半导体直流稳压电源设计课程设计.doc
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1、湖南工学院课程设计说明书课题名称:半导体直流稳压电源设计专业名称:通信工程 学生班级:1102班 学生姓名:谢曾闻达 学生学号:11401340214 指导老师:李祖林 模拟电子技术课程设计任务书 系:电气与信息工程系 年级:1102 专业:通信工程 指导教师姓名 李祖林 学生姓名 谢曾闻达 课题名称 半导体直流稳压电路的设计 内容及任务一、设计任务和要求 1、学习直流稳压电源的设计方法;2、研究直流稳压电源的设计方案;3、掌握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法;二、设计内容 1、设计一个能输出12V/5V的直流稳压电源;2、根据设计要求和技术指标设计好电路,选好元件及参数;3、要求绘出原理
2、图,并用Protel画出印制板图;4、在万能板或面包板或PCB板上制作一台直流稳压电源;三、技术指标 要求电源输出电压为12V(或9V /5V),输入电压为交流220V,最大输出电流为Iomax=500mA,纹波电压VOP-P5mV,稳压系数Sr5%。进度安排起止日期设计内容6月5号设计一个能输出12V/5V的直流稳压电源6月8号根据设计要求和技术指标设计好电路,选好元件及参数6月13号要求绘出原理图,并用Protel画出印制板图6月19号在万能板或面包板或PCB板上制作一台直流稳压电源主要参考资料电工学电子工业出版社;晶体管直流稳压电源辽宁科技出版社;电子线路设计实验测试华中科技大学出版社模
3、拟电子技术基础高等教育出版社答辩成绩指导教师评阅意见目 录第一章 引言1 第二章 半导体直流稳压电路的设计2 2.1课程设计要求22.2整体设计方案3 2.3电源变压器4 2.4整流滤波电路5 2.5集成稳压器方案6 2.6整流二极管的参数计算6 2.7滤波电容的参数计算7 2.8其他电路元件的选择7 第三章 半导体直流稳压电路的仿真与制作7 3.1直流稳压电源电路的仿真电路8 3.2 PCB版的设计与制作8 第四章 测试方法和实验结果10 4.1测试方法和内容10 4.2基本检查11 4.3指标测试和测试结果11 第五章 数据分析和讨论12 5.1数据分析12 5.2结果讨论12 第六章 结
4、束语13 附录A 元件清单15 附录B 参考文献16- 15 -第一章 引言直流稳压电源一般由电源变压器,整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后,稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。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5V直流电,并实现电压可在3-12V连续可调。 电源的发展经历了整流器时代,逆变器时代、 变频器时代并逐步向绿色靠拢。稳压电源的历史可追溯到十九世纪,爱迪生发明电灯时,就曾考虑过稳压器,到二十世纪初,就有铁磁稳压器以及相应的技术文献,电
5、子管问世不久,就有人设计了电子管直流稳压器,在四十年代后期,电子器件与磁饱和元件相结合,构成了电子控制的磁饱和交流稳压器。五十年代晶体管的诞生使晶体管串联调整稳压电源成了直流稳压电源的中心。六十年代后期,科研人员对稳定电源技术做了新的总结,使开关电源,可控硅电源得到快速发展,与此同时,集成稳压器也不断发展。直至今日,在直流稳压电源领域,以电子计算机为代表的要求供电电压低,电流大的电源大都由开关电源担任,要求供电电压高,电流大的设备的电源由可控硅电源代之,小电流、低电压电源都采用集成稳压器。第二章 半导体直流稳压电源电路的设计2.1课程设计要求 (一)、设计目的 1、学习直流稳压电源的设计方法;
