半导体直流稳压电源的设计和测试Word文件下载.docx
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5V),输入电压为交流220V,最大输出电流为Iomax=500mA,纹波电压△VOP-P≤5mV,稳压系数Sr≤5%
2、设计基本要求
1、根据设计要求和技术指标设计好电路,选好元件及参数;
2、要求绘出原理图,并用Protel画出印制板图;
3、在万能板或面包板或PCB板上制作一台直流稳压电源;
4、设计一个能输出±
12V/±
9V/±
5V的直流稳压电源;
5、拟定设计步骤和测试方案;
6、测量直流稳压电源的内阻;
7、测量直流稳压电源的稳压系数、纹波电压;
8、撰写设计报告
3、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。
4、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,对方案进
行比较。
2、总结直流稳压电源主要参数的测试
目录
第一章正负12V直流稳压电源的设计…………………………6
1.1总方案设计……………………………………………………6
1.1.1方框图及原理图…………………………………………6
1.1.2子框图作用及原理图说明……………………………6
1.1.3方案选择…………………………………………………7
1.2单元电路设计……………………………………………7
1.2.1三端稳压器…………………………….…………………..7
1.2.2变压器选择………………………………………………8
1.2.3整流器选择………………………………………………8
1.2.4滤波电容选择……………………………………………8
1.2.5负载电阻…………………………………………………9
1.3工作原理……………………………………………………9
1.3.1整流电路…………………………………………………9
1.3.2滤波电路…………………………………………………10
第二章原件焊接及测试…………………………………………11
2.1部分元件清单………………………………………………11
2.2电路的焊接…………………………………………………11
2.3稳压电源的性能指标及测试方法…………………………11
2.3.1稳压系数………………………………………………..11
2.3.2输出电压…………………………………………………12
2.3.3纹波电压…………………………………………………13
2.3.4最大输出电流……………………………………………13
第三章总结与体会……………………………………………14
3.3.1误差分析…………………………………………………14
3.3.2设计总结及心得…………………………………………15
3.3.3结束语…………………………………………………15
第四章参考文献及附录……………………………………17
4.4.1参考文献…………………………………………………17
4.4.2附录……………………………………………………17
第一章正负12V直流稳压电源的设计
1.1总方案设计
1.1.1方框图及工作原理图
1.1.2子框图及原理图说明
(1)变压器:
电网供电电压交流220V(有效值)50Hz,要获得低压直流输出,首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。
变压器的变比由变压器的副边电压确定。
(2)整流电路:
降压后的交流电压,通过整流电路变成脉动的直流电,但其幅度变化大(即脉动大)。
(3)滤波电路:
脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑,脉动小的直流电,即将交流成份滤掉,保留其直流成份。
(4)稳压电路:
滤波后的直流电压,再通过稳压电路稳压,便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出,供给负载RL。
1.1.3方案选择
(1)根据设计所要求的性能指标,选择7812和7912组成的多路集成三端稳压器。
核心器件选用稳压器7812和7912组合,CW7812输出+12V的电压,而CW7912输出的是-12V的电压,从而达到对称输出的目的。
得电路原理图如下:
1.2单元电路设计
1.2.1三端稳压器
选择7812及7912,其输出电压和输出电流均满足指标要。
.选择的CW7812固定式三端稳压器的特性参数为:
输入电压Ui=19V,输出电压范围为UO=11.4~12.6V,最小输入电压Uimin=14V,电压调整率为+3mV,最大输出电流为1A。
选择的CW7912固定式三端稳压器的特性参数为:
输入电压Ui=-19V,输出电压范围UO=-11.4~-12.6V,最小输入电压为-14V,电压调整率为+3mV,最大输出电流为1A
1.2.2变压器选择
稳压器输入电压为19V,
VL=(1.1—1.2)V2.
