1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)和測(cè)試(一) 設(shè)計(jì)目的1、學(xué)習(xí)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法；2、研究直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案；3、掌握直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)和阻測(cè)試方法；(二) 設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)1、技術(shù)指標(biāo)：要求電源輸出電壓為土 12V (或±9V / ±5V)，輸入電壓為交 流220V，最大輸出電流為lomax =500mA，紋波電壓 Vop-p <5mV，穩(wěn)壓系數(shù) Sr <5%。2、設(shè)計(jì)基本要求(1) 設(shè)計(jì)一個(gè)能輸出土 12V/ ±9V/ ±5V的直流穩(wěn)壓電源；(2) 擬定設(shè)計(jì)步驟和測(cè)試方案；(3) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)好電路，選好

2、元件及參數(shù);(4) 要求繪出原理圖，并用Protel畫(huà)出印制板圖；交流電 源磯電路(5) 在萬(wàn)能板或面包板或PCB板上制 作一臺(tái)直流穩(wěn)壓電源；(6) 測(cè)量直流穩(wěn)壓電源的阻；(7) 測(cè)量直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)、紋 波電壓；(8) 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告。00.0-12.0V ；3、設(shè)計(jì)擴(kuò)展要求(1) 能顯示電源輸出電壓值,(2) 要求有短路過(guò)載保護(hù)。(三) 設(shè)計(jì)提示1、設(shè)計(jì)電路框圖如圖所示穩(wěn)壓電路若使用分離元件要有取樣、放大、比較和調(diào)整四個(gè)環(huán)節(jié)，晶體管選 用3DD或3DG等型號(hào)；若用集成電路選 78XX和79XX穩(wěn)壓器。測(cè)量穩(wěn)壓系數(shù)：在負(fù)載電流為最大時(shí)，分別測(cè)得輸入交流比220V增大和減VoV i/ AV

3、iVoo測(cè)量阻：在輸入交流為小10%的輸出Avo，并將其中最大一個(gè)代入公式計(jì)算 Sr，當(dāng)負(fù)載不變時(shí)，Sr=220V，分別測(cè)得負(fù)載電流為0及最大值時(shí)的A Vo，ro= AVo/ AIlo紋波電壓測(cè)量：疊加在輸出電壓上的交流分量，一般為 mV級(jí)?？蓪⑵浞?大后，用示波器觀測(cè)其峰-峰值 Vop-p ;用可用交流毫伏表測(cè)量其有效值 Vo， 由于紋波電壓不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定誤差。2、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備 自耦變壓器一臺(tái)、數(shù)字萬(wàn)用表、交流毫伏表、面包板或萬(wàn)能板、智能電工實(shí) 驗(yàn)臺(tái)、示波器3、設(shè)計(jì)用主要器件變壓器、整流二極管、集成穩(wěn)壓器 （7812/7912/7809/7909/7805/7905 ）

4、、 電容、電阻若干3、參考書(shū)電工學(xué)電子工業(yè)； 晶體管直流穩(wěn)壓電源科技；電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試華中科技大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)高等教育（四）設(shè)計(jì)報(bào)告要求1、選定設(shè)計(jì)方案；2、擬出設(shè)計(jì)步驟，畫(huà)出電路，分析并計(jì)算主要元件參數(shù)值；3、列出測(cè)試數(shù)據(jù)表格。4、調(diào)試總結(jié)。（五）設(shè)計(jì)總結(jié)1、總結(jié)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法和運(yùn)用到的主要知識(shí)點(diǎn)，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行 比較。2、總結(jié)直流穩(wěn)壓電源主要參數(shù)的測(cè)試方法。目錄設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 2第一章 緒論 5第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證及分析 7-2.1 概述 7 2.2 設(shè)計(jì)目的 72.3 設(shè)計(jì)任務(wù) 9 2.4 設(shè)計(jì)要求 9 2.5 電路原理分析 92.6 設(shè)計(jì)方案的選擇與論證 102.7 直

