項(xiàng)指標(biāo)。注意事項(xiàng)1焊接時(shí)要對(duì)各個(gè)功能模塊電路進(jìn)行單個(gè)測(cè)試，需要時(shí)可設(shè)計(jì)一些臨時(shí)電路用于調(diào)試。2測(cè)試電路時(shí)，必須要保證焊接正確，才能打開電源，以防元器件燒壞。33按照原理圖焊接時(shí)必須要保證可靠接地必做部分首先設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電路直流穩(wěn)壓電源是將交流電變換成功率較小的直流電，一般由變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓等幾部分組成。整流電路用來將交流電壓變換為單向脈動(dòng)的直流電壓；濾波電路用來濾除整流后單向脈動(dòng)電壓中的交流成分，使之成為平滑的直流電壓；穩(wěn)壓電路的作用是輸入交流電源電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。1變壓從市電轉(zhuǎn)換為實(shí)驗(yàn)用點(diǎn)。電源變壓器的作用是將交流電網(wǎng)提供的220V、50HZ市電變成所需的交流電壓。本實(shí)驗(yàn)中選用了將220V轉(zhuǎn)換為15V的變壓器。2整流整流電路常用有半波整流電路和橋式整流電路。1半波2橋式整流電路為了克服半波整流的缺點(diǎn)，常采用橋式整流電路，如右圖所示，圖中V1、V2、V3、V4四只整流二極管接成電橋形式，故稱為橋式整流。工作原理和輸出波形設(shè)變壓器二次電壓U221/2U2SINT，波形如電壓、電流波形圖A所示。在U2的正半周，即A點(diǎn)為正，B點(diǎn)為負(fù)時(shí)，V1、V3承受正向電壓而導(dǎo)通，此時(shí)有電流流過RL，電流路徑為AV1RLV3B，此時(shí)V2、V4因反偏而截止，負(fù)載RL上得到一個(gè)半波電壓，如電壓、電流波形圖B中的0段所示。若略去二極管的正向壓降，則UOU2。電壓、電流波形在U2的負(fù)半周，即A點(diǎn)為負(fù)B點(diǎn)為正時(shí)，V1、V3因反偏而截止，V2、V4正偏而導(dǎo)通，此時(shí)有電流流過RL，電流路徑為BV2RLV4A。這時(shí)RL上得到一個(gè)與0段相同的半波電壓如電壓、電流波形圖B中的2段所示，若略去二極管的正向壓降，UU2。由此可見，在交流電壓U2的整個(gè)周期始終有同方向的電流流過負(fù)載電阻RL，故RL上得到單方向全波脈動(dòng)的直流電壓。可見，橋式整流電路輸出電壓為半波整流電路輸出電壓的兩倍，所以橋式整流電路輸出電壓平均值為U2045U209U2。橋式整流電路中，由于每?jī)芍欢O管只導(dǎo)通半個(gè)周期，故流過每只二極管的平均電流僅為負(fù)載電流的一半，這樣V2、V4就并聯(lián)在U2上，其承受的反向峰值電壓為UR21/2U2。同理，V2、V4導(dǎo)通時(shí)，V1、V3截止，其承受的反向峰值電壓也為UR21/2U2。二極管承受電壓的波形如電壓、電流波形圖D所示。由上圖可見，在交流電壓U2的整個(gè)周期始終有同方向的電流流過負(fù)載電阻RL，故RL上得到單方向全波脈動(dòng)的直流電壓。可見，橋式整流電路輸出電壓為半波整流電路輸出電壓的兩倍。濾波整流電路將交流電變?yōu)槊}動(dòng)直流電，但其中含有大量的交流成分（稱為紋波電壓）。應(yīng)在整流電路的后面加接濾波電路，濾去交流成分。1電容濾波電路和工作原理設(shè)電容兩端初始電壓為零，并假定T0時(shí)接通電路，U2為正半周，當(dāng)U2由零上升時(shí)，V1、V3導(dǎo)通，C被充電，同時(shí)電流經(jīng)V1、V3向負(fù)載電阻供電。忽略二極管正向壓降和變壓器內(nèi)阻，電容充電時(shí)間常數(shù)近似為零，因此UOUCU2，在U2達(dá)到最大值時(shí)，UC也達(dá)到最大值，然后U2下降，此時(shí)，UCU2，V1、V3截止，電容C向負(fù)載電阻RL放電，由于放電時(shí)間常數(shù)RLC一般較大，電容電壓UC按指數(shù)規(guī)律緩慢下降，當(dāng)下降到|U2|UC時(shí)，V2、V4導(dǎo)通，電容C再次被充電，輸出電壓增大，以后重復(fù)上述充放電過程。其輸出電壓波形近似為一鋸齒波直流電壓。波形及輸出電壓2其他形式濾波電路電感濾波電路電路如下圖所示，電感L起著阻止負(fù)載電流變化使之趨于平直的作用。