模电设计报告Word文档格式.docx
- 文档编号:15343223
- 上传时间:2022-10-29
- 格式:DOCX
- 页数:11
- 大小:831.14KB
模电设计报告Word文档格式.docx
《模电设计报告Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《模电设计报告Word文档格式.docx(11页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
3.2.1方案一
3.2.2方案二
3.2.3各方案分析比较
第四部分电路设计与器件选择
4.1功能模块一(变压电路)
4.2功能模块二(整流电路)
4.3功能模块三(滤波电路)
4.4功能模块四(调整电路)
4.5功能模块五(取样电路)
4.6功能模块六(放大电路)
第五部分整机电路
5.1整机电路图(非仿真图)
5.2元件清单
第六部分电路仿真
6.1仿真软件简介
6.2仿真电路图
6.3仿真结果(附图)
第七部分安装调试及设计总结
1.1设计题目及要求
1.设计制作一个学生实验用的“连续可调直流稳压电源”
2.主要技术指标与要求:
(1)输入电压在220V±
10%时,输入电压从5-12V可调(且尽量向低端扩展),输入电流;
大于0.5V;
(2)输出纹波电压小于5mV,稳压系数小于5×
10^(-2),输出内阻小于0.2欧姆;
(3)主要调整元件由晶体管构成;
3.发挥部分:
(1)具有过流保护、过压保护功能:
输出电流超过0.7A时电路自动过流保护,输入交流电压超过250V时电路自动过压保护;
(2)噪声尽可能低(注:
由电路类型分析确定)
4.通过分立直流稳压电源设计、安装和调试,要求学会:
(1)选择变压器、整流二极管、滤波电容及分立稳压器来设计直流稳压电源;
(2)掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。
第二部分设计思路
2.1总的设计方案说明
方案总的设计思路如下:
直流稳压电源一般由直流电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成,基本框图如下:
交变整滤过过稳
流→压→流→波→压→流→压
电器电电保保电
源路路护护路
各主要模块结构的作用:
v电源变压器:
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。
v整流电路:
利用单向导电元件,把50Hz的正选交流电变换成脉动的直流电压。
v滤波电路:
可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除,从而得到比较平滑的直流电压。
v稳压电路:
使输出的直流电压稳定,不随交流电网电压和负载的变化而变化。
v方案一:
采用变压器、二极管、电阻、稳压管、三极管等元器件。
220V的市电经变压器变压后变成电压值较小的交流,再经桥式整流电路和滤波电路形成直流,稳压部分采用串联型稳压电路。
比例运算电路的输入电压为稳定电压,且比例系数可调,所以其输出电压也可以调节;
同时,为了扩大输出大电流,输出端加晶体管,并保持射极输出形式,就构成了具有放大环节的串联型稳压电路。
整流电路采用了桥式整流电路,元件是IN4007.电容C1起到滤波作用,将直流中的交流成分滤去,而C2可以防止复合调整管T1,T2产生自激振荡,一旦产生,电容将能将自激振荡信号旁路掉,同时兼滤波功能,使电路工作稳定性提高。
方案一原理图:
方案二:
方案二中的变压、整流和滤波电路与方案一相同,但在比较放大部分改用LM741运算放大器,同时在取样部分后端并接一电容消除当负载变化时对电源的影响
方案二原理图:
两种方案比较:
方案一中分立元件较多,焊接时比较麻烦且可能会导致电路性能的不稳定,而且我们在方案一电路的仿真中发现电路的输出纹波较大且输出的波形在调节输出电压大小时会有一个跳动现象出现。
而采用方案二在仿真时电路的各项性能明显优于方案一,且方案二因为采用了运放作为比较放大部分在实际焊接中也较为方便。
综合考虑,我们选择方案二
4.1功能模块一(变压器选择)
电源变压器的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。
演算步骤:
a、一般整流滤波电路电路有2v以上的电压波动△UD
b、根据NPN型硅BJT的输出特性曲线易知,Q2的管压降一般需要维持在3v以上才能使其稳定工作在放大区
c、在滤波电路中,负载电压VL与变压器变压出来的电压V2一般有如下关系VL=(1.1~1.2)V2(我们取VL=1.2V2)
d、电网波动220V±
10%
e、在整流电路中有VL=0.9V2
综上条件:
对整个电路运用KVL定律有:
V2min=【(△UD+UQ1CE+UR4+U0max)/1.2】/0.9≈16.7V
电网下降10%:
V2max=1.1V2min=18.37V
变压器最大功率:
Pmax=0.7V2max=12.859V
故变压器型号可选择
18V,13W
4.2功能模块二(整流电路)
其实桥式整流电路相当于理想二极管,即正偏时导通,电压降为零,相当于理想开关闭合;
反偏时截止,电流为零,相当于理想开关断开。
整流电路包括单向半波整流电路和桥式整流电路。
半波整流电路结构简单,使用元件少,但整流效率低,输出脉动大。
因此,它只适用于要求不高的场合。
为了克服半波整流的缺点,常采用桥式整流电路。
使用整流桥的原因:
电源变压器在正负周期都有电流供给负载,电源变压器得到充分的利用,且效率高。
