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1、课程设计说明书课程设计说明书题 目： 可调直流稳压电源设计 课程名称： 模拟电子技术基础 学 院： 电子信息与电气工程学院 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 2013 年 6 月 7 日成绩成绩课 程 设 计 任 务 书设计题目 可调直流稳压电源设计学生姓名所在学院电子信息与电气工 程学院专业、年级、 班自动化 2011 级 1 班设计要求：1、设计制作一个可调直流稳压电源电路；2、输入电压为 220V 的交流电压，频率为 50Hz；3、输出直流电压为 1.25V15V 可调；4、最大输出电流为 Iomax=1A；5、纹波电压小于 10mA，稳压系数 Sr 小于 5。学生应完成的任
2、务：设计一个可调直流稳压电源电路，并利用 Multisim 软件进行电路仿真。利用 软件绘 制电路原理图，并设计制作电路的 PCB 板。根据设计原理对电路进行安装调试，完成课程设 计工作，并提交课程设计报告。参考文献：1 童诗白.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2005. 2 秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术M.北京：北京大学出版社，2012. 3 邱关源，罗先觉.电路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006. 4 阎 石.数字电子技术（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005.工作计划：5 月 27 日29 日完成原理图的设计；5 月 29 日31 日进行 PCB 设计；
3、6 月 3 日4 日制作 PCB 板；6 月 5 日7 日电路板安装与调试，提交课程设计报告。任务下达日期：2013 年 5 月 27 日 任务完成日期：2013 年 6 月 7 日指导教师（签名）： 学生（签名）：可调直流稳压电源设计可调直流稳压电源设计摘摘 要：要：首先介绍变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路的原理。再由变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源。已知输入电压为 220V 的交流电压，频率为 50Hz，要求稳压电源输出直流电压为 1.25V15V 并且可调，此外最大输出电流为 Iomax=1A，纹波电压小于 10mA，稳压系数 Sr 小于 5。在这个过程我们
4、通过使用Multisim 软件仿真，再经过 Altium Dsigner 设计出电路板。最后焊接，调试，给出实验结果。关键词：关键词：可调直流稳压电源；变压器；二极管单相桥式整流；电解电容滤波目目 录录1.设计背景11.1 设计需求11.2 设计目的12.设计方案12.1 直流稳压电源的基本组成12.2 电源变压器22.3 整流电路22.4 滤波电路42.5 稳压电路63.方案实施93.1 设计步骤93.2 实际采用电路图93.3 Altium Designer 设计结果104.结果与结论104.1 Multisim仿真结果104.2 Altium Designer 设计结果114.3 结论1
5、15.收获与致谢125.1 收获125.2 致谢126.参考文献 127.附件127.1 所需原清单137.2 实物拍摄131. 设计背景设计背景1.1 设计需求设计需求直流稳压电源是指能为负载提供稳定直流电源的电子装置。它的供电电源大都是交流电源，当交流供电电源的电压或负载电阻变化时，稳压器的直流输出电压都会保持稳定。 直流稳压电源随着电子设备向高精度、高稳定性和高可靠性的方向发展，对电子设备的供电电源提出了高的要求。由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。直流
6、稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。1.2 设计目的设计目的在电子电路及设备中，一般都需要稳定的直流电源供电。这里所介绍的直流电源为单相小功率电源，是将频率为 50Hz.有效值为 220V 的单相交流电源电压转换成幅值稳定.2. 设计方案设计方案2.1 直流稳压电源的基本组成直流稳压电源的基本组成单相交流电经过电源变压器，整流电路，滤波电路和稳压的直流电压，其方框图及各电路的输出电压波形如图所示，下面就各部分的作用加以介绍。T整流滤波稳压负 载图 1 直流稳压电源的方框图直流稳压电源的输入为 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
7、压器降压后，再对交流电压进行处理。变压器副边电压有效值决定于后面电路的需要。变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压，即正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，半波整流电路和全波整流电路的输出波形如图所示。可以看出，他们均含有较大的交流分量，会影响负载电路的正常工作。为了减小电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使滤波电路的输出电压仅为直流电压。然而，由于滤波电路为无源电路，所以接入负载后势必影响其滤波效果。对于稳定性要求不高的电子电路，整流、滤波后的直流电压可以作为供电电源。交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，但是当电