直流分量被電感L短路，交流分量主要降在L上，電感越大，濾波效果越好。一般電感濾波電路只使用于低電壓、大電流的場(chǎng)合。P型濾波為了進(jìn)一步減小負(fù)載電壓中的紋波可采用P型LC濾波電路。由于C1、C2對(duì)交流容抗小，而電感對(duì)交流阻抗很大，因此，負(fù)載RL上的紋波電壓很小。為了更好的控制電路，本實(shí)驗(yàn)中選擇最常用的橋式整流電路。穩(wěn)壓1引起輸出電壓不穩(wěn)定的原因引起輸出電壓變化的原因是負(fù)載電流的變化和輸入電壓的變化，參見下圖。負(fù)載電流的變化會(huì)在整流電源的內(nèi)阻上產(chǎn)生電壓降，從而使輸入電壓發(fā)生變化。輸出電壓變化原因示意圖2穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo)用穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo)去衡量穩(wěn)壓電路性能的高低。VI和IO引起的VO可用下式表示有時(shí)穩(wěn)壓系數(shù)也用下式定義2電壓調(diào)整率SV（一般特指VI/VI10時(shí)的SR）3輸出電阻RO4）電流調(diào)整率SI當(dāng)輸出電流從零變化到最大額定值時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化值。為了更穩(wěn)定的輸出12V的直流電壓。我們采用LM317芯片來控制電壓。擬采用下圖電路為原型。加設(shè)電位器，制作可調(diào)穩(wěn)定電源。OOIROIORVSV1穩(wěn)壓系數(shù)SR0II0IRO/S10IOVOIVR0OIIS使用“MULTISIM”軟件進(jìn)行仿真，仿真電路圖如下。輸入電壓200V輸入電壓220V輸入電壓240V小結(jié)當(dāng)負(fù)載在滿載和空載之間變化時(shí)，輸出電壓調(diào)整大小不超過02。通過調(diào)整R4的值來測(cè)量通過負(fù)載的電流，當(dāng)RL1兆歐時(shí)，IO1267MA；當(dāng)RL1毫歐時(shí)，IO24125MA。最大輸出電流小于15A。紋波電壓5826UV。過流保護(hù)可以在變壓器前面加上一個(gè)保險(xiǎn)絲。短路保護(hù)體現(xiàn)在D7,D2上，當(dāng)輸入短路時(shí)，這兩個(gè)二極管可以防止電容放電擊穿芯片。輸入電壓200V輸入電壓220V輸入電壓240V負(fù)載1毫歐負(fù)載1兆歐測(cè)量紋波電壓設(shè)計(jì)穩(wěn)流電路一、原理穩(wěn)流指的是電流沒有大的波動(dòng)，輸出穩(wěn)定平滑，并不是指電流大小不變。穩(wěn)流電源的設(shè)計(jì)一般有以下要求。1穩(wěn)流電源的主要技術(shù)指標(biāo)1輸出電流范圍本項(xiàng)指標(biāo)是指在不穩(wěn)流情況下，輸出電流可以調(diào)節(jié)的范圍，例如輸出額定電流IO2A,IO1A，則其可調(diào)范圍為1525A。當(dāng)然，相對(duì)于IO來說，偏離量也可能不是上下對(duì)稱的，即不是05A，可能上限值大于下限值，也可能相反。2輸出電壓范圍交流穩(wěn)流電源所提供的輸出電壓要根據(jù)負(fù)載性質(zhì)及其阻抗、電流值等而變化，所以必須確定一個(gè)輸出電壓范圍來衡量其性能。3輸出電流穩(wěn)流精度它表示輸出電流在額定精度內(nèi)允許“電流變化范圍I”。設(shè)輸出電流IO為2A，精度為1，則表示當(dāng)用了穩(wěn)流器后輸出電流IO滿足198A2穩(wěn)流電源實(shí)驗(yàn)參數(shù)在輸入電壓固定為12V的條件下輸出電流420MA可調(diào)，所以實(shí)際中采用阻值為500的滑動(dòng)變阻器，和一個(gè)定值電MARVIIFMA201/4阻串聯(lián)，所以，經(jīng)計(jì)算，R3125，VI24V。3/AXIFRXVIIRF3/N輸入端電壓為12V，可采用電阻分壓的方式讓同相輸入端的電壓VI24V。分壓電阻阻值為47K，12K。實(shí)物中運(yùn)放采用NE5532，NE5532是高性能低噪聲運(yùn)放，它具有較好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動(dòng)能力及相當(dāng)高的小信號(hào)與電源帶寬。