模拟电子技术基础课程设计说明书-多路输出直流稳压源的设计

模拟电子技术基础课程设计说明书-多路输出直流稳压源的设计内容摘要：

，低成本，高可靠性，低电磁干扰，模块化和智能化方向发展。 以单片机系统为核心而设计制造出来的新一代智能稳压电源不但电路简单，结构紧凑，价格低廉，性能卓越，而且由于单片机具有计算和控制能力， 利用它对采样数据进行各种计算，从而可排除和减少由于骚扰信号和模拟电路引起的误差，大大提高稳压电源输出电压和控制电流精度，降低了对模拟电路的要求。 智能稳压电源可利用单片机设置周密的保护监测系统，确保电源运行可靠。 输出电压和限定电流采用数字显示，输入采用键盘方式，电源的外表美观，操作使用方便，具有较高的使用价值。 武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书 2 2 课程设计报告总述 课程设计的目的 为了让同学能够将理论知识用于实践，加深对理论知识的理解，学会用软件进行电路的分析和仿真，提高学生的自学能力和动手能力。 为以后的 专业学习奠下基础，在极大程度上将理论与实际联系起来了，是一个培养同学能力的好选择。 课程设计的时间 2020 年 1 月 18 日 ~2020 年 1 月 22 日 课程设计的内容 （ 1） 设计任务 根据技术要求和已知条件，完成对多路输出直流稳压源的设计、装配与调试。 （ 2） 设计要求 根据技术要求和初始条件，制作一个多路输出直流稳压源，能将 220V/50Hz 交流电转换为多路直流稳压源。 输出：177。 12V/1A，177。 5V/1A，一组可调整电压 +3~18V/1A。 武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书 3 3 多路输出直流稳压源的设计与制作 总体电路原理图 基本原理 直流稳压源的 组成结构由四部分组成：变压、整流、滤波和稳压。 如图所示： 武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书 4 原理 变压电路 ： 是降压变压器，它将 电网 220V 交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由 变压器的副边电压确定 ， 副边与原边的功率比为 P2/ P1=η，式中 η 是变压器的效率。 整流电路 ：整流电路是利用二极管的单向导电性，把交流电变为脉动直流电的电路。 此稳压源利用的是单向桥式全波整流电路，此整流电路由四个二级管组成。 其工作原理为：当 U2 为正半周期时，二极管 D D3 承受正向电压而导通， D D4 承受反向电压而截止，电流方向如左图红虚线所示。 此时有 电流 流过 RL负载 RL上得到一个半波整流的输出电压。 在 u2 为负半周期时二极管 D D4 承受正向电压而导通。 D D3 截止，电流方向如左图蓝线所示，此时有电 流流过 RL负载 RL上得到一个半波整流的输出电压。 因此，无论 u2 无论处于正半周期还是负半周期，都有电流同方向的流过负载 RL， 故 RL上得到单方向全波脉动的直流电压。 整流二极管的反向击穿电压 URM应该满足 ： URM 2 V0，经过整流管的电压 U0= ]3[。 滤波电路 ： 滤波电容容量大，因此一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。 电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。 当 U2 为正半周并且数值大于电容两端电压 UC 时，二 极管 D1 和 D3 管导通， D2 和D4 管截止，电流一路流经负载电阻 RL，另一路对电容 C 充电。 当 UCU2，导致 D1 和 D3管反向偏置而截止，电容通过负载电阻 RL放电， UC 按指数规律缓慢下降 ]1[。 武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书 5 当 U2 为负半周幅值变化到恰好大于 UC时， D2和 D4因加正向电压变为导通状态， U2再次对 C 充电， UC上升到 U2 的峰值后又开始下降；下降到一定数值时 D2 和 D4 变为截止，C对 RL放电， UC按指数规律下降；放电到一定数值时 D1和 D3变为导通，重复上述过程。 RL、 C对充放电的影响： 电容充电时间常数为 RDC，因为二极管的 RD很小，所以充电时间常数小，充电速度快；RLC 为放电时间常数，因为 RL较大，放电时间常数远大于充电时间常数，因此，滤波效果取决于放电时间常数。 