1、課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)名稱：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)制作一串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源學(xué) 院 名 稱：南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院專業(yè)：通信工程班級(jí)： 130422 班學(xué)號(hào)： 13042203姓名：聶琴琴評(píng)分：教師：張小林2015年4月30 日模擬電路課程設(shè)計(jì)任務(wù)書20142015 學(xué)年第 2學(xué)期第 7 周第 9 周題目設(shè)計(jì)制作一串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源電路。內(nèi)容及要求輸出直流電壓 1.5 10V 可調(diào)；輸出電流 I Om=300mA；（有電流擴(kuò)展功能）穩(wěn)壓系數(shù) Sr 0.05 ；具有過流保護(hù)功能。進(jìn)度安排第 7 周： 查資料，完成原理圖設(shè)計(jì)及仿真；第 8 周： 完成系統(tǒng)的制作、調(diào)試

2、；第 9 周周三、四：設(shè)計(jì)結(jié)果檢查。學(xué)生姓名： 03 聶琴琴04朱琳指導(dǎo)時(shí)間：周一、周三、周四下午指導(dǎo)地點(diǎn)： 綜合樓506 室任務(wù)下達(dá)考核方式2015 年 41.評(píng)閱 月13日2.答辯 任務(wù)完成20153.實(shí)際操作年 4 月 4. 其它30日指導(dǎo)教師張小林系（部）主任注： 1、此表一組一表二份，課程設(shè)計(jì)小組組長一份；任課教師授課時(shí)自帶一份備查。2、課程設(shè)計(jì)結(jié)束后與“課程設(shè)計(jì)小結(jié)”、“學(xué)生成績單”一并交院教務(wù)存檔。摘要本實(shí)驗(yàn)為了設(shè)計(jì)連續(xù)可調(diào)電源 1.5-10V 并掌握 Multisim 仿真軟件的使用。設(shè)計(jì)電路主要分為四大塊：通過變壓器將220v 的電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)化為需用的18V 電壓，再經(jīng)過橋堆的

3、整流、 濾波從而得到平滑的直流電壓，通過可調(diào)穩(wěn)壓管以及取樣電路進(jìn)行穩(wěn)壓從而得到穩(wěn)定的直流電壓。關(guān)鍵字：變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓目錄前言1第一章設(shè)計(jì)任務(wù)及方案設(shè)計(jì)原理.21.設(shè)計(jì)任務(wù)和要求22 設(shè)計(jì)方案原理2第二章單元電路及其原理.42.1 電源變壓器42.2 整流電路42.3 濾波電路52.4 穩(wěn)壓電路6第三章單元件參數(shù)的選擇及其計(jì)算7電源變壓器型號(hào) AIR_CORE_XFORMEP7橋堆 型號(hào)為 W087電容 C1 1000uF74.電阻 R1、 R375.電阻 R4 33 86.電容 C210uF87 電阻 R25088.三端穩(wěn)壓管LM3178第四章總原理圖與仿真 .9第五章電路的安裝及調(diào)

4、試 .115.1 電路的安裝115.2 電路的調(diào)試115.3 電路的調(diào)試分析11第六章實(shí)驗(yàn)總結(jié)12參考文獻(xiàn)13附錄 A. .14前言現(xiàn)代化電子設(shè)備：如各種測試設(shè)備、通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電視機(jī)、影碟機(jī)、家用音響設(shè)備、辦公電子設(shè)備等，都是將電網(wǎng)的交流電源經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓等一系列變換獲得必需的穩(wěn)定直流電源，因此直流電源的性能將直接影響整機(jī)的可靠性及其性能指標(biāo), 為此設(shè)計(jì)一串聯(lián)串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。1第一章設(shè)計(jì)任務(wù)及方案設(shè)計(jì)原理1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求輸出直流電壓 1.5 10V 可調(diào)；輸出電流 I Om=300mA；（有電流擴(kuò)展功能）穩(wěn)壓系數(shù) Sr 0.05 ；具有過流保護(hù)功能。1.2 設(shè)

5、計(jì)方案原理直流穩(wěn)壓電源是電子設(shè)備能量的提供者，對(duì)直流電源要求是： 輸出電壓的幅值穩(wěn)定，平滑，變換頻率高，負(fù)載能力強(qiáng)，溫度穩(wěn)定性好。電路設(shè)計(jì)原理直流穩(wěn)壓電源的總體參考方案框圖如下圖所示。它包括電源變壓器，整流電路，濾波電路及穩(wěn)壓電路等四大塊組成。1、電源變壓器：實(shí)驗(yàn)室所有的電源都是220V 電壓，需要通過電源變壓器把220V電壓轉(zhuǎn)化為需要的電源電壓。2、整流電路：利用二極管的單向?qū)щ娦裕梢栽O(shè)計(jì)出把交流電變成單相直流電的電路23、濾波電路：由整流電路得到的電壓波動(dòng)大，通過電容的濾波作用，輸出紋波較小的直流電，從而得到平滑的直流電壓。4、穩(wěn)壓電路：濾波后的電壓通過穩(wěn)壓便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定

