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模拟电路设计正负15V直流稳压电源.doc

发布时间：2022-06-14 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.15M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    第一章 设计原理分析 目 录 1.1 单相桥式电路工作原理……………………………………………………1 1.2 电容滤波电路工作原理 …………………………………………………2 1.3 稳压管电路工作原理 ……………………………………………………2 第二章 试验设计 2.1 试验设计电路图……………………………………………………………4 2.2 实验设计设备及器件………………………………………………………4 2.3 实验设计测量及数据记录…………………………………………………4 2.4 误差分析及电路改进………………………………………………………5 第三章 课程设计心得体会 ………………………………………………………6 参考文献 …………………………………………………………………………7
    第一章 设计原理分析 直流稳压电源是电子设备中最基本、最常用的仪器之一。它作为能源，可保证电子设备 的正常运行。直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路三部分组成， 如图 1 1.1 单向桥式电路工作原理 图 1 直流稳压电源结构框图 图 2 单向桥式整流电路及电容滤波电路 图 3 整流堆管脚图及内部结构 1）整流电路的作用 电路中用了四个二极管，接成电桥形式，利用二极管的单向导电性，将正负交替的正弦 交流电压整流成为单方向的脉动电压 2）主要参数计算 a．直流电压 Uo 22  U 2 Uo   9.0 U 2 b．直流电源 Io c．波动系数 3）选管原则 I o  o U R L U 29.0 R L US  1  mo U o 67.0 根据二极管的电流 ID 和二极管所承受的最大反向峰值电压 URM 进行选择， 即 I F  I D 1 2 I o U R  U RM  22U
    1.2 电容滤波工作原理 1）电容滤波电路作用 利用电容元件储能的特性，将整流后输出的电压的能量储存起来，然后缓慢的释放给负载。 尽可能地将单向脉动电压中的脉动成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。 2）主要参数计算 a. 耐压电流 I F  1)32(  2 o U R L T 2 b．放电时间常数范围 CRL  )53(  c．输入输出关系 Uo  22.1 U d．波动系数 US  1 mo U o  1 CR L T 4  1 3）电容滤波电路的特点 （1）电容滤波电路适用于小电流负载。 （2）电容滤波电路的外特性比较软。 （3）采用电容滤波时，整流二极管中将流过较大的冲击电流。必须选用较大容量的整流二 极管。 （4）电容滤波后，输出直流电压提高了，同时输出电压的脉动成分也降低了，而且输出直 流电压与放电时间常数有关 RLC→∞，Uo=1.4U2，S=0。 4）选电容原则 电容放电的时间常数 τ =RLC 愈大，放电过程愈慢，则输出电压愈高，同时脉动成分也 愈少，即滤波效果愈好。故应该选择一个 1.3 稳压电路工作原理 图 4 直流稳压电路 1） 直流稳压电路作用 使输出的直流电压，在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。本次课程设计中，稳压电 路选择用三段集成稳压器 W7815 和 W7915 以及电容组成
    2） 三端集成稳压器介绍 随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件。由于集成稳压器具有体积小，外接 线路简单、使用方便、工作可靠和通用性等优点，因此在各种电子设备中应用十分普遍，基 本上取代了由分立元件构成的稳压电路。W7800、W7900 系列三端式集成稳压器的输出电 压是固定的，在使用中不能进行调整。W7800 系列固定输出正电压，W7900 固定输出负电 压，档位一般有 5V、6V、9V、12V、15V、18V 、24V。 （1）W7815 和 W7915 外形及连接图 图 5 W7815 外形及连接图 图 6 W7915 外形图及连接图 （2）以 W7812 为例说明电路组成 图 7 由 W7815 构成的串联型稳压电源 图 7 是用三端式稳压器 W7812 构成的单电源电压输出串联型稳压电源的实验电路图。滤 波电容 C1、C2 一般选取几百～几千微法。当稳压器距离整流滤波电路比较远时，在输入端 必须接入电容器 C3（数值为 0.33μF ），以抵消线路的电感效应，防止产生自激振荡。输出 端电容 C4(0.1μF)用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态响应。
    2.1 实验设计电路图 第二章 实验设计 图 8 直流稳压电源结构图 注意 （1）在搭接电路时一定要断开电源，在所有部分搭接完毕确认无误后方能开启电源。 （2）连个四个电解电容的正负极一定要接对，否则电容将被反向击穿。 （3）电路中所有的的接地端都要共地，时刻观察电路中的器件，当发现器件过热时一要及 时关闭电源使之冷却。 （4）电路经初测进入正常工作状态后，才能进行各项指标的测试。 2.2 实验设计设备及器件 （1）模拟电子实验台 （2）变压器 输入交流电，幅度 220V，频率 50Hz （3）整流堆 输入电压范围 0V—25V （4）电容 470uF 电容两个，0.1uF 电容 8 个，100UF 电容两个 （5）三端集成稳压器 W7815，W7915 各一块 （6）数字万用表 （7）470 欧姆滑动变阻器 （8）连接导线若干 2.3 实验设计测量及数据记录 1）实验设计测量步骤 （1）观察桥式整流后波形，按图 2 连接电路，交流电源选择 17.5V 输出，整流电路正常
