1、 本科生課程設計成績評定表姓 名xx性別 男專業、班級信息工程學院 通信0805班課程設計題目： 直流穩定電源課程設計答辯或質疑記錄：成績評定依據：最終評定成績（以優、良、中、及格、不及格評定）指導教師簽字： 2010年 1 月 30 日 目錄一.目錄 1二.課程設計任務書2三摘要及注意事項 4四直流穩壓 51.變壓 52.整流 53.濾波 64.穩壓 75.仿真 9五穩流電路 111.原理 112.參數確定 113.仿真 12六DC-DC轉換 151.原理圖確定 152.仿真 15七完整電路與仿真 16八電路測試與分析18九.附錄1.元件列表 19 附錄2. 參考工具書 20 附錄3. Mu

2、ltisim簡介21課程設計任務書學生姓名： xx 專業班級： 通信0805班 指導教師： 劉雪東 工作單位： 信息學院 題 目: 直流穩定電源 初始條件：自己設計一個符合要求的電路。元件自選，不得用成品。參數自己選擇，但要達到要規定中的要求。變壓器220->15、TS_PQ4_10、芯片LM317H *2、二極管1N4001、1N4007若干，三極管TIP31C、2N2222A若干。電解電容、瓷片電容、電阻、電位器各型號若干。保險絲、散熱片及焊接用具，耗材若干。調試用儀表以及仿真器材若干。Multisim要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）

3、必做部分：1基本要求（1）穩壓電源 在輸入電壓220V、50Hz、電壓變化范圍15%20%條件下：a輸出電壓可調范圍為+9V+12Vb最大輸出電流為1.5Ac電壓調整率0.2%（輸入電壓220V變化范圍15%20%下，空載到滿載）d負載調整率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功能（2）穩流電源 在輸入電壓固定為12V的條件下：a輸出電流：420mA可調b負載調整率1%（輸入電壓12V、負載電阻由200300變化時，輸出電流為20mA時的相對變化率）（3）DC-DC變換器 在輸

4、入電壓為+9V+12V條件下：a輸出電壓為+100V，輸出電流為10mAb電壓調整率1%（輸入電壓變化范圍+9V+12V）c負載調整率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）擴充功能a排除短路故障后，自動恢復為正常狀態b過熱保護c防止開、關機時產生的“過沖”（2）提高穩壓電源的技術指標a提高電壓調整率和負載調整率b擴大輸出電壓調節范圍和提高最大輸出電流值（3）改善DC-DC變換器a提高效率（在100V、100mA下）b提高輸出電壓（4）用數字顯示輸出電壓和輸出電流時間安排：第19周理論講解，時間：禮拜一5，6，7、8節

5、地點：鑒三204第20周理論設計、實驗室安裝調試，地點：鑒主13樓通信工程綜合實驗室、鑒主15樓通信工程實驗室（1）。序號階段內容時間1安排任務第19周2電路選擇與繪制第20周3撰寫報告第20周4答辯第20周合 計2周指導教師簽名： 2010年1 月 日系主任（或責任教師）簽名： 2010年 1 月 日摘 要隨著現代科技的不斷發展，各種各樣的電氣、電子設備已經廣泛的應用于日常工作、科研、學習等各個方面。直流穩壓電源由電源變壓器，整流濾波電路級穩壓電路所組成。變壓器把市電交流電壓變為所需要的低壓交流電。整流器吧交流電變為直流電。經濾波后，穩壓器再把不穩定的直流電壓變為穩定的直流電壓輸出。本設計分

6、別用LM317三端穩壓芯片穩壓電路，LM317三端穩壓芯片穩流電路和反饋式逆變電路設計直流穩壓電源，直流穩流電源和DC-DC變換器。通過相關知識計算出各電路中各個器件的參數，使電路性能達到設計要求中的電壓調整率，電流調整率，負載調整率，紋波電壓等各項指標。注意事項1 焊接時要對各個功能模塊電路進行單個測試，需要時可設計一些臨時電路用于調試。 2 測試電路時，必須要保證焊接正確，才能打開電源，以防元器件燒壞。 3 3.按照原理圖焊接時必須要保證可靠接地必做部分*首先設計直流穩壓電路*直流穩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、濾波和穩壓等幾部分組成。整流電路用來將交流電壓變換