6、2、研究直流稳压电源的设计方案;3、掌握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法;(二)、设计要求和技术指标 1、技术指标:要求:输入电压为交流220V; 电源输出电压为+12V、-12V、+5V、-5V; 最大输出电流为Iomax=500mA; 纹波电压VOP-P5mV,稳压系数Sr5%。 2、设计基本要求: (1)设计一个能输出12V/5V的直流稳压电源; (2)拟定设计步骤和测试方案; (3)根据设计要求和技术指标设计好电路,选好元件及参数; (4)要求绘出原理图,并用Protel画出印制板图; (5)在PCB板上制作一台直流稳压电源; (6)测量直流稳压电源的内阻; (7)测量直流稳压电源
7、的稳压系数;(8)撰写设计报告;(三)、设计提示 1、设计电路框图如图所示:1、设计电路框图如图所示: 图2-1-1稳压电路若使用分离元件要有取样、放大、比较和调整四个环节,晶体管选用3DD或3DG等型号;若用集成电路选7812,7912和7805,7905稳压器。测量稳压系数,在负载电流为最大时,分别测得输入交流比220V增大和减小10%的输出vo,并将其中最大一个代入公式计算Sr,当负载不变时,Sr=VoVI/VIVO。测量内阻,在输入交流为220V,分别测得负载电流为0及最大值时的Vo,ro=VO/IL。纹波电压测量:叠加在输出电压上的交流分量,一般为mV级。可将其放大后,用示波器观测其
8、峰峰值Vop-p;用可用交流毫伏表测量其有效值Vo,由于纹波电压不是正弦波,所以有有效值衡量存在一定误差。2、实验仪器设备 自耦变压器一台,数字万用表,万能板,智能电工实验台,示波器,交流毫伏表(四)、设计报告要求1、选定设计方案;2、拟出设计步骤,画出电路,分析并计算主要元件参数值;3、列出测试数据表格。4、调试总结。(五)、设计总结1、总结直流稳压电源的设计方法和运用到的主要知识点,对设计方案进行比较。 2、总结直流稳压电源主要参数的测试方法。 2.2整体设计方案 (一)、 电路原理直流稳压电源的工作流程如下:图2-2-1 直流稳压电源的方框图从图2.2.1我们得出直流稳压电源的工作原理:
9、电路接入幅值为220V、频率为50Hz的市电ui,通过图11中的电源变压器TRIAD,将市电220V的电压幅值调整为合适的电路工作压值u2。通过电源变压器TRIAD输送过来的交流电,再通过图11中的桥式整流电路BRIDGE,得到单方向全波脉动的直流电压。由于单方向全波脉动的直流电压中含有丰富的交流成分,为了获得平滑的直流电压,在整流电路的后面加一个滤波电路,以滤去交流成分,图2.2.1中的电容C就起到这个作用;对于要求不高的电路,经过滤波后的直流电压可以直接应用,对于一些要求比较高的电路。我们在滤波电路的后面再接一个稳压电路,使输出的直流电压更加平滑,如集成稳压器LM7812,LM7912和L
10、M7805,LM7905。一般来说,滤波电容C的容量比较大,本身就存在着较大的等效电感,因此对于市电引入的各种高频干扰的抑制能力很差。为了解决这个问题, 在电容C旁并联一只小容量电容器C1、C2,就可有效地抑制高频干扰。 另外,稳压器在开环增益较高、负载较重的状态下时,由于分布参数的影响,有可能产生自激,C1、C2则兼有抑制高频振荡的作用。输出端接入电容器C3、C4、C5、C6,是为了改善瞬态负载响应特性和减小高频输出阻抗。2.3电源变压器由公式P=U*I可知若输出功率P一定,若输出电压U越高,则输出电流I越低。举例来说,一个输出功率P=15VA的变压器,若输出电压U=12V,则输出电流I=0
11、.833A。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。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=,式中是变压器的效率。 表2-3-1变压器的效率表副边功率P/vA1.414U2=121.414=17V在含稳压器LM7805,LM7905的电路中的二级管的选择: 由于二极管最大瞬时反向工作电压Urm1.414U2=151.414=21VIN4001的反向击穿电压大于50V,额定工作电流I=1AIomax.故整流二极管选用IN4001。2.7 滤波电容的参数计算滤波电容的容量可由下式估算: C=ICt/Vip-p式中Vip-p稳压器输入端纹波电压的峰-峰值;
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