（1）小信號(hào)帶寬10MHZ；（2）輸出驅(qū)動(dòng)能力600，10V；（3）輸入噪聲電壓5NV/HZ（典型值）；（4）DC電壓增益50000；（5）AC電壓增益10KHZ時(shí)2200；（6）電源帶寬140KHZ；（7）轉(zhuǎn)換速率9V/S；（8）大電源電壓范圍320V。二、電路設(shè)計(jì)與仿真負(fù)載200300歐姆負(fù)載200300歐姆本章小結(jié)直流穩(wěn)壓電源由整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成。整流電路將交流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓，濾波電路可減小脈動(dòng)使直流電壓平滑，穩(wěn)壓電路的作用是在電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電流變化時(shí)保持輸出電壓基本不變。整流電路有半波和全波兩種，最常用的是單相橋式整流電路。分析整流電路時(shí)，應(yīng)分別判斷在變壓器副邊電壓正、負(fù)半周兩種情況下二極管的工作狀態(tài)，從而得到負(fù)載兩端電壓、二極管端電壓及其電流波形并由此得到輸出電壓和電流的平均值，以及二極管的最大整流平均電流和所能承受的最高反向電壓。濾波電路通常有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波，本實(shí)驗(yàn)介紹了電容濾波電路。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但輸出電壓不可調(diào)，僅適用于負(fù)載電流較小且其變化范圍也較小的情況。在串聯(lián)型穩(wěn)壓電源中，調(diào)整管、基準(zhǔn)電壓電路、輸出電壓取樣電路和比較放大電路是基本組成部分。電路中引入了深度電壓負(fù)反饋，從而使輸出電壓穩(wěn)定。集成穩(wěn)壓器僅有輸入端、輸出端和公共端三個(gè)引出端，使用方便，穩(wěn)壓性較好。設(shè)計(jì)DCDC轉(zhuǎn)換選擇DCACDC轉(zhuǎn)換升壓電路如圖所示，這一電路依靠自激震蕩電路，將直流電源輸入的電能轉(zhuǎn)化為交流電壓，經(jīng)變壓器升壓后再恢復(fù)為直流。此種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，且升壓范圍比較大，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。缺點(diǎn)在于輸出的電壓不穩(wěn)定，有較大波動(dòng)，而且交流紋波電壓比較大。電路測(cè)試與分析1穩(wěn)壓模塊的數(shù)據(jù)結(jié)果穩(wěn)壓電源在輸入電壓220V、50HZ、電壓變化范圍1520條件下A輸出電壓可調(diào)范圍為8978V15252VB最大輸出電流為125AC電壓調(diào)整率為015（輸入電壓220V變化范圍1520下，空載到滿載）D負(fù)載調(diào)整率020（最低輸入電壓下，滿載）E紋波電壓（峰峰值）5826UV（最低輸入電壓下，滿載）F效率4446（輸出電壓9V、輸入電壓220V下，滿載）2穩(wěn)流模塊的數(shù)據(jù)結(jié)果穩(wěn)流電源在輸入電壓固定為12V的條件下A輸出電流309619334MA可調(diào)B負(fù)載調(diào)整率為1（輸入電壓12V、負(fù)載電阻由200300變化時(shí)，輸出電流為20MA時(shí)的相對(duì)變化率）3DCDC變換器的數(shù)據(jù)結(jié)果DCDC變換器在輸入電壓為9V12V條件下A輸出電壓為99502V，輸出電流為36MAB電壓調(diào)整率01（輸入電壓變化范圍9V12V）C負(fù)載調(diào)整率01（輸入電壓12V下，空載到滿載）D紋波電壓（峰峰值），24MV（輸入電壓9V下，滿載）數(shù)據(jù)分析由以上數(shù)據(jù)可見，穩(wěn)壓模塊、穩(wěn)流模塊以基本完成題目要求，達(dá)到了各項(xiàng)要求指標(biāo)，說明設(shè)計(jì)合理，制作正確。而DCDC變換器變換器模塊的各項(xiàng)數(shù)值沒有明顯達(dá)到題目要求，我分析原因有以下幾點(diǎn)1設(shè)計(jì)中原理參數(shù)存在問題。2電子元件存在誤差，不穩(wěn)定。