7、為單向脈動的直流電壓；濾波電路用來濾除整流后單向脈動電壓中的交流成分，使之成為平滑的直流電壓；穩壓電路的作用是輸入交流電源電壓波動、負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓的穩定。1 變壓：從市電轉換為實驗用點。電源變壓器的作用是將交流電網提供的220V、50Hz市電變成所需的交流電壓。本實驗中選用了將220V轉換為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，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：設變壓器二次電壓u2=21/2U2sint，波形

8、如電壓、電流波形圖(a)所示。在u2的正半周，即a點為正，b點為負時，V1、V3承受正向電壓而導通，此時有電流流過RL，電流路徑為aV1RLV3b，此時V2、V4因反偏而截止，負載RL上得到一個半波電壓，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的負半周，即a點為負b點為正時，V1、V3因反偏而截止，V2、V4正偏而導通，此時有電流流過RL，電流路徑為bV2RLV4a。這時RL上得到一個與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的整個周期始終有同方向的電流流過負載電阻RL

9、，故RL上得到單方向全波脈動的直流電壓。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u=2×0.45U2=0.9U2。橋式整流電路中，由于每兩只二極管只導通半個周期，故流過每只二極管的平均電流僅為負載電流的一半，這樣V2、V4就并聯在u2上，其承受的反向峰值電壓為UR=21/2U2。同理，V2、V4導通時，V1、V3截止，其承受的反向峰值電壓也為UR=21/2U2。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的整個周期始終有同方向的電流流過負載電阻RL，故RL上得到單方 向全波脈動的直流電壓。可見，橋式整流電

10、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為脈動直流電，但其中含有大量的交流成分（稱為紋波電壓）。應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.電路和工作原理設電容兩端初始電壓為零，并假定t=0時接通電路，u2為正半周，當u2由零上升時，V1、V3導 通，C被充電，同時電流經V1、V3向負載電阻供電。忽略二極管正向壓降和變壓器內阻，電容充電時間常數近似為零，因此uo=ucu2，在u2達到最大值時，uc也達到最大值，然后u2下降，此時，uc>u2，V1、V3截止，電容C向負載電阻RL放電，由于放電時間常數=RLC一般較大，電容電壓uc按 指數規律緩慢下

11、降，當下降到|u2|>uc時，V2、V4導通，電容C再次被充電，輸出電壓增大，以后重復上述充放電 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、大電流的場合。.p 型濾波: 為了進一步減小負載電壓中的紋波可采用p 型LC濾波電路。由于C1、C2 對交流容抗小，而電 感對交流阻抗很大，因此，負載RL上的紋波電壓很小。為了更好的控制電路，本實驗中選

12、擇最常用的橋式整流電路。. 穩壓1.引起輸出電壓不穩定的原因引起輸出電壓變化的原因是負載電流的變化和輸入電壓的變化，參見下圖。負載電流的變化會在整流電源的內阻上產生電壓降，從而使輸入電壓發生變化。*輸出電壓變化原因示意圖*2.穩壓電路的技術指標用穩壓電路的技術指標去衡量穩壓電路性能的高低。 DVI和D IO引起的D VO可用下式表示1)穩壓系數Sr 有時穩壓系數也用下式定義2)電壓調整率SV（一般特指Vi/Vi=±10%時的Sr）3)輸出電阻Ro4）電流調整率SI 當輸出電流從零變化到最大額定值時，輸出電壓的相對變化值。為了更穩定的輸出+12V的直流電壓。我們采用LM317芯片來控制

13、電壓。擬采用下圖電路為原型。加設電位器，制作可調穩定電源。使用“MULTISIM”軟件進行仿真，仿真電路圖如下。輸入電壓240V輸入電壓220V輸入電壓200V輸入電壓200V輸入電壓240V輸入電壓220V測量紋波電壓負載1兆歐負載1毫歐小結：* 當負載在滿載和空載之間變化時，輸出電壓調整大小不超過0.2%。* 通過調整R4的值來測量通過負載的電流，當RL=1兆歐時，Io=12.67mA； 當RL=1毫歐時，Io=241.25mA。最大輸出電流小于1.5A。* 紋波電壓5.826uV。* 過流保護可以在變壓器前面加上一個保險絲。* 短路保護體現在D7,D2上，當輸入短路時，這兩個二極管可以防