得变压器幅边电压为15.2—16.6V
受变压器规格限制,实际应选15v
1.2.3整流器选择
整流二极管的参数应满足最大整流电流If>
1.5Imax=0.75A,最大反向电压VR=43V.整流滤波特别应指出的是,电容滤波使电路被接通的一瞬间,整流管的实际电流远大于Imax,如果If较小,很可能在电路被接通时就已经损坏,因此,一般取
If>
5Imax=2.5A,查手册可选定整流二极管VD1--VD4,最终选择桥堆2W10
1.2.4滤波电容选择
由式RLC>
=(3-5)T/2,则C1=5T/2RLRL为C1右边的等效电阻,应取最小值,由于电容C1:
=(3-5)T/2,则C1=5T/2R2,式中T为市电流电源的周期,T=20ms;
Imax=500mA,因此RLmin=V1/Imax=33,所以C1=1515uf。
可见,C1容量较大,应选电解电容,受规格的限制,实际容量应选1500uf,其耐压值可取25VC1的最后取值还需根据纹波电压的要求调整并确定
注意:
因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感,易引起自激振荡,形成高频干扰,所以稳压器的输入、输出端常并入小容量电容用来抵消电感效应,抑制高频干扰。
1.2.5负载电阻RL
由式
I0(AV)=Uo/RL=0.9U2/RL
可得RL=0.9U2/IoRLmin=0.9U2/Iomax=27受规格限制可选择R=30Ω
1.3工作原理
图1—4整流电路原理分析图
1.3.1整流电路
设变压器副边电压u2,U2为其有效值。
当U2为正半周时,电流由A点流出,经D1,RL,D3流入B点,因而负载电阻RL上的电压等于变压器副边电压,即U0=U2,D2和D4管承受的反向电压为-U2。
当U2为负半周时,电流又B点流出,经D2,RL,D4流入A点,负责电阻RL上的电压等于-U2,即Uo=-U2,D1、D3承受的反向电压为U2。
这样,由于D1、D3和D2、D4两对二极管交替导通,致使负载负载电阻RL上的U2的整个周期都有电流通过,而且方向不变,输出电压
1.3.2滤波电路
当变压器副边电压U2处于正半周后并且数值大雨电容两端电压Uc时,二极管D1、D3导通,电流一路流经负载电阻RL,另一路电容C充电,因为在理想情况下,变压器副边无损耗,二极管导通电压为零,所以电容两端电压Uc和U2相等,当U2上升到峰值后开始下降,电容通过负载电阻RL放电,其电压Uc也开始下降,趋势与Uc基本相同,但是由于电容按指数规律放电,所以当U2下降到一定数值后,Uc的小将速度小于U2下降速度,使Uc大于U2从而导致D1、D3反向偏置而边为截止,此后,电容C继续通过RL放电,Uc按指数规律缓慢下降。
当U2负半周副值变化到恰好大于Uc时,D2、D4因加正向电压变为导通状态,U2再次U2,Uc上升到U2的峰值后又开始下降,下降到一定数值时D2、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、D3变为导通,重复上述过程。
滤波电路的分析示意图如下:
图1—5滤波电路的分析示意图
第二章元件焊接及测试
2.1部分元件清单
1.变压器:
输出15V
2.固定式三端稳压器:
W78M12一个W79M12一个
3.整流桥堆:
2W10一个
4.电容:
电解电容2200uf两个电解电容100uf两个
涤纶电容2A104J两个瓷片电容104两个
2.2焊接
在焊接电路之前,我们先通过初步测试得到数据计算,再经过仿真,最后根据原理图,将所选元件一一焊接在面包板上
焊接时要对各个功能模块电路进行单个测试,需要时可设计一些临时电路用于调试。
.测试电路时,必须要保证焊接正确,才能打开电源,以防元器件烧坏。
.注意稳压器的输入输出管脚和桥式整流电路中二极管的极性,不应反接。
按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。
2.3调试及结果分析:
2.3.1直流稳压电源的调试测试方法
一调试所需器材:
1.直流稳压电源
2.示波器
3.数字万用表
4.多功能试验台等等
二在直流稳压电源通电测试前,必须认真对安装电路进行一下事项的检查:
1.对电源变压器的绝缘电阻进行测试,以防止变压器漏电,危及人身和设备安全。
如果用万用表高电阻档检测,则其指示电阻均应为无穷大。
2.电源变压器的一次和二次绕组不能搞错,否则将会造成变压器损坏或电源故障。
3.整流桥的引脚和滤波电容的极性不能接反,否则将会损坏元器件。
4.三短稳压器的输入、输出和公共端一定要识别清楚,不能接错。
特别是公共端不能开路,一旦开路,输出电压UO很可能接近UI,导致负载损坏。
5.检查负载不应该有短路现象。
三直流稳压电源的调整测试一般分为以下两步:
1空载检查测试:
接通220V交流电压,用万用表交流电压档测量变压器的二次交流电压值,其值应符合设计。