5、流穩(wěn)壓電源的參數(shù)設(shè)計(jì)方法 11第三章單元電路的設(shè)計(jì) 143.1 電源變壓器 143.2 整流電路 143.3 濾波電路163.4 穩(wěn)壓電路 19 第四章制作與調(diào)試 204.1 安裝與檢查224.2 焊接技術(shù) 22 4.3 穩(wěn)壓電源各項(xiàng)性能指標(biāo)的測(cè)試234.4 誤差分析 22 2第五章結(jié)論和心得 25 2-第六章謝辭27-2附錄27附錄A 主要器材28附錄B 原理圖 29- 2參考文獻(xiàn) 30第一章 緒論電子技術(shù)是當(dāng)今高新技術(shù)的“龍頭”，各先進(jìn) 國(guó)家無(wú)不把它放在優(yōu)先的發(fā)展的地位。電子技術(shù) 是電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，課程 地顯 著特點(diǎn)之一是它的實(shí)踐性。要想很好的掌握電子 技術(shù)，除了掌握基本器

6、件的原理，電子電路的基 本組成及分析方法外，還要掌握電子器件及基本 電路的應(yīng)用技術(shù)，課程設(shè)計(jì)就是電子技術(shù)教學(xué)中 的重要環(huán)節(jié)。本課程設(shè)計(jì)就是針對(duì)模擬電子 技術(shù) 這門(mén)課程的要求所做的，同時(shí)也將學(xué)到的理論與 實(shí)踐緊密結(jié)合。電源技術(shù)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于 各行各業(yè)。當(dāng)今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集 成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)和 通訊技術(shù)發(fā)展而來(lái)的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電子 技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時(shí)也給電源提出了更 高的要求。隨著數(shù)控電源在電子裝置中的普遍使用， 普通電源在工作時(shí)產(chǎn)生的誤差，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的精 確度。電源在使用時(shí)會(huì)造成很多不良后果，世界各國(guó) 紛紛

7、對(duì)電源產(chǎn)品提出了不同要求并制定了一系列的產(chǎn) 品精度標(biāo)準(zhǔn)。只有滿(mǎn)足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，才能夠進(jìn)入市場(chǎng)。 隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，滿(mǎn)足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品才能獲 得進(jìn)出的通行證。電源可分為交流電源和直流電源，它是任何 電子設(shè)備都不可缺少的組成部分。交流電源一般為 220V 、50Hz 電源，但許多家用電器設(shè)備的部電路都 要采用直流電源作為供電能源，如收音機(jī)、電視機(jī)、 帶微處理器控制的家電設(shè)備等都離不開(kāi)這種電源。直 流電源又分為兩類(lèi)：一類(lèi)是能直接供給直流電流或電 壓的，如電池、蓄電池、太陽(yáng)能電池、硅光電池、生 物電池等，本文不做具體介紹；另一類(lèi)是將交流電變 換成所需的穩(wěn)定的直流電流或電壓的，這類(lèi)變換電路 統(tǒng)稱(chēng)為直流穩(wěn)

8、壓電源?，F(xiàn)在所使用的大多數(shù)電子設(shè)備 中，幾乎都必須用到直流穩(wěn)壓電源來(lái)使其正常工作， 而最常用的是能將交流電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定直流電壓 的直流電源，可見(jiàn)直流穩(wěn)壓電源在電子設(shè)備中起著主 要作用，為設(shè)備能夠穩(wěn)定工作提供保證。電子設(shè)備中都需要穩(wěn)定的直流電源， 功率較小的直 流電源大多數(shù)都是將 50HZ 的交流電經(jīng)過(guò)電源變壓 器，整流，濾波和穩(wěn)壓這四個(gè)基本部分后獲得。整流 電路用來(lái)將交流電壓變換為單向脈動(dòng)的直流電壓；濾 波電路用來(lái)濾除整流后單向脈動(dòng)電壓中的交流成分， 使之成為平滑的直流電壓；穩(wěn)壓電路的作用是將當(dāng)輸 入交流電源電壓的波動(dòng)、負(fù)載和溫度的變化時(shí)，維持 輸出直流電壓的穩(wěn)定。由于集成穩(wěn)壓器具有體積小