6、直流電壓輸出，供給負(fù)載RL。圖 1.2 為電路設(shè)計(jì)圖圖 1.23第二章單元電路及其原理2.1 電源變壓器變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵心（磁芯）。在電器設(shè)備和無線電路中，常用作升降電壓、匹配阻抗，安全隔離等。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。本實(shí)驗(yàn)采用的變壓器的型號(hào)是AIR_CORE_XFORMEP，通常是一個(gè)降壓變壓器， 將 220V 的電壓轉(zhuǎn)化為需要的電壓值送給整流電路，本次所需電壓為18v。2.2 整流電路整流電路：利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟逊较蚝痛笮《甲兓?0Hz交流電變換為方向不變但大小

7、仍有脈動(dòng)的直流電。利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦钥梢越M成各種整流電路。其中單相半波整流結(jié)構(gòu)簡單，所用元件少，但輸出電壓平均值低且波形脈動(dòng)大，變壓器有半個(gè)周期為零，利用率低，且因含有直流成分而使鐵心易于飽和。 為了提高變壓器的利用率，減小輸出電壓的脈動(dòng)， 在小功率電源中，應(yīng)用單相橋式整流電路。如圖所示，圖中的整流管 D1D4接成橋路。若電源變壓器副邊電壓為正半周，則 D1、D3導(dǎo)通；若為負(fù)半周， 則 D2、D4導(dǎo)通。這樣在整個(gè)周期，四只整流二極管兩兩交替導(dǎo)通，R上得到脈動(dòng)的直流電壓。42.3 濾波電路圖 2.1 給出了電容濾波電路在帶電阻負(fù)載后的工作情況。接通交流電源后，二極管導(dǎo)通，整流電源同時(shí)向

8、電容充電和向負(fù)載提供電流 , 輸出電壓的波形是正弦形。在 時(shí)刻，即達(dá)到 u2 90 峰值時(shí)， u2 開始以正弦規(guī)律下降，此時(shí)二極管是否關(guān)斷，取決于二極管承受的是正向電壓還是反向電壓。先設(shè)達(dá)到 90后，二極管關(guān)斷，那么只有濾波電容以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載放電，從而維持一定的負(fù)載電流。但是 90后指數(shù)規(guī)律下降的速率快，而正弦波下降的速率小，所以超過 90以后有一段時(shí)間二極管仍然承受正向電壓，二極管導(dǎo)通。隨著 u2 的下降，正弦波的下降速率越來越快， uC 的下降速率越來越慢。所以在超過 90后的某一點(diǎn)， 例如圖 2.1(b) 中的 t2 時(shí)刻，二極管開始承受反向電壓，二極管關(guān)斷。 此后只有電容器 C 向負(fù)

9、載以指數(shù)規(guī)律放電的形式提供電流， 直至下一個(gè)半周的正弦波來到， u2 再次超過 uC，如圖 5(b) 中的 t3 時(shí)刻，二極管重又導(dǎo)電。以上過程電容器的放電時(shí)間常數(shù)為電容濾波一般負(fù)載電流較小，可以滿足 td 較大的條件，所以輸出電壓波形的放電段比較平緩，紋波較小，輸出脈動(dòng)系數(shù) S 小，輸出平均電壓UO(AV)大，具有較好的濾波特性。（a）(b)圖 2.1 帶載時(shí)橋式整流濾波電路52.4 穩(wěn)壓電路經(jīng)過濾波后輸出的直流電壓仍然存在較大波紋，而且交流電網(wǎng)電壓容許有起伏，隨著電網(wǎng)電壓的起伏輸出電壓也會(huì)隨之變動(dòng)。此外，經(jīng)過濾波后輸出的直流電壓也與負(fù)載的大小有關(guān)， 當(dāng)負(fù)載加重的時(shí)候， 由于輸出的電流能力有

10、限，使得輸出的直流電壓下降。因此，當(dāng)需要穩(wěn)定的直流電壓的時(shí)候，在整流、濾波電路后通常需要配有穩(wěn)壓電路。 穩(wěn)壓是該設(shè)計(jì)方案的主要， 也是關(guān)鍵部分。 根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的性能指標(biāo)， 選擇集成三端穩(wěn)壓器。 三端集成穩(wěn)壓器： 常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器與可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。本實(shí)驗(yàn)采用的型號(hào)是LM317。LM317內(nèi)部原理圖引腳圖6第三章單元件參數(shù)的選擇及其計(jì)算3.1 電源變壓器型號(hào) AIR_CORE_XFORMEP根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的要求，變壓器的副邊電壓應(yīng)大概在18V 左右所以可選擇線圈匝數(shù)比為220:12的線圈。3.2 橋堆 型號(hào)為 W08仿真用的型號(hào)為：1B4B42 的橋堆，為了焊接的方便防止二極管放

