电子技术课程设计论文

1.引言

由于不同的电子产品可能需要不同的电源,设计可调电源就会使需要不同电源的电子产品得到与之匹配的电源,从而使其能正常工作,使它的工作效率达到最高。电源的优劣将会决定电子产品的使用寿命,因此,我们需要的是高质量的直流电源。

交流电网220V的电压通过电源变压器将变为需要的电压值,然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波,必须通过滤波电路加以滤波,从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还是会随电网电压波动、负载和温度等的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后,还须接稳压电路,保证输出的直流电压稳定。

直流稳压电源又称直流稳压器。它的供电电压大都是交流电压,当交流供电电压的电压或输出负载电阻变化时,稳压器的直接输出电压都能保持稳定。稳压器的参数有电压稳定度、纹波系数和响应速度等。

此次的课程设计,要求输出±5V稳定电压。要能顺利完成这一设计,需要不仅熟悉了解课本上的知识,还要学会将理论知识应用到实践中,利用书籍资料来帮助自己。

2、设计任务：设计一个±5V直流稳压电源

2．1 集成稳压电源的主要技术指标

（1）同时输出±5V电压。

（2）输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于5×10-3

（3）输出内阻小于0.3Ω

2.2 设计要求

（1）根据设计指标选择电路形式, 画出原理电路。

（2）完成全电路设计、安装调试、绘制电路图。

（3）撰写设计报告、调试总结报告。

3、设计方案

3.1总体设计方案说明

3、2设计原理

本次设计首先采用变压器把220V交流电变成所需要的电压。利用二极管的单向导电性,可以设计出把交流电变成直流电的电路;再根据电容的滤波作用,输出纹波较小的直流电,从而得到平滑的直流电压;最后通过稳压块的稳压作用,就可以得到输出稳定的直流电。

由输出电压U0、电流I0确定稳压电路形式。通过计算极限参数(电压、电流和功率)选择器件有稳压电路所要求的直流电压(Ui)、直流电流(Ii)输入确定整流滤波电路形式,选择整流二极管及滤波电容并确定变压器的副边电压Ui的有效值电流Ii(有效值)即变压器功率。由电路的最大功耗工作条件确定稳压器、扩流功率管的散热措施。在电子电路中,通常需要电压稳定的直流电源供电,小功率稳电源一般是由电源变压器、整流、滤波和稳压四部分电路组成。下面分别就稳压电源的四个组成部分分别分析其原理。

（1）电源变压器

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的低电压。根据设计要求,输出最大电源为+10V/1A,因此,输出的最大功率为10W另外,为了输出正、负电压,考虑到每个稳压集成块的压降为3V左右,所以可以选择220V/±9V/10W的变压器。

（2）整流电路

整流电路一般由单项导电性的二极管构成,经常采用单项半波、单项全波和单向桥式整流电路。如图1-2所示的整流电路为应用广泛的桥式整流电路。电路中采用了4个二极管,组成三项桥式整流电路。整流过程中,4个整流管轮流导通,无论正半周还是负半周,流过负载的电流方向一致,形成全波整流,将变压器处的交流电压变成了脉动直流电压。

整流电路的参数如下:

输出电压平均值:Uo（Av）=（2√2/π）U2≈0.9*U2

输出电流平均值:Io（AV）=Uo（Av）/RL≈0.9*U2/RL

平均整流电流:ID(AV)≈0.45*U2/RL

最大向电压:Urm=√(2*U2)

整流二极管的选择:If>0.45*1.1U2/RL,Ur>1.l√（2*U2）

（3）滤波电路交流电经整流电路后可变为脉动直流电,但其中含有较大的交流分量,为使设备上用纯净的交流电,还必须用滤波电路滤除脉动电压中的交流成分。常见的滤波电路有:电容滤波电路、电感滤波电路、电感电容滤波电路以及Ⅱ型滤波电路。在此电路中,由于电容滤波电路电路较为简单、且能得到较好的效果,故选用此电路。在加入电容滤波电路后,由于电容是储能元件,利用其充放电特性,使输出波形平滑,减少脉动成分,以达到滤波的目的。为了使滤波效果更好,可选用大容量的电容为滤波电容。因为电容放电的时间常数越大,放电过程越慢,脉动成分越少,同时使得电压更高。滤波电容一般选几十至几千微法的电解电容,一般选取RlC=(3~5)T/2。

经过整流和滤波后得直流电压,会由于电网电压的波动以及负载电阻的变动而发生变化。在绝大多数情况下,这种输出电压的变化波动显得太大,仍需进步对其稳定,这就需要采用稳压电路。日目前常用的稳压电路有并联式稳压电路串联稳压电路以及集成式稳压电路。由于集成式稳压芯片具有较完善的短路和限流保护、过热保护和调整管安全工作区保护电路,因而工作是比较稳定的,电路也相对比较简单。为了使电路正常工作,要求输入电压应比输出电压至少高出2.5V-3V。电路图1-4、图1-5所示。电容C1可防止自击振荡,还可抑制电源的高频脉冲干扰,一般取0.11uF。输出端电容C2可以改善负载的瞬态响应,消除电路的高频噪声,同时也具有消除自击振荡的作用。

4、仿真结果分析及器件选择

4.1仿真电路分析

运行电路，连接是万用表和示波器。仿真结果如下：

通过观察示波器以及电压表,可以看出正电压稳定为5.002V,负电压稳定在5.001V左右,示波器也是一条直线,说明之前的交流通过整流、滤波、稳压之后已经把220V的交流电转换成了正负5V的直流稳压电源。

