线性稳压电源毕业设计论文

线性稳压电源毕业设计论文内容摘要：

线性稳压电源电路的设计 元器件简介 1．半导体二极管： 将 PN结加上相应的引线和管壳，就成为半导体二极管。 按结构分，二极管有点接触型和面接触型两类。 二极管 既然是一个 PN结，它当然具有单向导电性，当 外加正向电压很低时，由于外电场还不能克服 PN结内电场对多载流子（除少量能量较大者外）扩散运动的阻力，故正向电流很小，几乎为零。 当正向电压超过一定数值后，内电场大大削弱，电流增长很快。 这个一定数值的正向电压称为死区电压，通常硅管的死区电压为 ，锗管约为。 导通时的正向压降，硅管约为 ~，锗管约为 ~。 在二极管上加反向电压时，由于少数载流子的漂移运动，形成很小的反向电流。 反向电流有两个特点：一是它随温度的上升增长很快；一是在反向电 压不超过某一范围时，反向电流的大小基本恒定。 而与反向电压的高低无关。 故通常称它为反向饱和电流。 而当外加反向电压过高时，反向电流将突然增大，二极管失去单向导电性，这种现象称为击穿。 二极管被击穿后，一般不能恢复原来的性能 ，便失效了。 二极管的主要参数： （ 1） 最大整流电流 ： 最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许通过二极管的最大正向平均电流。 点接触型的二极管的最大整流电流在几十毫安以下。 面接触型二极管的最大整流电流较大。 （ 2） 反向工作峰值电压 ： 它是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是反向击穿电压的一 半或三分之二。 电子科技大学学士学位论文 12 （ 3） 反向峰值电流 ： 它是指在二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。 ： 电阻器由电阻体、骨架和引出端三部分构成（实芯电阻器的电阻体与骨架合而为一），而决定阻值的只是电阻体。 对于截面均匀的电阻体，电阻值式中ρ为电阻材料的电阻率（欧厘米）； L为电阻体的长度（厘米）； A为电阻体的截面积（平方厘米）。 薄膜电阻体的厚度 d很小，难于测准 ,且ρ又随厚度而变化，故把视为与薄膜材料有关的常数，称为膜电阻。 实际上它就是正方形薄膜的阻值，故又称方阻 (欧/方 )。 对于均匀薄膜，薄膜阻值式 中 W为薄膜的宽度（厘米）。 通常 Rs应在一有限范围内， Rs太大会影响电阻器性能的稳定。 因此圆柱形电阻体以刻槽方法，平面形电阻体用刻蚀迂回图形的方法来扩大其阻值范围，并进行阻值微调。 ： 在 直流电路 中，电容器是相当于断路的。 电容器是一种能够储藏 电荷 的元件，也是最常用的电子元件之一。 这得 从电容器的结构上说起。 最简单的电容器是由两端的极板和中间的 绝缘 电介质（包括空气）构成的。 通电后，极板带电，形成电压（电势差），但是由于中间的绝缘物质，所以整个电容器是不导电的。 不过，这样的情况是在没有超过电容器的 临界 电压（击穿电压）的前提条件下的。 我们知道，任何物质都是相对绝缘的，当物质两端的 电压 加大到一定程度后，物质是都可以导电的，我们称这个电压叫击穿电压。 电容也不例外，电容被击穿后，就不是绝缘体了。 不过在中学阶段，这样的电压在电路中是见不到的，所以都是在击穿电压以下工作的，可以被当做绝缘体看。 但是，在交流电路中，因为电流的方向是随时间成一定的 函数 关系变化的。 而电容器充放电的过程是有时间的，这个 时候，在极板间形成变化的 电场 ，而这个电场也是随 时间 变化的函数。 实际上，电流是通过电场的形式在电容器间通过的。 线性稳压电源的设计 稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压 Uo、输出电流 Io、输出纹波电压Δ Uopp等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件 的性能参数，从而合理的选择这些器件。 