14、止電容放 電擊穿芯片。*設計穩流電路*一、原理：穩流指的是電流沒有大的波動，輸出穩定平滑，并不是指電流大小不變。穩流電源的設計一般有以下要求。1穩流電源的主要技術指標(1)輸出電流范圍 本項指標是指在不穩流情況下，輸出電流可以調節的范圍，例如輸出額定電流Io=2A,Io=1A，則其可調范圍為1.52.5A。當然，相對于IO來說，偏離量也可能不是上下對稱的，即不是±0.5A，可能上限值大于下限值，也可能相反。(2)輸出電壓范圍 交流穩流電源所提供的輸出電壓要根據負載性質及其阻抗、電流值等而變化，所以必須確定一個輸出電壓范圍來衡量其性能。(3)輸出電流穩流精度它表示輸出電流在額定精度內允

15、許“電流變化范圍I”。設輸出電流Io為2A，精度為±1，則表示當用了穩流器后輸出電流Io滿足1.98A2. 穩流電源實驗參數在輸入電壓固定為12V的條件下：輸出電流：420mA可調，所以實際中采用阻值為500的滑動變阻器，和一個定值電阻串聯，所以 ，經計算，R3=125，Vi=2.4V。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Vi=2.4V。分壓電阻阻值為4.7K，1.2K。實物中運放采用NE5532，NE5532是高性能低噪聲運放，它具有較好的噪聲性能，優良的輸出驅動能力及相當高的小信號與電源帶寬。（1）小信號帶寬：10MHz；（2）輸出驅動能力：600，10V；

16、（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2200；（6）電源帶寬：140KHz；（7）轉換速率：9V/S；（8）大電源電壓范圍：±3±20V。二、電路設計與仿真負載200300歐姆負載200300歐姆本 章 小 結直流穩壓電源由整流電路、濾波電路和穩壓電路組成。整流電路將交流電壓變為脈動的直流電壓，濾波電路可減小脈動使直流電壓平滑，穩壓電路的作用是在 電網電壓波動或負載電流變化時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，應分別判斷在變壓器副邊電壓正、負半周兩

17、種情況下二極管的工作狀態，從而得到負載兩端電壓、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、電感濾波和復式濾波，本實驗介紹了電容濾波電路。穩壓管穩壓電路結構簡單，但輸出電壓不可調，僅適用于負載電流較小且其變化范圍也較小的情況。在串聯型穩壓電源中，調整管、基準電壓電路、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反饋，從而使輸出電壓穩定。 集成穩壓器僅有輸入端、輸出端和公共端三個引出端，使用方便，穩壓性較好。*設計DC-DC轉換*選擇 DC-AC-DC轉換升壓電路如圖所示，這一電

18、路依靠自激震蕩電路，將直流電源輸入的電能轉化為交流電壓，經變壓器升壓后再恢復為直流。此種電路結構簡單，設計合理，且升壓范圍比較大，能夠達到設計要求。缺點在于輸出的電壓不穩定，有較大波動，而且交流紋波電壓比較大。 電路測試與分析1穩壓模塊的數據結果穩壓電源 在輸入電壓220V、50Hz、電壓變化范圍15%20%條件下：a輸出電壓可調范圍為+8.978V+15.252Vb最大輸出電流為1.25Ac電壓調整率為0.15%（輸入電壓220V變化范圍15%20%下，空載到滿載）d負載調整率0.20%（最低輸入電壓下，滿載）e紋波電壓（峰-峰值）5.826uV（最低輸入電壓下，滿載）f效率44.46%（輸出電壓9V、輸入電壓220V下，滿載）2穩流模塊的數據結果穩流電源 在輸入電壓固定為12V的條件下：a輸出電流：3.09619.334mA可調b負載調整率為<1%（輸入電壓12V、負載電阻由200300變化時，輸出電流為20mA時的相對變化率）3 DC-DC變換器的數據結果：DC-DC變換器 在輸入電壓為+9V+12V條件下：a輸出電壓為+99.502V，輸出電流為36mAb電壓調整率<0.1%（輸入電壓變化范圍+9V+12V）c負載調整率0.1%（輸入電壓+12V下，空載到滿載）d紋波電壓（峰-峰值），2.4mV （輸入電壓+