9、、重量輕、使用方便 和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。國(guó)產(chǎn)的穩(wěn)壓器 種類(lèi)很多，主要分為兩大類(lèi)。穩(wěn)壓器中的調(diào)整元件工 作在線性放大狀態(tài)的稱(chēng)為線性穩(wěn)壓器，調(diào)整元件工作 在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的稱(chēng)為開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。在電子儀器儀表中， 經(jīng)常要求有穩(wěn)定的直流電源，所以在整流濾波后面， 通常需要接直流穩(wěn)壓電路。本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源，是一種將 220V 交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓輸出的直流電源裝置， 主 要是采用一些簡(jiǎn)單的電子元件即可，它是有電源變壓 器，整流電路，濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)部分組成。通過(guò)本次設(shè)計(jì)能使我們對(duì)電子工藝的理論有了 更進(jìn)一步的系統(tǒng)了解。我們了解到了設(shè)計(jì)小電子產(chǎn)品 的一些常規(guī)方法，以及培養(yǎng)了我們團(tuán)隊(duì)合作的能

10、力， 在討論設(shè)計(jì)方案，計(jì)算元件參數(shù)，購(gòu)買(mǎi)元件，制作電 路板，安裝調(diào)試方面都體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)的力量。本次課 程設(shè) 計(jì)的 課題 是直 流穩(wěn) 壓電 源的 設(shè)計(jì) 和調(diào)試，本課程設(shè)計(jì)將就直流穩(wěn)壓電源電路的工 作原理、參數(shù)計(jì)算、元件選取、電路調(diào)試等做詳 細(xì)的介紹和說(shuō)明。第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證及分析2.1 概 述220V 經(jīng)電源變壓器降為約 +24V 的交流電， 先經(jīng) 過(guò) D1 整流橋和電容 C1 進(jìn)行和 C2 整流后分別經(jīng)過(guò)穩(wěn) 壓芯片U1、U2分別得到+12V和-12V的一個(gè)相對(duì) 穩(wěn)定的直流電壓。為提高輸出電壓的穩(wěn)定系數(shù)，對(duì)電子濾波器的性 能進(jìn)行了改善，電源調(diào)整管采用復(fù)合管的形式。分別 在整流濾波和穩(wěn)壓后加

11、電容 C3、 C4 、 C5、 C6 實(shí)現(xiàn) 頻率補(bǔ)償 ,防止高頻自激振蕩和抑制高頻干擾。 為了減 小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾分別加 電容 C7、 C8 。當(dāng)輸入端時(shí)，為保護(hù)穩(wěn)壓芯片加 D3 、 D4 。并且還在輸出端加了 D1,D2 兩個(gè)發(fā)光二極管， 來(lái)檢測(cè)電路是否正常工作，為了防止由于電流過(guò)大， 講發(fā)光二極管擊穿，特用了兩個(gè)電阻來(lái)進(jìn)行保護(hù)。經(jīng) 過(guò)一系列的改善如：減小輸出電壓紋波系數(shù)，達(dá)到優(yōu) 良的濾波效果等，是最終電路達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。2.2 設(shè)計(jì)目的1 、學(xué)習(xí)小功率直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法。2、掌 握 小功 率 直流 穩(wěn) 壓電 源 有關(guān) 參 數(shù)的 測(cè) 試方 法。3 、通過(guò)集成