11、錯(cuò)方向，實(shí)驗(yàn)中選型號(hào)為W08的橋堆。3.3 電容 C1 1000uF電容 C1 的選擇，因?yàn)镃1 為濾波電容，根據(jù)低頻所學(xué)知識(shí)，濾波電容越大，放電過程越慢，輸出電壓越平滑，平均值越高。但在實(shí)際上，電容的容量越大，不但體積越大，而卻會(huì)使整流二極管流過的沖擊電流更大。通常濾波電容滿足RC=(3-5)T/2 ，其中 R 為負(fù)載的電阻，經(jīng)過計(jì)算及仿真可選擇電容C1 為 1000uF。3.4 電阻 R1 、R3實(shí)驗(yàn)中采選用LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。可調(diào)式穩(wěn)壓器是通過外接電阻來調(diào)節(jié)輸出電壓的，根據(jù)穩(wěn)壓器輸出端電壓Uo=1.25（ 1+R1/R3）V 可得到 R1/R3=(Uo/1.25-1)，又由設(shè)計(jì)輸

12、出要求電壓范圍為1.510V ，得到 R1/R3 的值得范圍為0.27 ，仿真根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的電阻阻值可取 R3 為 240 ，這樣求得電位器的阻值為1680 ，但實(shí)驗(yàn)室只有2K 的電位器， 因此實(shí)驗(yàn)時(shí)選用 2K 的電位器。73.5 電阻 R4 33 實(shí)驗(yàn)要求輸出電流I Om=300mA，輸出電壓為10V 時(shí)，根據(jù) R1=UO/IOm得到輸出端電阻R1約為33 。3.6 電容 C210uF電容 C2 是為了仿真電路產(chǎn)生自激振蕩，選取小電容10uF。3.7 電阻 R250當(dāng)電位器R1 值為零時(shí)，可求得R2 電阻阻值為48 ，試驗(yàn)中可取R2為 50。3.8 三端穩(wěn)壓管LM3178第四章總原理圖與仿

13、真4.1 圖為滑動(dòng)變阻器阻值最小時(shí)電壓為1.5V圖 4.29圖 4.3圖 4.4 滑動(dòng)變阻器阻值最大時(shí)的輸出電壓10v圖 4.5 為電流 300mA10第五章電路的安裝及調(diào)試5.1 電路的安裝對(duì)照原理圖布線盡量使電源線靠近實(shí)驗(yàn)電路板的周邊，以起一定的屏蔽作用；用電烙鐵進(jìn)行焊接，電路比較簡單 0.5 天就完成了5.2 電路的調(diào)試在輸入端接入變壓器，并接上220V 的電壓，然后在輸出端接上萬用表，一邊調(diào)電位器一邊觀察電表示數(shù)即可。5.3 電路的調(diào)試分析在輸出端的電壓的范圍為1.2-15V ，主要的原因是電位器用的電阻不是1680而是 2K，根據(jù)公式 Uo=1.25（1+R1/R3），可以發(fā)現(xiàn)電壓的

14、范圍擴(kuò)大了。11第六章實(shí)驗(yàn)總結(jié)本次選擇做設(shè)計(jì)制作一串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源電路，利用低頻所學(xué)的變壓、整流。濾波、穩(wěn)壓的知識(shí)進(jìn)行了一個(gè)設(shè)計(jì)。通過 LM317的特性，加上取樣電路，在誤差允許范圍內(nèi)，本設(shè)計(jì)結(jié)果符合實(shí)驗(yàn)要求。 由于設(shè)計(jì)的變壓器和電位器與實(shí)際的存在差異，從而導(dǎo)致實(shí)際輸出電壓范圍比要求要寬，但是還是能實(shí)現(xiàn)1.510V 范圍內(nèi)可調(diào)。在本次實(shí)驗(yàn)過程中豐富了知識(shí)，比如本實(shí)驗(yàn)用了一個(gè)二極管IN4007，通過查閱資料，其起了防止電容直接對(duì)三端可調(diào)穩(wěn)壓器充電。設(shè)計(jì)存在的不足是在仿真時(shí)所采取的電阻的值在實(shí)際中很難找到對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)阻值，從而使電路輸出電壓存在差值。仿真時(shí)應(yīng)該與實(shí)際結(jié)合， 更換一些常用的電阻值，并且達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹ＴO(shè)計(jì)問題： 1. 根據(jù)低頻課上所學(xué)的知識(shí)直接進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真，原件的參數(shù)沒有注意去配對(duì)， 實(shí)驗(yàn)達(dá)不到要求。 最后通過查閱大量的資料，和隊(duì)友一起合作下設(shè)計(jì)出了本電路圖。 2. 在和隊(duì)友設(shè)計(jì)方案時(shí)，三端可調(diào)穩(wěn)壓器用得不是LM317，后經(jīng)過老師的教導(dǎo)使用了LM317芯片。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中， 不僅增加了動(dòng)手能力、 豐富了理論知識(shí)， 并且提升了合作能力！12參考文獻(xiàn)1、謝自美 . 電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測試（第二版）. 華中理工大學(xué)出版