电子线路设计.实验.测试课程设计实验报告-半导体直流稳压电源 21页

.湖南工学院实　验　报　告　　　　课程名称　电子线路设计.实验.测试　　　　　　　　专业　电子信息工程技术　班级　电信0403学号　姓名　　　　　　　　　指导老师　　　　　　　　　　　　 半导体直流稳压电源设计和测试任务书一设计目的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；二设计要求和技术指标1、技术指标：要求电源输出电压为1.5—15V（根据需要定），输入电压为交流220V，最大输出电流为IL=0.5mA，稳压系数Sr≤5%，2、设计要求（1）设计一个能输出正负1.5—15V的直流稳压电源；（2）要求绘出原理图，并用Protel画出印制板图；（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）测量直流稳压电源的稳压系数；（5）测量直流稳压电源的内阻；（6）拟定测试方案和设计步骤；（7）写出设计性报告。三、设计提示1、设计电路框图如图所示，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和7912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Δvo，并将其中最大一个代入公式计算Sr，当负载不变时，Sr=ΔVoVI/ΔVIVO。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ΔVo，ro=ΔVO/ΔIL。2、实验仪器与参考书提示（1）电脑一台（2）PROTEUS6.9SP4软件系统参考书：《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。三、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。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。 方案及原理一、电路原理直流稳压电源的工作流程如下：图1—2直流稳压电源的方框图结合图—1、图—2，我们得出直流稳压电源的工作原理：电路接入幅值为220V、频率为50Hz的市电ui，通过图1—1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1—1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1—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，如图1—1中的集成稳压器CW7812和CW7912。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。 1）电源变压器源变压器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=η，式中η是变压器的效率副边功率P/vA〈1010-3030-8080-200效率η0.60.70.80.85表2.12）整流滤波电路整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。本设计采用单相桥式整流电路，图2.3是容性负载单相桥式整流电路。它的四臂是由四只二极管构成，当变压器B次级的1端为正、2端为负时，二极管D2和D4因承受正向电压而导通，D1和D3因承受反向电压而截止。此时，电流由变压器1端通过D4经RL，再经D2返回2端。当1端为正时，二极管D1、D3导通，D2、D4截止，电流则由2端通过D3流经RL，再经D1返回1端。因此，与全波整流一样，在一个周期内的正负半周都有电流流过负载，而且始终是同一方向。3）稳压电路输出电压的变化量△Usc是很微弱的，它对调整管的控制作用也很弱，因此稳压效果不够好，带有放大环节的稳压电源，就是在电路中增加一个直流放大器，把微弱的输出电压变化量先加以放大,再去控制调整管，从而提高对调整管的控制作用，使稳压电源的稳定性能得到改善。图5-22是带有放大环节的稳压电源电路。图中，BG1是调整管，BG2是比较放大管。输出电田变化量△Usc的一部分与基准电压Uw比较，并经BG2放大后进到了BG1的基极。Rc是BG2的集电极电阻，又是BG1的上偏置电阻。R1、R2是BG2的上、下偏置电阻，组成分压电路，把ΔUsc 的一部分作为输出电压的取样，送给BG2的基极，因此又叫取样电路R2上的电压Ub2：叫取样电压。DW和R3组，成稳压电路，提供基准电压Uw=Ue2。从电路路中可以看出，当输出电压Usc下降的时候，通过R1、R2组成的分压电路的作用，BG2的基极电位Ub2也下降了。由于基准电压UW使BG2的发射极电位保持不变，Ubc2：＝Ub2，一UW随之减小。于是BG2集电极电流Ic：减小，Uc2增高，即BG1的基极电位Ub1增高，使Icl增加，管压降Uce1减小，从而导致输出电压Usc保持基本稳定。BG2的放大倍数越大，调整作用就越强，输出电压就越稳定。2、集成稳压器方案根据课程设计任务书要求：电源输出电压为1.5-15V，输入电压为220V，最大输出电流为IL=0.5A。故采用CW317三端稳压器组成可调稳压电路，电路结构如下：三电路结构分析图中的电容器C1、C2的作用是为了抑制高频干扰、抑制高频振荡；D5用于防止输出短路时C2通过调整端放电而损坏稳压器。C2用于减小输出纹波电压，R1、RP构成取样电路，这样实质上电路构成串联型稳压电路。而对滤波电容器C以及整流桥BRIDGE，可单独进行分析，不会对电路造成影响，也给我们的分析带来方便。对于变压器的分析，我们也可以将它单独放在一个电路里面进行分析，但对于电路来说，电源变压器将同时提供功率 ，因此，实际的结果是单独分析的结论的两倍。J.马库斯.电子电路大全图1—1中的元件ＦＵ是防止电路损坏变压器或其他元件的保护电路。 参数确定及元件选择输入电压的确定稳压器的输入电压UI即为整流滤波电路的输出电压。UI太低则稳压器性能将受影响，甚至不能正常工作；UI太高则稳压器功耗增大，会导致电源效率下降，使最大输出电流有所降低。所以UI的选择原则是：在满足稳压器正常工作的前提下，UI越小越好，但UI最低必须保证输入、输出的电压之差大于2—3V。邬国扬.模拟电子技术由任务书技术指标要求可确定UI的值，如图2—1、图2—2所示。UI=17V：二电源电压器的选择Vomax+(Vi-Vo)min