我们的整流电路所采用的桥式二极管整流电路,由四个二极管组成,所以ID=1/2IL,VRM=V2(P488,公式10.1.5、10.1.6)由此可得:
IDmax=1/2×
0.7A=0.35A,
VRM=V2max×
(1+10%)≈28.6V
因此我们选择的二极管的最大正向电流为0.5A,最大电压为30V。
4.3功能模块三(滤波电路)
整流电路将交流电变为脉动直流电,使其中含有大量的交流成分(称为纹波电压)。
为了获得平滑的直流电压,应在整流电路的后面加接滤波电路,以滤去交流部分。
常用的整流滤波电路有全波整流滤波,桥式整流滤波,倍压整流滤波。
此电路采用的是电容滤波电路,即在桥式整流电路输出端与负载之间并联一个大电容。
原理如下:
在整流电路采用电容滤波后使二极管得到的时间缩短,由于电容C充电的瞬时电流较大,形成了浪涌电流,容易损坏二极管,故在选择二极管时必须留有足够的电流裕量,以免烧坏。
滤波电容C满足:
RLC=(3~5)T/2
RL为整流滤波电路的等效负载电阻,RL=U0/I0;
T为输入的交流信号周期,T=1/f;
根据滤波电容选择条件公式可知:
周期取为5T时,输出电压、电流分别是12V、0.7A,则
C=5×
0.23s÷
2÷
(12V/0.7A)≈0.0292V≈2900UF
当市电上升10%时,整流电路输出的电压值最大,此时滤波电容承受的最大电压为:
Vmax=18.37V
故滤波电容可选C≥3000UF耐压值≥18.37V
4.4功能模块四(调整放大电路)
调整部分主要是计算调整管Q1和Q2的集电极—发射极反向击穿电压CEO,最大允许集电极电流CM,最大允许集电极耗散功率CM。
在最不利的情况下,市电上升10%,同时负载断路,整流滤波后的输出电压全部加到调整管Q1上。
Q2的计算可以考虑极限情况:
Imax=0.7A;
Pmax=Imax×
Vmax=12.86W
因为在大多数实际应用中,单管BJT组成的放大电路往往不能满足特定的增益、输入、输出电阻,故调整放大部分采用组合放大。
本电路调整放大采用共集—共集放大,所以Q1管的射极电流IQ1=Imax/βQ2=0.7A/βQ2
PQ1max=Vmax×
IQ1=18V×
(0.7A/βQ2)
一般三极管的β值较大,取β等于50,则PQ1max≈0.252W,所以Q2管取功率≥20W,Q1管取功率≥1W。
4.5功能模块五(取样部分)
因为电压需调到5V及以下,故V基准≤5V
稳压管可选3~4V(D2提供基准电压)
取样部分由R4、RV1、R5构成
因为取样部分同比较放大管Q4构成了同相放大电路,通过公式
Vi=Vp≈Vn=Vf=
可推出当RV1的动端在最上端时,
=VREF①
当RV1动端在最下端时,=VREF②
取VREF=3V,通过①②可得到取样部分各电阻的比例式
取R5=2k得R4=2.33kRV1=4kVo在(4~14V)
4.6模块六放大部分
LM741和R1、R3,C4构成放大电路部分;
R3起降压作用,给LM741的工作提供一个适当的工作电流,使其工作在放大状态;
R1同稳压管一起为LM741的工作提供工作基准电压,其中R1的作用是使稳压管的工作电流稳定在其工作范围内;
C4的作用是作为一个退耦电容消除交流信号的干扰。
第五部分(整机电路)
元件清单:
元件序号
型号
参数
数量
备注
T
T1
1
变压器
DZ1,DZ2
D1:
4.7V,D2:
3V
各一个
稳压管
C1至C4
C1:
3300u
C2:
1000u
C3:
100p
C4:
47u
电容
R1至R9
RV1
R1和R9:
2K
R3和R8:
1K
R4,R5,R6:
500
R2:
1,1W,RV1:
电阻
Q1至Q3
Q1:
9014,Q2:
TIP122
Q3:
8550
三极管
U1
LM741
运算放大器
D1至D4
塑装整流二极管
整流二极管
第六部分(电路仿真)
5.1仿真软件简介
在此课程设计中,我们组采用了proteus7.8软件。
Proteus软件是英国LE公司出版的EDA工具软件。
它不仅具有其他EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
Proteus是世界上著名的EDA工具,从原理图布图,代码调试到单片机与外围电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了概念到产品的完整设计,是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。
5.2仿真电路图:
5.3仿真结果(附图):
输出最小电压
输出最大电压
最小纹波
最大纹波
第七部分:
焊接电路图:
课程设计总结:
通过这次模电课程设计制作,我提高了自己从设计到制作的认识和能力。
学以致用是我们学习的目的,马克思说:
“任何一门学科,只有当它能运用数学进行解释时,它才算一门真正的科学。
”只有我们把学到的东西能用手和脑做出来并反映到生活中时,我们才真正的学会了我们所学的东西。
我们已经学习了电路分析,模拟电路,数字电路,这些知识已经能够支撑我们去设计一些电路作品,而在这种设计的过程中,我们不知不觉的就会对我们以前所学的知识有一个全新的理解,从而让自己获得更多的知识,正是这样的一种反馈的过程,才能使我们能够更好的,更扎实的学好电子这门专业。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 设计 报告
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)