12、直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試， 要求學(xué)會(huì)：(1) 選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集 成穩(wěn)壓器來(lái)設(shè)計(jì)直流 穩(wěn) 壓電源；(2) 掌握直流穩(wěn)壓電路的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo) 的測(cè)試方法。(3) 通過(guò)電路的設(shè)計(jì)可以加深對(duì)該課程知識(shí)的理 解以及對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用。2.3 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一波形直流穩(wěn)壓電源，滿(mǎn)足：(1) 當(dāng)輸入電壓在 220V ±10% 時(shí)，輸出直流電壓 為土 12V，輸出直流電流 d的最大為500mA ;(2) 輸出紋波電壓小于 5mV ，穩(wěn)壓系數(shù)小于 5% ， 輸出阻小于 0.1 歐。2.4 設(shè)計(jì)要求直流穩(wěn)壓電源的基本要求：(1) 合理的選擇電源變壓器；(2) 合理選擇集成穩(wěn)壓器

13、；(3) 完 成全電路 理論設(shè)計(jì)、 計(jì)算機(jī)輔助分析與仿 真、安裝調(diào)試、繪制電路圖；(4) 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)使用說(shuō)明書(shū)。(5) 穩(wěn)壓電源在輸入電壓為 220 V, 50HZ. 電壓變化圍為 +10%-10% 條件下：a. 輸出直流電壓為 +12/-12 ；b. 最大輸出電流為 ：lomax = 500mA ;c. 紋波電壓(峰-峰值)<5mV(最低輸入電壓下，滿(mǎn)載 )；d. 具有過(guò)流保護(hù)及短路保護(hù)功能；e. 畫(huà)出總體設(shè)計(jì)框圖，以說(shuō)明直流穩(wěn)壓電源有 哪些相對(duì)獨(dú)立的功能模塊組成，標(biāo)出各個(gè)模塊之 間的聯(lián)系、變化，并以文字對(duì)原理作輔助說(shuō)明。 設(shè)計(jì)各個(gè)功能模塊的電路圖，加上原理說(shuō)明。選 擇合適的元器件，接線

14、驗(yàn)證、調(diào)試各個(gè)功能模塊 的電路，在接線驗(yàn)證時(shí)設(shè)計(jì)、選擇合適的輸入信 號(hào)和輸出方式，在充分電路正確性同時(shí)，輸入信 號(hào)和輸出方式要便于電路的測(cè)試和故障排除。在驗(yàn)證各個(gè)功能模塊基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)電路的元器件和布線，進(jìn)行合理布局，進(jìn)行直流穩(wěn)壓 電源整個(gè)電路的調(diào)試。2.6設(shè)計(jì)方案的選擇與論證小功率穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)部分組成，如圖2.1所示(a)（b）整流與穩(wěn)壓過(guò)程圖2.1穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過(guò)程方案一：簡(jiǎn)單的并聯(lián)型穩(wěn)壓電源并聯(lián)型穩(wěn)壓電源的調(diào)整元件與負(fù)載并聯(lián)，因而具有極低的輸出電 阻，動(dòng)態(tài)特性好，電路簡(jiǎn)單，并具有自動(dòng)保護(hù)功能；負(fù)載短路時(shí)調(diào)整管 截止，可靠性高，但效

15、率低，尤其是在小電流時(shí)調(diào)整管需承受很大的電 流，損耗過(guò)大，因此在本實(shí)驗(yàn)中不適合此方案。方案二：輸出可調(diào)的開(kāi)關(guān)電源；開(kāi)關(guān)電源的功能元件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因而效率高，輸出功率大； 且容易實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)與過(guò)流保護(hù)，但是電路比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)繁瑣，在低 輸出電壓時(shí)開(kāi)關(guān)頻率低，紋波大，穩(wěn)定度極差，因此在本實(shí)驗(yàn)中不適合 此方案。方案三：由固定式三端穩(wěn)壓器（7812）組成由固定式三端穩(wěn)壓器（7812 ）輸出腳Vo、輸入腳Vi和接地腳GND 組成，它的穩(wěn)壓值為+12V，它屬于CW78*系列的穩(wěn)壓器，輸入端接 電容可以進(jìn)一步濾波，輸出端接電容可以改善負(fù)載的瞬間影響，此電路 比較穩(wěn)定。根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，本實(shí)驗(yàn)采用方案三。