4.2元器件及元件介绍

原理图元器件清单，如下表

4.2.1 元件介绍

（1）三端集成稳压器集成稳压器具有输出电流大,输出电压高,体积小,可靠性高等优点,在电子电路中应用广泛。集成稳压器的主要技术指标,包括额定输人电压、输出电压范围、输出电流范围、稳压系数和温度系数等等。

额定输人电压是指使查流稳压电源正常工作的输人直流电压的范围。输出电压范围是指直流稳压电源能够稳定输出的直流电压范围。如固定输出6V、9V、I2V、15V等等。连续可调的直流电源可在一定电压范围内输出,如集成稳压器CW138的输出电压可在一内连续可调。输出电流范围是指直流稳压电源在正常工作条件下所允许输出的电流范围。如由集成稳压器构成的直流稳压电源,最大输出电流为5A。

稳压系数是指当负载和环境温度不变时,输出电压的相对变化量。它是衡量直流稳压电源对电网电压即输人交流电压波动的适应能力,即稳压性能好坏的标志。一般情况,其数值越小表明输出电压越稳定。

温度系数是指直流稳压电源的输入电压和负载均不变时,由于环境温度变化引起的输出电压变化量与温度变化量之比。该系数越小,表明直流稳压电源受环境温度的影响也越小,输出电压越稳。稳压器L78、79系列集成稳压器是一种有广泛用途的三端集成稳压器。W78系列三端集成稳压电路具有固定输出正电压,L79系列三端集成稳压电路具有固定输出负电压。这两个系列稳压器都具有较完善的短路和限流保护、过热保护和调整管安全工作区保护电路,因而他的工作是比较可靠的。字母后面的数字表示输出电压,电压等级:5V、6V、8V、12、15V、18V、24V。如设计一个输出、的线性直流稳压电源,选择L7815、L7905。

(2)整流桥

整流桥的作用是将交流电转变为直流脉动电压。整流桥堆产品是由四只整流硅芯片作桥式连接,外用绝缘朔料封裝而成,大功率整流桥在绝缘层外添加锌金属壳包封,增强散热。最大整流电流从0.5A到100A,最高反向峰值电压从50V到1600V。一般整流桥命名中有3个数字,第一个数字代表额定电流;后两个数字代表额电压。本实验用RS307,即额定电流3A,额定电压1000V。

4.2.2三端固定稳压器注意事项:

1)防止输入输出接反,损坏器件;

2)防止稳压器浮地故障;

3)如果输出电压|Vo|〉7V,应接保护二极管

4)输入电压不能超过     Vimax78系列 Vimax=35V,79系列Vimax=35V

5)输入电压必须大于 Vimin78系,ⅥImin≥7V,79系列, Vimin≤-7V

6)输出电流不能超过最大Iomax

7)加散热片

5.电路板的具造

5.1线路板的制造

CAD(Computer Aided Design，计算机辅助设计）诞生于二十世纪60年代，是美国麻省理工学院提出的交互式图形学的研究计划，由于当时硬件设施昂贵，只有美国通用汽车公司和美国波音航空公司使用自行开发的交互式绘图系统。

该原理图由Altium Designer (in AD15)软件为基础，先给AD15添加两个基础元件库（Miscellaneous Connectors和Miscellaneous Devices），设置好图纸参数，从基础元件库中找出相应原件，按照设计的电路图进行连线。

5.2、Altium Designer (in AD15)软件绘制PCB板

（1）原理图由Altium Designer (in AD15)软件绘制，新建工程，给工程添加新的SCH原理图，设置好图纸参数，从基础元件库中找出相应原件，按照设计的电路图进行连线。

（2）对完成好的SCH原理图进行电气检测，确认没有错误；再检查每个元器件是否有封装，没有封装的元器件需要添加。

（3）给工程添加新的PCB并保存，将SCH原理图导入PCB，生成PCB板，将元器件合理布局，再自动布线。（参数默认为双层布线），参考下图。

5.3电路的安装调试

1.做好线路板以后仔细检查，确认线条没有误连、断线情况，即开开始安装调试。

2.首先在线路板上面插接焊接电阻、二极管等元件。其次焊接管座、数码

管、发光管、电容等元件。

3.焊接完毕，剪掉多余的管脚，检查是否存在虚焊、连焊、不规则焊接等。

4.确认焊接无误，即可通电调试。

5.处理了一些小的问题以后，电路能够正常工作，能得到正负5V直流稳压电源。

6. 结论

通过一个多月时间的努力在查阅相关文献的情况下,在同学的帮助下,结合软件硬件,终于将直流稳压电源制作完成了。让我感觉到所学的知识能得到很好的应用,巩固了所学的专业知识,增强了自己的动手能力,在制作计的过程中学到了很多东西,比如自主学习。在这次设计中我用到了模拟电路等课程学到的知识,让我明白自身知识的缺乏,很多方而需要进一步加强。在整个系统的设计中也遇到了很多问题,比如将个系统分成多个模块来做,每个模块单独运行都没有问题,但是最后组装在一起时去出现各种各样的问题。问题的原因还是主要归结于自身的基础知识掌握不牢固。有些事情看着貌似简单,但是最后去实践的时候往往会遇到很多问题,所以在今后的学习中应该努力学好基础知识,为将来项目打下牢固的基础。

参考文献

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附录

实物图如下：