稳压电源的设计可以分为以下三个步骤： Uo、最大输出电流 Iomax，确定稳压器的型号及电路形式。 第二章 线性稳压电源电路的基础和理论 13 IU ，确定电源变压器副边电压 u2的有效值 U2；根据稳压电 源的最大输出电流 I0max，确定流过电源变压器副边的电流 I2和电源变压器副边的功率 P2；根据 P2，从表 1查出变压器的效率η，从而确定电源变压器原边的功率 P1。 然后根据所确定的参数，选择电源变压器。 电流 ID、整流二极管的最大反向电压 RMU 和滤波电容的电容值和耐压值。 根据所确定的参数，选择整流二极管和滤波电容。 设计举例：设计一个直流稳压电源，性能指标要求为： 纹波电压的有效值 ,5mVUo  稳压系数 3103 vS 设计步骤： （ 1） 选择集成稳压器，确定电路形式 （ 2） 集成稳压器选用 CW317，其输出电压范围为： VUo 37~ ，最大输 出电流 maxoI 为。 选择电源变压器 由于 CW317的输入电压与输出电压差的最小值   VUU oI 3min  ，输入电压与输出电压差的最大值   VUU oI 40max  ，故 CW317的输入电压范围为： m a xm i nm i nm a x )()( oIoIoIo UUUUUUU  即 VVUVV I 40339  VUV I 4312  VUU in 2 ， 取 VU 122  变压器副边电流： AII o  ，取 AI 12 ， 因此，变压器副边输出功率： WUIP 12222  由于变压器的效率  ，所以变压器原边输入功率 WPP 1  ，为留有 余地，选用功率为 W20 的变压器。 ,800,9~3 m a x mAIVVU oo 电子科技大学学士学位论文 14 第三章 线性稳压电源电路的 仿真和数据分析 仿真软件介绍 Multisim是美国国家仪器（ NI）有限公司推出的以 Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟 /数字电路板的设计工作。 它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。 工程师们可以使用 Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。 Multisim提炼了 SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的 SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。 通过Multisim和 虚拟仪器技术 ， PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到 原型设计 和测试这样一个完整的综合设计流程。 全波整流电路仿真 全波整流电路原理图 图 31 全波 电容仿真电路原理图 第三章 线性稳压电源电路的仿真和数据分析 15 图 32 全波 电阻仿 真电路原理图 全波整流电路仿真波形图 图 33 全波 电容仿真波形图（起始部分）电子科技大学学士学位论文 16 图 34 全波 电容仿真波形图（稳定部分） 图 35 全波 电阻仿真波形图 全波整流电路数据分析 ：图 31为全波 电容仿真电路原理图，图 33为全波 电容仿真波形的起始部分波形图，图 34为稳定部分波形图。 由图 31可知，负载电阻 R1， R2， R3，R4均为 1K欧姆，负载电容 C1（ 100微 F）， C2（ 470微 F）， C3（ 1000微 F）， C4（ 4700微 F)。 由图 33可知，从上往下，第一条曲线对应电容 C1，依次到电容 C4。 在电源，二极管不变的情况下，随着负载电容数值越大，输出电压曲线纹波越小，输出电压越平稳。 由图 34可知， C1趋于稳定最快而 C4最慢，电容越大，输出电压达到稳定电压时间越长。 ：图 32为全波 电阻仿真电路原理图，图 35为全波 电阻仿真波形图。 