模拟电子课程设计_直流稳压电源的设计.doc

直流稳压电源的设计

目录

前言 2
直流稳压电源的设计 3
一、设计目的及其实际应用 3
二、任务要求 3
三、实验原理及其各个分电路图 3
A．电源变压器 4
B．整流电路 4
C．滤波电路 7
D. 稳压电路 10
四.总电路图 12
五.参考文献 12
六.心得体会 13

前言

电子技术是当今高新技术的“龙头”，各先进国家无不把它放在优先的发展的地位。电子技术是电类专业的一门重要的技术基础课，课程的显著特点之一是它的实践性。要想很好的掌握电子技术，除了掌握基本器件的原理，电子电路的基本组成及分析方法外，还要掌握电子器件及基本电路的应用技术，课程设计就是电子技术教学中的重要环节。
本课程设计就是针对模拟电子电路这门课程的要求所做的，同时也将学到的理论与实践紧密结合。
本设计是设计的直流稳压电源。直流稳压电源一般是由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。

一、设计目的及其实际应用
熟悉模拟电子课程设计方法和规范，达到应用电子技术的目的，并培养动手能力，学会阅读相关科技文献，查找器件手册与相关参数，整理总结设计报告。
电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用费用高,一般只用于低功耗便携式的仪器设备中。
二、任务要求
设计稳压电源目的就是要把工频交流电源或者直流变化的电源通过此装置变为直流稳压电源，并画出整体电路。
三、实验原理及其各个分电路图
稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成如图1所示：

A．电源变压器
电源变压器提供最初的电源，需要经过整流、滤波、稳压才能满足要求，一般为工频电流或者家用的电流。
B．整流电路
整流电路的任务是将经过变压器降压以后的交流电压变换为直流电压。变压器的选择，除了应满足功率要求外，它的次级输出电压的有效值Ｖ2 应略高于要求稳压电路输出的直流电压值。对于高质量的稳压电源，其整流电路一般都选用桥式整流电路。整流电路常见的有单相桥式整流电路，单相半波整流电路，和单相全波整流电路。

图2 单相桥式整流电路
1.工作原理
单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，如图（a）所示。在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。根据图1（a）的电路图可知：当正半周时，二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当负半周时，二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图见图1（b）。
2.参数计算
根据图1（b）可知，输出电压是单相脉动电压，通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为

流过负载的平均电流为

流过二极管的平均电流为

二极管所承受的最大反向电压

流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动 电压做傅里叶分析，此时谐波分量中的二次谐波幅度最大。脉动系数S定义为二次谐波的幅值与平均值的比值。

3.单相桥式整流电路的负载特性曲线
单相桥式整流电路的负载特性曲线是指输出电压与负载电流之间的关系

该曲线如图3所示，曲线的斜率代表了整流电路的内阻。

单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。
注意，整流电路中的二极管是作为开关运用的。
整流电路既有交流量，又有直流量，通常对
输入（交流）——用有效值或最大值；
输出（交直流）——用平均值；
整流管正向电流——用平均值；
整流管反向电压——用最大值。
C． 滤波电路
1.滤波的基本概念
滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量，又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。
2.电容滤波电路
现以单相桥式整流电容滤波电路为例来说明。电容滤波电路如图15.06所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C。

3.滤波原理
若V2处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压V2给电容器C充电。此时C相当于并联在V2上，所以输出波形同V2 ，是正弦波。
当V2到达wt=p/2时，开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载ＲL放电。指数放电起始点的放电速率很大。在刚过wt=p/2时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过wt=p/2时二极管仍然导通。在超过wt=p/2后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。所以在t2到t3时刻，二极管导电，Ｃ充电，Vi=Vo按正弦规律变化；t1到t2时刻二极管关断，Vi=Vo按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。