2加载检查测试:
上述检查符合要求后,则稳压电路基本正常,此时可接上额定负载RI并调节输出电压,使其为额定值,观察其是否符合设计值,如有干扰或自激振荡,则应设法消除。
2.3.2稳压系数
在负载电流、环境、温度不变的情况下,输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化。
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:
2.3.3、输出电压
输入端接220v的交流电压,用数字万用表接输出端。
齐读数即为输出电压Vo
2.3.4、纹波电压
叠加在输出电压Vo上的交流分量,一般为mv级。
可将其放大后,用示波器观察其峰值
2.3.5、最大输出电流
输出端接负载电阻RL,使RL逐渐减小,直到VO的值下降5%,此时流经负载RL的电流极为Iomax
第三章总结与体会
3.3.1误差分析
1若纹波电压过大,说明滤波电容的容量太小,我们可以加大滤波电容的容量,使输出电压的纹波成分减少同样分量的值;
2若稳压系数或电流调整率过大,原因有一个,就是变压器的副边电压过大,导致输出电压差值大;
3若输出电流值过小,则是稳压器输入电压UI太高使稳压器功耗增大,导致电源效率下降,使最大输出电流有所降低;
4若电源带负载的能力差,我们可以将变压器的副边电压值调大,使稳压器的输出电压变化范围增大,从而使输出电阻值变小,来满足要求。
3.3.2设计总结及心得
一设计总结
1.输出电压+12.04V和-12.01V,符合设计的基本要求,为提高精确度可使用稳压管
2.电路中C3,C4用于抵消输入线较长时的电感效应,以防止电路产生自激振荡,其容量一般较小,一般为1uf,这里采用的是2A104J。
C5,C6用于消除输出电压中的高频噪声,可取小于1uf的电容,可取几十微法甚至于几微法的电容,一便输出较大的脉冲电流。
常选瓷片电容104。
二心得
这次课程设计我收获颇为丰厚。
在这周里对简单要求的课程进行分析设计并最终焊接出实物电路,并且设计电路达到设计要求,使我更加坚定学好理论知识的重要性,同时动手能力也必须是要一起提高的,只有这样才能真正学而有用,学以致用!
在设计之初,我们四人组积极查阅相关资料上网翻书为设计储备知识。
到了动手之时,我们相互讨论怎样接线怎样排电路怎样更好,问题一个一个被解决.最重要的是,在调试时,一起差错,那样效率高。
在焊接时,有的脱焊最悲剧的是焊接不好导致短路,这是当时焊接者怎么看也看不出的,换个人,一眼就看到。
四个人合力之下,我们携手一起成功了,于此处我们认识到,要相互学习不断提高自己,同时不应该看不起自己的伙伴,每个人都有其优点,人尽其才,物尽其用!
通过这次设计课程,我了解到了许多元器件的用法用途,获益匪浅。
但是由于时间短我们的设计过于简单,而在EWB中也找不到7812和7912给仿真带来了麻烦,因此以后时间充足一定要采用分立元件在认真单独做一次,以提高自己的动手能力。
以前总以为这模电学来没什么意思,今次做课程设计之后,感觉自己如井底之蛙何其浅薄啊。
一个简单的课程设计就做了一个星期却不尽如人意,问题连连!
今后治学要严谨,学习须认真虚心,同时培养自己的动手能力,使自己探索思考解决问题的能力提高。
3.3.3结束语
本设计直接采用7812和7912,设计简单,最终的实验数据满足要求且电路稳定性不错。
但是设计电路过于简单,应该采用分立元件来完成电路,那才是锻炼的好机会!
第一次接触课程设计,虽然电路过程都简单但是任然遇到不少问题。
四人齐心协力,一起思考,一起动手,相互学习,最终将问题一一解决!
这次课程设计收获颇丰,给足了我们思考问题动手操作以及协同合作的锻炼机会,最重要的是培养了我们发现问题思考问题解决问题的能力,以及充分利用手头资源来解决问题的能力,使我们能学习于课堂之外应用于生活之中。
同时,在动手做电路的过程中深刻体会到动手要小心细致,不能马虎了事,往往一些很细微的失误低级错误可能导致制作电路失败,而那些细小问题往往却是很难察觉容易被忽略!
这个电路本来要用PCB印制电路板做出来的,可是能力有限,空画一张protel原理图,可惜啊,下次有机会一定要用印制电路板再做一个。
第四章参考文献及附录
4.1参考文献
◆<
<
电子线路基础>
>
华东师范大学物理系万嘉若,林康运等编著,高等教育出版社,1986年3月.
◆<
电子技术基础>
华中工学院电子学教研室编,康华光主编,高等教育出版社,1982年6月.
◆<
电子线路设计>
(第二版)华中科技大学谢自美主编,华中科技大学出版社,2000年5月.
4.2附录
1—37812引脚图
1—47912引脚图
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- 半导体 直流 稳压电源 设计 测试