由图 32可知，其负载电阻 R1（ 1K欧）， R2（ 2K欧）， R3（ 5K欧）， R4（ 10K欧），负载电容为 C1,C2,C3,C4且都为 100微 F。 由图 35可知 ，从上往下，第一条曲线对于电阻 R1，依次到电阻 R4。 在电源，二极管不变的情况下，负载电阻越大，输出电压曲线的波纹越小，输出电压越平稳。 第三章 线性稳压电源电路的仿真和数据分析 17 桥式整流电路仿真 桥式整流电路原理图 图 36 桥式 电容仿真电路原理图 图 37 桥式 电阻仿真电路原理图 电子科技大学学士学位论文 18 桥式整流电路仿真波形图 图 38 桥式 电容仿真波形图（起始部分） 图 39 桥式 电容仿真波形图（稳定部分） 图 310 桥式 电阻仿真波形图 第三章 线性稳压电源电路的仿真和数据 分析 19 桥式整流电路数据分析 ：图 36为桥式 电容仿真电路原理图，图 38为桥式 电容仿真波形的起始部分波形图，图 39为稳定部分波形图。 由图 36可知，负载电阻 R1， R2， R3，R4均为 1K欧姆，负载电容 C1（ 100微 F）， C2（ 470微 F）， C3（ 1000微 F）， C4（ 4700微 F)。 由图 38可知，从上往下，第一条曲线对应电容 C1，依次到电容 C4。 在电源，二极管不变的情况下， 负载电容越大，输出电压曲线纹波越小，输出电压越平稳。 由图 38可知， C1趋 于稳定最快而 C4最慢，电容越大，输出电压达到稳定电压时间越长，体现电容的充放电特性。 ：图 37为全波 电阻仿真电路原理图，图 310为全波 电阻仿真波形图。 由图 37可知，其负载电阻 R1（ 2K欧）， R2（ 5K欧）， R3（ 1K欧）， R4（ 10K欧），负载电容为 C1,C2,C3,C4且都为 100微 F。 由图 310可知，从上往下，第一条曲线对于电阻 R1，依次到电阻 R4。 在电源，二极管不变的情况下，负载电阻越大，输出电压曲线的波纹越小，输出电压越平稳。 稳压管稳压电路仿真 稳压管 稳压电路原理图 图 311 稳压管稳压仿真电路原理图 电子科技大学学士学位论文 20 稳压管稳压电路仿真波形图 图 312 稳压电路电阻部分起始波形图 图 313 稳压电路电阻部分极限波形图 图 314 稳压电路电容部分起始波形图 第三章 线性稳压电源电路的仿真和数据分析 21 图 315 稳压电路电容部分稳定波形图 稳压管稳压电路数据分析 ：图 311左半部分为稳压管稳压电路电阻部分电路结构，图 312为电阻部分起始波形图，图 313电阻部 分极限波形图。 负载电阻 R1(1K欧 )R3(2K欧 )R5(5K欧 )R7(10K欧 )， R2， R4， R6， R8为 300欧姆电阻，负载电容为 C1， C2， C3，C4均为 100微 F：由仿真图可得，在电源，二极管不变的情况下，负载电阻越大，输出电压曲线纹波越小，输出电压越平稳。 此电路存在稳压极限。 ：图 311右半部分为稳压管稳压电路电容部分电路结构，图 314为电容部分起始波形图，图 315为电容部分稳定波形图。 负载电阻 R9,R11,R13,R15为1K欧姆， R10， R12， R14， R16为 300欧姆电阻，负载 电容 C5（ 100微 F）， C6（ 470微F）， C7（ 1000微 F）， C8（ 4700微 F）；在电源，二极管不变的情况下，负载电容越大，输出电压曲线纹波越小，输出电压越平稳。 电容越大，输出电压达到稳定电压时间越长。 三端稳压及可变三端稳压仿真及数据 图 316 三端稳压电源电路电子科技大学学士学位论文 22 图 317 三端稳压电源电路仿真图 从图 317可得，集成三端稳压器件的纹波明显小于整流电路且不需要电压稳定时间。 实验电路实验数据分析 线性稳压电源由半波整流到全波整流再到桥式整流，纹波越 来越小，电压越来越稳定，对电源利用率越来越高，电容越大，负载电阻阻值越高，稳压电源越趋于稳定。 第四章 线性稳压电源电路的设计与制作 23 第四章 线性稳压电源。