16、2.6電路原理分析直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器T、整流、濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖如圖2.2所示。各部分的作用：圖2.2（1）電源變壓器T的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波 電路所需要的交流電壓U2o變壓器副邊與原邊的功率比為P2/ P 1= n， 式中n是變壓器的效率°(2 )整流濾波電路：整流電路將交流電壓Ui變換成脈動(dòng)的直流電壓再經(jīng)濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓U0。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等，如圖2.3所示。圖2.3整流橋?qū)⒔涣麟妷篣2變成脈動(dòng)的直流電壓，再經(jīng)濾波電容 C濾波紋波，輸出直 流電壓Uo。Uo與交流電壓

17、U2的有效值U2的關(guān)系為Uo=( 1.1-1.2)U2每只整流二極管承受的最大的方向電壓Vrm= , 2 U2通過(guò)每只二極管的平均電流l=0.5lr=0.45U 2/R式中,R為整流電路的負(fù)載電阻.它為電容C提供放電回路,RC放電時(shí)間常數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足 RlC >(3-5)T/2式中,T為50HZ交流電壓的周期，即20ms.(3)電壓輸出穩(wěn)壓器由于輸入電壓Ui發(fā)生波動(dòng)、負(fù)載和溫度發(fā)生變化時(shí)，濾波電路輸出的 直流電壓U I會(huì)隨著變化。因此，為了維持輸出電壓U I穩(wěn)定不變，還需 加一級(jí)穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素(電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán) 境溫度)發(fā)生變化時(shí)，能使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn)定的

18、輸出。 穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件所組成。采用集成穩(wěn)壓器 設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。2.7直流穩(wěn)壓電源的參數(shù)設(shè)計(jì)方法穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，是根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓U o、輸出電流Io、 輸出紋波電壓 Uop-p等性能指標(biāo)要求，正確地確定出變壓器、集成穩(wěn) 壓器、整流橋和濾波電 路中所用元器件的 性能 參數(shù)，從而合理的選擇這 些器件。直流穩(wěn) 壓電 源的 參數(shù)設(shè)計(jì) 可以分為以下三個(gè)步驟：根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo、最大輸出電流lomax，確定穩(wěn)壓器的 型號(hào)及電路形式。根據(jù)穩(wěn)壓器的輸入電壓U|，確定電源變壓器副邊電壓U2的有效值 U2 ；根據(jù)穩(wěn)壓電源的最大輸出電流lOmax，

19、確定流過(guò)電源變壓器副邊的 電流12和電源變壓器副邊的功率P2 ；根據(jù)P2，從表1查出變壓器的效 率n，從而確定電源變壓器原邊的功率Pi。然后根據(jù)所確定的參數(shù)，選 擇電源變壓器。確定整流橋的正向平均電流ID、整流橋的最大反向電壓UrM和濾波 電 容的 電容值和 耐壓值。 根據(jù) 所確 定的 參數(shù)， 選擇整流橋和 濾波 電容。 設(shè)計(jì)參 數(shù)如下： 選 擇三端集成穩(wěn)壓器， 確 定電 路形式集成穩(wěn) 壓器 選用 L7812cv(1.5A,12V) 及 PJ7912(1.5A,-12V) ，其輸 出 電 壓圍為：Uo=12V 和-12V。所確定的穩(wěn)壓電源電路如圖2.4所示。圖2.4選擇電源變壓器電源變壓器有很