8、网电压波动或者负载变化时，其平均值也将随之变化。稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性。2.2 电源变压器电源变压器电源变压器 T 的作用是将电网 220V 的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压 Ui。实际上，理想变压器满足 I1/I2=U2/U1=N2/N1=1/n，因此有P1=P2=U1I1=U2I2。变压器副边与原边的功率比为 P2/ P1=，式中 是变压器的效率。根据输出电压的范围，可以令变压器副边电压为 22V，即变压系数为 0.1。2.3 整流电路整流电路分析整流电路，就是弄清电路的整流原理，求出主要参数，并确定整流电
9、路二极管的极限参数。先以下图所示的单项半波整流电路为例说明整流电路的分析方法及其基本参数。tU2oULto（a） （b） 图 2 半波整流 （a）半波整流电路（b）半波整流波形图1.半波整流整流电路如图 2 所示，其输出电压平均值就是负载电阻上电压的平均值 Uo(AV)。从图 3 所示波形图可知，当t=0 时，Uo =U2sint;当t=2 时，Uo=0。所2以，求解 Uo的平均值 Uo(AV)，就是将 0 的电压平均在 02 时间间隔之中，如图 3 所示，负载电流的平均值:Io(AV)= Uo(AV)/RL（1）二极管的选择a）二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管平均电流，即IFIDO
10、=ULO/RL=0.45U2/RLb）二极管的最大反向工作电压 UR 必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压 URM，即 URURM =U22单相半波整流电路简单易行，所用二极管数量少。但是由于它只是利用了交流电压的半个周期，所以输出电压低，交流分量大，效率低。因此，这种电路仅适用于整流电流较小，对脉动要求不高的场合。2.全波桥式整流电路为了克服单相半波整流电路的特点，在使用电路中多采用单相全波整流电路，最常用的是单相桥式整流电路。如图 3 所示图 3 全波桥式整流电路设变压器次级电压 U2=U2msint=U2sint，其中 U2m为其幅值，U2为有效值，2负载电阻为 100。在电压 U
11、2的正半周期时，二极管 D1、D3 因受正向偏压而导通，D2、D4 因承受反向电压而截止；在电压 U2的负半周期时，二极管因受 D2、D4 正向偏压而导通，D1、D3 因承受反向电压而截止。U2和 UL的波形如图 4 所示，显然，输入电压是双极性，而输出电压是单极性，且是全波波形，输出电压与输入电压的幅值基本相等。由理论分析可得，输出全波单向脉冲电压的平均值即直流分量为tU2oULto图 4 全波整流电路的波形UOL=2U2m/=U20.9U2=0.92220V 22（1）全波整流电路中的二极管安全工作条件为：a）二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管平均电。由于 4 个二极管是两两轮流导
12、通的，因此有 IFIDO=0.5ULO/RL =0.45U2/RL=0.4520/10090mAb）二极管的最大反向工作电压 UR必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压 URM，即 URURM =U2=1.420=28V2单相桥式整流电路与半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求是一样的，并且还具有输出电压高、变压器利用高、脉动小等优点，因此得到广泛的应用。它的主要缺点是所需二极管的数量比较多，由于实际上二极管的正向电阻不为零，必然使得整流电路内阻较大，当然损耗也就比较大。2.4 滤波电路滤波电路电容滤波电路是最常见的也是最简单的滤波电路，在整流电路的输出端并联一个电
13、容即构成电容滤波电路，如图 5 所示：(a)(b) (c)图 5 单相桥式整流电容滤波电路(a)Multisim 仿真电路图， （b）实际电路图（c）波形图该电路工作原理：设 U2= U2msint=U2sint，由于是全波整流，因此不管是2在正半周期还是在负半周期，电源电压 U2一方面向 RL供电，另一方面对电容 C 进行充电，由于充电时间常数很小（二极管导通电阻和变压器内阻很小） ，所以，很快充满电荷，使电容两端电压 UC基本接近 U2m，而电容上的电压是不会突变的。现假设某一时刻 U2的正半周期由零开始上升，因为此时电容上电压 UC基本接近U2m，因此 U2UC，D1、D2、D3、D4
14、管均截止，电容 C 通过 RL放电，由于放电时常数d=RLC 很大（RL较大时） ，因此放电速度很慢，UC下降很少。与此同时，U2仍按 U2sint 的规律上升，一旦当 U2UC 时，D1、D3 导通，U2对 C 充电。2然后，U2又按 U2sint 的规律下降，当 U2UC 时，二极管均截止，故 C 又经2RL放电。同样，在 U2的负半周期也会出现与上述基本相同的结果。这样在 U2的不断作用下，电容上的电压不断进行充放电，周而复始，从而得到一近似于锯齿波的电压 UL= UC，使负载电压的纹波大为减小。由以上分析可知，电容滤波电路有如下特点：a）RLC 越大，电容放电速度越慢，负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越