需要指出的是，当放电时间常数RLC增加时，t1点要右移，t2点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小；反之，RLC减少时，导通角增加。显然。当RL很小，即IL很大时，电容滤波的效果不好，见图18.05滤波曲线中的2。反之，当RL很大，即IL很小时，尽管C较小, RLC仍很大,电容滤波的效果也很好，见滤波曲线中的3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。
此外，为了进一步减小负载电压中的纹波，电感后面可再接一个电容而构成倒L型滤波电路或采用π型滤波电路，分别如图5（a）和图5(b)所示。

4.电容滤波电路参数的计算
电容滤波电路的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅，一般常采用以下近似估算法：
一种是用锯齿波近似表示，即
另一种是在RLC=（3~5）的条件下，近似认为VO=1.2V2。
5.外特性
整流滤波电路中，输出直流电压VO随负载电流IO的变化关系曲线如图4.3所示。

D.稳压电路
1.稳压电路
选用可调式三端集成稳压器 CW317。该集成块有输入端Ｖi、输出端Ｖo、和可调端 ADJ 三个端头。它的组成和分立元件稳压电路一样，主要由恒流源电路、基准电压电路、比较放大电路、调整管及保护电路组成。在实际应用时，只要外接 Ｒ1 和Ｒ2 两个电阻就能实现所需要的稳压值。当Ｒ2 用电位器Ｒw 代替时，就可以实现输出电压可调的稳压电源，电压可调范围为 1.25V～37V 。在图 5 所示的实验电路中，三端稳压器的输入端并接了一个电容Ｃ3 ，是为了消除电路可能产生的自激振荡。
2. 稳压电源的主要性能指标
衡量一个稳压源的主要性能指标有：电压调节范围、电压调整 率ＳV 、电流调整率 Ｓi、输出电阻 r0 、纹波抑制比
Ｓrip 。它们的定义如下：
(1) 电压调节范围：是指可调式稳压电源的最大输出电压Ｖomax 与最小输出电压Ｖomin 之间的范围。
(2) 电压调整率Ｓv：是指负载不变时，电网电压的相对变化量与由此引起的输出电压的相对变化量之比，即

(3) 电流调整率Ｓi：是指输入电压不变而负载变化时，负载电流 Ｉo 在规定的范围内变化而引起的输出电压的相对变化量，即

(4) 输出电阻
ro ：就是稳压电源的内阻。它可以通过测量电源空载时的输出电压Ｖo' 和接入负载ＲL 时的输出电压Ｖo 而求得，即

(5) 纹波抑制比Ｓrip：是指稳压电源对交流纹波的抑制能力。
定义为电源的输入纹波电压Ｖi~ 与输出纹波Ｖo~ 之比值。常用 dB 值表示。即

四.总电路图

五.参考文献
[1]　康华光．电子技术基础（模拟部分）［M］．北 京：高等教育出版社，2002．
[2] 高吉祥.电子技术基础实验和课程设计。电子工业出版社。2002.
[3] 张庆双.电子原器件的选用和检测。机械工业出版社。2003.
[4] 杨拴科.模拟电子技术基础。高等教育出版社.2003
[5] 孙肖子 张企民。模拟电子技术简明教程。西安电子科技大学出版社。2001.

六.心得体会
经过一个星期的模拟电子线路课程设计过程，我学到了很多东西，对一学期以来所学的电子方面的知识也重新学习和复习了一遍，也对自己在模拟电子方面能力有了更客观的认识和评价。在这次设计过程中，从最基本的查元件，找资料做起，了解了完整的电子设计的一般步骤，也和同学们共同探讨，学到了很多课堂上学不到的东西，也遇到了各种各样从没想过的问题，通过请教老师，和同学交流，并真的解决了它们，可以说是为我们 以后在电子领域的发展做了一些有益的尝试，同时也使我增加了对电子方面知识的兴趣，也从中发现了自己的一些不尽如人意的地方，以后要多改进。最后，在这里也非常感谢指导老师，感谢你们的耐心指导，谢谢！

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