《广东工业大学电子技术综合设计与实践课程设计-数显可调式直流稳压电源》由会员分享，可在线阅读，更多相关《广东工业大学电子技术综合设计与实践课程设计-数显可调式直流稳压电源（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、课课 程程 设设 计计课程名称 电子技术综合设计与实践(2)题目名称 数显可调稳压电源 学生学院 自动化学院 专业班级 13 级自动化卓越 1 班 学 号 3113000981 学生姓名 黄景运 指导教师 张建新，夏益民 2015 年 11 月 9 日II广东工业大学课程设计任务书广东工业大学课程设计任务书题目名称数显可调直流稳压电源学生学院自动化学院专业班级13 级自动化卓越 1 班姓 名黄景运学 号3113000981一、课程设计的内容设计并制作数显可调式直流稳压电源，具体要求如下：1. 输出电压范围至少达到 315V，最大输出电流不超过 1.5A。2. 具有电压调节功能。3. 数字显示输
2、出电压和电流。4. 输出纹波电压不大于 10mV。5. 具有过压和过流保护。二、课程设计的要求与数据1、严格按照分组情况进行实训；2、完成指定的设计任务；3、课程设计的报告严格按照学校指定格式执行；4、课程设计期间不得迟到早退，否则将严肃处理。三、课程设计应完成的工作1、理论计算：选择一种较好的方案，画出电路原理图；2、软件仿真：在计算机上用 Multisim 软件进行电路仿真，得到仿真结果和仿真波形图；3、使用 Protel 软件设计制作电路 PCB；4、制板、焊接、系统调试；5、撰写报告。III四、课程设计进程安排序 号设计各阶段内容地点起止日期1分配任务，根据设计要求使用 Multisi
3、m软件完成电路的设计、仿真与优化； 实 2- 212，214第 9 周周 1-周 32使用 Protel 等软件画原理图、PCB 图实 2- 212，214第 9 周周 4-周 53制版、焊接、系统调试工 2-504第 10 周周 1-周 54演示和验收工 2-504第 10 周周 55完成设计报告五、应收集的资料及主要参考文献1、胡仁杰，电工电子创新实验，高等教育出版社，北京，2010 2、童诗白等，模拟电子技术基础，高等教育出版社，北京，2011 3、阎石等，数字电子技术基础，高等教育出版社，北京，2006 4、谢云等，现代电子技术实践课程指导，机械工业出版社，北京，2006发出任务书日期
4、： 年 月 日 指导教师签名：计划完成日期： 年 月 日 基层教学单位责任人签章：主管院长签章：2摘 要本次课程设计要求我们设计并制作一数显可调直流稳压电源应用。直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路、稳压电路及数显电路等电路模块所组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电；整流电路把交流电变为直流电；滤波电路滤去整流电流中的高频成分，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。通过译码芯片控制数码管显示输出电压值。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将 220V 交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可在 315V 可调。采用 ICL7107
5、芯片及四个共阳数码管构成显示电路，实现控制数码管显示输出电压功能。关键字：变压整流滤波稳压显示3目 录1 设计任务目的与要求设计任务目的与要求11.1 设计任务.11.2 设计要求12 设计方案及论证设计方案及论证12.1 题目分析.12.2 方案比较.22.3 系统结构设计.22.4 具体电路设计.22.5 PROTEL原理图 73 制作及调试过程制作及调试过程83.1 制作及调试过程.93.2 遇到的问题及解决方案113.3 实物照片114 系统测试系统测试124.1 测试方法124.2 测试数据124.3 数据分析和结论135 总结总结135.1 缺陷135.2 总结.13参考文献参考文
6、献1441 设计任务目的与要求设计任务目的与要求1.1 设计任务设计并制作数显可调式直流稳压电源1.2 设计要求1.输出电压范围至少达到 315V，最大输出电流不超过 1.5A。2.具有电压调节功能。3.数字显示输出电压和电流。4.输出纹波电压不大于 10mV。5.具有过压和过流保护。2 设计方案及论证设计方案及论证2.1 题目分析本次课程设计要求我们制作一可调范围为 315V 并能数字显示的稳压直流电源。我们可以采用输出 电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器来设计，主要由降压电路、整流电路、滤波电路、稳压电 路和数显电路五部分组成。电网电压为 220V，50Hz 的交流电，要获得低压直流
7、输出，须先采用电源变压 器将电网电压降低获得所需要低压交流电。降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其含 交变成分较大。含交变成分大的直流电压须经过滤波电路来将交流成份滤掉，保留其直流成份。经过滤 波后的直流电压，再通过集成稳压电路外接元件使输出电压得到很宽的调节，即可得到基本稳定直流电 压输出，最后通过数显电路显示当前直流稳压输出数值。 根据可调电压的范围，我们令副边电压为 20V，则原副线圈的匝数比为 n1：n2=220V:20V=11：1， 我们采用的原副线圈匝数比为 11：1 的变压器。本设计中利用 LM317 的稳压及其电压可调的功能，通过 旋转接在调整脚的电位器 R2，实
8、现输出电压在 3-15V 内连续可调，调整精度较高。而 LM317 稳压输出 电压可用下式计算：Vo=1.25Vo=1.25（1+R2/R31+R2/R3）VI3VO2ADJ1U1 LM317LR2POTR3 200RD61N4002D5 1N4002C3 10u取 R3=200，根据公式当输出 Vo=3V 时，有 3=1.25（1+ R2/200） ，求得 R2=240 当输出 Vo=15V 时，有 15=1.25（1+ R2/200） ，求得 R2=2200。根据计算结果，我们可以取 R2 为 2K 的精密可调变阻器，并串联一个 200 的定值电阻，以达到设计要求的可调范围。2.2 方案比