    工作，在滤波电容 C1 前断开，数字万用表选用交流电压档，测量 Ui 大小 （2）然后将线路接通至滤波电容 C1，断开稳压块，观察滤波后波形 V2，示波器选择交 流耦合，选择合适的Ｙ轴增益水平，观察并测量纹波电压峰峰值 Vpp1，用万用表直流电压 档测量 U2 有效值。 （3）接通稳压块，用数字万用表测量空载时输出电压 V0 大小，接入负载，用示波器观察 阻负载上的波形 V3，并和 V2 比较波形在示波器 Y 方向的位置高低，再换到交流耦合档， 选择 5mv/Div 或合适的 Y 轴增益水平，观察并测量纹波电压峰峰值 Vpp2。用数字万用表测 量负载输出电压有效值 V0l。 2）数据记录 表 1 极性 电源电压 Ui 整流输出 V2 整流+滤波输出 V2' 正 17.50V 17.52V 15.72V 15.50V 23.6V 23.5V V2/Ui 0.89 0.88 V2'/Ui 1.34 1.34 负 表 2 极性 空载电压 V0 负载电压 V0 内阻 R0 正 负 15.04V -15.09V 15.09V -15.18V 1.2 3.4 输出纹波电压<10 mV 输出电流<1 A 2.4 误差分析及电路改进 1）误差分析 （1） 整流之后的 V2<0.9 Ui 大理论值大小，原因是整流堆中的二极管也会产生压降。 （2）滤波后输出电压在示波器上显示波形不够平滑，脉动系数较大，原因是滤波电容不够 大 （3）加稳压电路后，负载大小变化时，输出电压发生较小的改变，原因是采用电容滤波， 电路外特性不够硬。 2）电路改进 （1）对现有滤波电路中的滤波电容改用容值较大的电容，使滤波输出后的电压更加平滑。 （2）在 W7915 和 W7815 输入输入端各并联进一个二极管，保护集成稳压器内部的调整管。 （3）为了使电路外特性更好，将滤波电路改为 LC 滤波电路，使直流稳压器能使用与更多 的场合
    第三章 课程设计心得体会 为期一周的课程设计已经结束了，虽然期间有很多波折和失败，但最终还是圆满的完成 了课程设计要求，这一期间，我收获良多。 我们组三个人分到的题目是设计正负 15V 输出的直流稳压电源，由于老师说题目都比 较简单，就没有进行详细的讲解，要我们自己从课本或网上找合适的电路。刚接到这个题目 我心中一阵窃喜，直流稳压电源最后一节课我们刚刚讲过，对各个知识点的记忆还很清晰， 而且老师提示我们可以用集成稳压器 W7815 和 W7915，这更是大大降低器件选择，参数计 算和电路搭接的难度，可后来实践证明我高兴的太早了。 虽然小组有三个人，但老师要求每个人的都要独立设计，参数不能相同，所以我们分头 行动了。首先我把课本上关于直流稳压源那一张的内容仔细浏览了一遍，理出了设计直流稳 压电源四个主要部分的功能，器件参数要求和电路搭接。然后上网大致搜索了一下直流稳压 源的设计电路，但发现和课程设计要求匹配的不多，还是要自己设计。最后我画出了初步的 电路图，开始在实验室里搭接电路，真正的考验开始了。 我以为这个是个很简单的电路，各个部分结构都很清晰，而且我非常自信的认为我的电 路很正确。可最终的结果是我们烧毁了一个 W7915 稳压器，一个电容和一个电阻。我被实 验台上不时冒出的青烟和烧焦味彻底吓住了，不敢再有任何动作。同时我清醒的认识到这个 题目并没有我想象中那么简单。以前实验时用的直流电压都是进过实验台里自带的直流稳压 器调整过的，所以就算电路搭错也不会有很大的电流或电压，而现在我们要做是要把 220V 的交流电压变成低压的直流电压，稍有一点失误，就会产生很大的电流，将器件烧毁。最后 通过请教老师，小组同学通力合作，我们一点一点地解决了问题，烧毁器件的主要的问题将 从整流堆出来接 W7915 的极性接反了，为了得到负电压输出，应该从整流堆负极接入，同 时接 W7915 的电解电容也要反接，而且为了保护集成稳压器要在其输入输出端接进去一些 电容。在分析清楚这些问题后，我们开始小心翼翼的连接电路，每一步都反复检查，生怕再 出现问题。经过一番检查、修正和调试，我们终于将电路搭接了出来，由于一个实验台上只 有一个变压器，而电路要求同时用两个变压器，我们只能将电路拆成两部分，在两个各实验 台上搭接，一个部分输出正电压，另一部分输出负电压，问题得到了完整的解答。 通过这次课程设计我收获了很多，我体会最深刻的三点是：第一，要敢于失败并承担失 败，不能因为一两次的失败就畏手畏脚，要从失败中汲取教训，从失败中总结经验，然后应 用到下次的实践当中，不断地失败不断地重新开始，直至成功。第二，不能盲目自信，很多 事不能想当然，遇事都要进过谨慎周密的考虑后再行动，如果只是凭自己的感觉就行动结果 往往会带来严重的后果。第三，团队合作很重要，通过这次的课程设计我深刻的体会到一个 人的力量和智慧是有限的，要完成一项任务或工作需要大家在一起共同探讨共同努力，这样 会更加有效，同时也会使完成的过程更加有趣，我会把这次课程设计中学到的东西运用到以 后的生活和学习中的。 最后要感谢老师的耐心的指导和建议。
    [1] 清华大学电子学教研组编，杨素行主编：《模拟电子技术基础简明教程》。第三版。高 等教育出版社，2006 参考文献
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