电容 C愈大， 负载电阻 RL愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大，如图所示。 电容滤波负载器输出电压 U0=（ ~） U2。 稳压电路 ： 此电路图用的稳压器件是集成稳压块。 固定式三端稳压器有 78XX 系列和79XX 系列， 78XX 系列输出固定的正电压， 79XX 系列输出固定的负电压。 它 们的引脚功能如图所示。 可调式三端稳压器输出连续可调的直流电压，常见产品有（ CM） LM117和 LM317 等。 它们的基准电压是 ，输出电流为 100mA 或 500mA，输出电压范围可在 ~37V 之间连续可调。 稳压器内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠、应用方便性能优良等特点。 其中 R1 与 PR1 组成电压输出电压调节电路，输出电压 U0 的表达式为： U0≈ （ 1+PR1/R1） 式中 R1通常取 240Ω ， R2则根据对 V0值的要求值求得 ]2[。 武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书 6 它们的引脚功能跟上图差不多，只是，接 GND的那个引脚变成 ADJ，是电压可调端。 稳压器的输入端接电容 Ci 可以进一步滤除纹波，输出端接电容 C0 能消除自己振荡，确保电路稳定工作。 稳压电源的输出电压 UO（或电压可调范围 UOmin~ UOmax）和最大输出电流 IOmax 是它的特性指标，这两个指标决定了该电源的适用范围，同时也决定了稳压器的特性指标以及如何选择变压器、整流管和滤波电容。 而输出电阻、纹波电压、温度系数是稳压电源的质量指标，它们决定了稳压器的稳压系数、输出阻抗、温度系 数和滤波电容的选择。 （ 1） 最大输出电流 指稳压电源正常工作的情况下能输出的最大电流，用 IOmax 表示。 一般情况下的工作电流 IOIOmax。 （ 2） 输出电压 指稳压电源的输出电压，用 UO 表示。 （ 3）输出电阻 稳压电源的输出电阻 RO 用来表明负载电流 IO 变化时，引起输出电压 UO 变化的程度。 当输入电压不变时，由于负载电流变化 IO，而引起输出电压变化 UO，则： 0iuOOO IUR 显然， RO 越小负载变化时对输出电压的影响就越小。 说明该稳压电源的性能越好。 （ 4）电压调整率 KV 它表示负载电流和环境温度Ｔ保持不变，输入电压 UI（ 220V）变化 10%时，输出电压的相对变化值。 000 TIOOV UUK （ 5）稳压系数 S S 是指负载电流和环境温度 T 保持不变时，输入电压 Ui 的相对变化引起输出电压的相对变化，即： 武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书 7 00 TIiiOOLUUUUS 显然，电压调整率越小表示该电源的性能越稳定，其值应是越小越好。 直流稳压电源主要技术指标的测试方法 ： （ 1）输出电压可调范围的测量 按图 8 所示接线。 输入端接 220V 交流电压， ~220V ui Uo 输出端 接万用表或数字万用表，调节图 6 电路中 RW 的大小，使其值为最大和最小，测 出对应的 输出电压 UOmin 和 UOmax。 则该稳压电源输出电压 图 1 Uo 可调范围的测量图 的可调范围为 UOmin ~ UOmax。 （ 2）最大输出电流的测量 Io 按图 8 接线。 稳压电源的输入端接 直流 A 220V 的交流电压，将稳压电源的输， ~220V ui 稳压 RW Uo 出电压调到 10V 然后在稳压电源的输出 电源 端接滑线变阻器 RWL，如图 9 所示。 RWL 的值应调到 1kΩ 以上。 用万用表或数字万 图 2 最大输出电流的测量框图 用表测出对应的 UO。 然后逐渐减小 RWL的值， 直到 UO 的值下降 5%，此时流经负载 RWL 的电流就是 IOmax。 记下 IOmax 后应迅速增大 RWL的值，以减小稳压电源的功耗。 （ 3） 纹波因数 的测量 用晶体管毫伏表测量电源输出端的交流电压分量的有效值，用万用表（或数字万用表）的直流档测量电源输出端的直流电压分量，按式（ 5）就可算出电源的纹波因数。 （ 4）输出电阻 RO 的测量 Io 按图 10 接线。 在不接负载电阻 RL 时 直流 A。