附錄1元件列表穩(wěn)壓源主要器件型號(hào)參數(shù)數(shù)量穩(wěn)壓芯片LM3171變壓器18V11N40072二極管1N40015470UF1100UF1電解電容10UF1滑動(dòng)變阻器50111201電阻6501穩(wěn)流源主要器件型號(hào)參數(shù)數(shù)量芯片LM3171滑動(dòng)變阻器5012電阻951三極管2N869A1DCDC變換器主要器件型號(hào)參數(shù)數(shù)量變壓器18V1DC/DC芯片TIP31C1電解電容1UF1瓷片電容1031三極管2N2222A2二極管1N40011電阻39K147K11K1680K210M4保險(xiǎn)管100V1保險(xiǎn)管1A散熱片開關(guān)板子，跳線焊接用具附錄3參考文獻(xiàn)電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試第三版，謝自美主編，華中科技大學(xué)出版社新型集成電路的應(yīng)用電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)，梁宗善主編，華中科技大學(xué)出版社電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)，孫梅生等編著，高等教育出版社實(shí)用單元電路及其應(yīng)用黃繼昌，張海貴；人民郵電出版社模擬電子電路基礎(chǔ)王衛(wèi)東，江曉安西安電子科技大學(xué)出版社，2003電路與電子簡(jiǎn)明教程王槐斌吳建國周國平華中科技大學(xué)出版社，2006附錄2MULTISIM簡(jiǎn)介MULTISIM本是加拿大圖像交互技術(shù)公司（INTERACTIVEIMAGETECHNOLIGICS簡(jiǎn)稱IIT公司推出的以WINDOWS為基礎(chǔ)的仿真工具，被美國NI公司收購后，更名為NIMULTISIM，而V100是其（即NI，NATIONALINSTRUMENTS）最新推出的MULTISIM最新版本。目前美國NI公司的EWB的包含有電路仿真設(shè)計(jì)的模塊MULTISIM、PCB設(shè)計(jì)軟件ULTIBOARD、布線引擎ULTIROUTE及通信電路分析與設(shè)計(jì)模塊COMMSIM4個(gè)部分，能完成從電路的仿真設(shè)計(jì)到電路版圖生成的全過程。MULTISIM、ULTIBOARD、ULTIROUTE及COMMSIM4個(gè)部分相互獨(dú)立，可以分別使用。MULTISIM、ULTIBOARD、ULTIROUTE及COMMSIM4個(gè)部分有增強(qiáng)專業(yè)版（POWERPROFESSIONAL）、專業(yè)版（PROFESSIONAL）、個(gè)人版（PERSONAL）、教育版（EDUCATION）、學(xué)生版（STUDENT）和演示版（DEMO）等多個(gè)版本，各版本的功能和價(jià)格有著明顯的差異。NIMULTISIM10用軟件的方法虛擬電子與電工元器件，虛擬電子與電工儀器和儀表，實(shí)現(xiàn)了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。NIMULTISIM10是一個(gè)原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬仿真軟件。NIMULTISIM10的元器件庫提供數(shù)千種電路元器件供實(shí)驗(yàn)選用，同時(shí)也可以新建或擴(kuò)充已有的元器件庫，而且建庫所需的元器件參數(shù)可以從生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊(cè)中查到，因此也很方便的在工程設(shè)計(jì)中使用。NIMULTISIM10的虛擬測(cè)試儀器儀表種類齊全，有一般實(shí)驗(yàn)用的通用儀器，如萬用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙蹤示波器、直流電源；而且還有一般實(shí)驗(yàn)室少有或沒有的儀器，如波特圖儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。NIMULTISIM10具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時(shí)域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分