9、较5方案一：利用 LM317 集成稳压芯片为核心，通过变压器之后整流滤波再稳压输出稳定的 直流电。然后通过 AD 转换芯片将电压模拟量转换为数字量，送到数码管，实现显示功能。 方案二：用 LM317 集成稳压芯片为核心，通过变压器之后整流滤波再稳压输出稳定的直 流电。利用 LM317 集成稳压芯片为核心，通过变压器之后整流滤波再稳压输出稳定的直流电。 再用 ICL7107 芯片制作数字显示电压表头。我们利用 LM7805 输出+5V，LM7905 输出-5V 来为 芯片供电，使芯片正常工作。 据课题的要求最终选择方案二。方案一中要用到 AD 转换芯片，电路比较复杂，接线困 难；而方案二具有电路
10、简单，价格低廉，便于操作等优点，而且经过调试，其电压输出稳定， 调压精度高，效率高，完全符合课题的要求。 2.3 系统结构设计 1整体框图2整体设计原理我们可以采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器来设计，主要由降压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路和数显电路五部分组成。电网电压为 220V，50Hz 的交流电，要获得低压直流输出，我们先采用原副线圈匝数比为 11：1 的电源变压器将电网电压降低，获得所需要低压交流电。降压后的交流电压，通过桥式整流电路（主要由二极管构成）变成单向直流电。此时直流电压含有较大的交流成分，因此须经过滤波电路（主要由电容电路构成）来将交流成份滤掉，保留其直
11、流成份。经过滤波后的直流电压，再通过 LM317 集成稳压器外接滑动变阻器使输出电压得到可调范围为 315V 的稳定电压输出。将整流后的单向直流电分别输入到 LM7805、LM7905，从而得到+5V、-5V，作为 ICL7107 的供给电源。最后通过 ICL7107 组成的数显电路显示当前直流稳压输出数值。2.4 具体电路设计1降压电路日常生活中我们所用的市电为 220V，50Hz 的交流电，而课设要求输出电压可调范围为315V，因此我们应该对市电进行降压处理。电源变压器的作用是将电网电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压。理想变压器满足 I1/I2=U2/U1=N2/N1=1/n，根据输出
12、电压的范围，可以令变压器副边电压为 15V，则原副线圈匝数比为 15：1。降压电路如下所示：220V 交流变压器LM317 稳 压可调电 路输出ICL7107LED 显示62整流电路整流电路的主要作用为将经过降压后的交流电通过整流变成单方向的直流电，我们采用桥式整流来实现该功能，主要是通过二极管的截止和导通来实现的。在电压 U2 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，且电流方向一致，因此我们可以得到脉动的直流电。在桥式整流电路中，每个二极管都只
13、在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即 I=1/2Io。电路中的每只二极管承受的最大反向电压为根号 2U2(U2 是变压器副边电压有效值)即为 21V，因此我们选整流二极管 IN4001，其参数为：反向击穿电压 UBR=50V21V。电路图如图所示：3滤波电路交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。我们可以采用电容滤波电路进行简单滤波。电容在电路中有储能的作用，并联的电容在电源供给的电压升高时能将部分能量储存起来，当电源供给电压下降时将能量释放出来，从而使负载电压比较平滑，使之成为含交变成分很小的直流电压。根据据输出电流大小
14、选择滤波电容 C的参数。输出电压为 15V，最大输出电流为 1A，则 1A 输出电流对应的负载电阻为：RL=15V/1A=15，根据 RLC=（35）T/2(T 为电源电压周期)，则 C=（35）T/2RL，求得C1=2000uF 3300uF,因此我们选用 2200uF 的电解电容。而电路中滤波电容承受的最高电压为：U2=21V，所以所选电容器的耐压应大于 21V。电路如图所示： 274可调稳压电路采用内部有过载保护的可调式三端集成稳压器来实现。虽然整流滤波电路能将交流电压变换为较为平滑的直流电压，但由于输出电压平均值取决于变压器副边电压有效值，所以当电网电压波动时，输出电压平均值将随之产生
15、相应的波动；另外，由于整流滤波电路内阻的存在，当负载变化时，内阻上的电压将产生相反的变化，所以输出电压平均值也将随之产生相反的变化。为了获得稳定性较好的直流电压，我们采用三端集成稳压器 LM317 进行稳压。集成稳压器与简单稳压电路相比其电路结构简单，它可以通过外接元件使输出电压得到很宽的调节范围，并且内部有过热保护、过流保护等保护电路。电路中 R2 和 R3 的阻值是不能随意设定的，VREG 与 COMMON 端之间为 1.25V 电压基准。为保证稳压器的输出性能，R2 应小于240 欧姆，因此我们选用 200 的定值电阻，R3 则选用阻值为 2K 的精密可调变阻器，以达到 315V 的电压
16、输出。二极管 D5，D6 均选用 1N4001，用于保护 LM317。85.过流保护电路当电源工作时，稳压器输出端输出正向直流电压，电机开始启动。由于直流电机启动瞬时电流较大，我们在电路中加入电容 C3，当电路正常工作时将对 C3 进行充电，使电路的充电时间大于电机启动时间，三极管（采用 9013）处于截止状态，电机启动到稳定状态后，电流恢复到工作电流。一旦电机发生短路或堵转，使电容 C3 两端电压达到 Q1 的导通电压，则 Q1 导通，强制稳压器的输出电压降为基准电压 1.25V。6. 5V 直流稳压电源电路我们把整流后的单向直流电分别接入 LM7805、LM7905，并接入滤波电容，滤掉输出电压中的高频成分，从而分别得到稳定的+5V、-5V，作为 ICL7107 芯片的工作