20、多種：有降壓的、有升壓的，在這次的設(shè)計(jì)中我用 的是降壓變壓器，它的作用是將來(lái)自電網(wǎng)的220V交流電壓ui變P為整流電路所需要的交流電壓U2。Pl，其中：B是變壓器副邊的功率，P是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率如表i所示： 表1 小型變壓器的效率副邊功率P210VA1030VA30 80VA80 200VA效率0.60.70.80.85因此，當(dāng)算出了副邊功率B后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率R。U1和U2的取值決定了相關(guān)器件及參數(shù)的選擇，一般情況下，U1應(yīng)比U0高3V左右（太小影響穩(wěn)壓，太大穩(wěn)壓器功耗大，易受熱損壞）。故可取 W= 12+3=15V，考慮電網(wǎng)電壓10%的波動(dòng)，最終取U1=1

21、6.7V,由Ul=（ 1.1-1.2）V2,變壓器次有效值U2為u2=U1/1.1=15.2V ，但因 本設(shè)計(jì)輸出電壓為12V，故變壓器輸出電壓U2=18V ，即變比為0.7，但在實(shí)際過(guò)程中，由于商家沒(méi)有，選購(gòu)了輸出為24V的選用整流橋和濾波電容整流橋：整流輸出電壓平值U22 22 sin( t)d( t)U2 0.9U2=21.6V0二極管平均電流1UoU 2Id-Io0.45=0.327A22RlRl二極管最大反向壓Urm 2U 2=33.94V故整流橋選用2W06W(1A,50V)保護(hù)二極管選IN4001(1A,50V)濾波電容：RlC>(3-5)T/2,貝U Ci =5T/2R

22、l,式中 T 為交流電源周期，T=20ms , Rl 為C1右邊的等效電阻，應(yīng)去最小值，由于Imax=500mA, 因此Rl =U1/lmax=33, 所以C1=C 2=1515 嵐可見(jiàn)C1的容量較大，應(yīng)選電解電 容，受規(guī)格限制，電容的耐壓要>25V,故濾波電容C取容量為2200uF ， 耐壓為25V的電解電容。發(fā)光二極管的保護(hù)電阻選用470.第三章 單元電路設(shè)計(jì)3.1 電 源 變壓器過(guò)整流電路將交流變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)的直流壓含 有較的紋波，必須通過(guò)濾波電路加以濾波，從而得到平滑的直流電壓。 電源變 壓器的作用是將交 流 220V 的 電壓變?yōu)樗璧碾?壓值，然后 通過(guò) 的電

23、壓 還隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載 何溫 度的變化而變化。因而在整流 、濾 波電路 之后，還需 接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是 當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng) 、負(fù) 載何溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。3.2 整 流 電路利用二極管的單向?qū)щ娦?，將交流電壓（電流）變成單向脈動(dòng)電壓（電流） 的電路， 稱(chēng)為整流電路。 交流電分為三相交流電和單相交流電， 在小功率電路中 一般采用單相半波、 全波、 橋式整流電路和倍壓整流電路。 本節(jié)主要研究單相橋 式整流電路，對(duì)于倍壓整流電路及全波整流電路，可通過(guò)相應(yīng)參考書(shū)來(lái)了解。為簡(jiǎn)化分析， 假定二極管是理想器件， 即當(dāng)二極管承受正向電壓時(shí)， 將其作為短路處理；當(dāng)承受反向電壓時(shí)，將其作為

24、開(kāi)路處理。單相橋式整流電路為了保留全波整流電路效率高、脈動(dòng)系數(shù)小的優(yōu)點(diǎn)而克服其反向電壓高的缺點(diǎn)，若使二極管承受的反向電壓和半波電路一樣，比全波整流電路減少一半，使二極管成本下降，可在此基礎(chǔ)上多用幾只二極管，如圖3.1所示電路就基本解決 了上述問(wèn)題。圖3.1單相橋式整流電路1）電路組成及工作原理橋式整流電路由四只二極管組成的一個(gè)電橋，電橋的兩組相對(duì)節(jié)點(diǎn)分別接變壓器二次繞組和負(fù)載。這種電路有三種畫(huà)法，如圖所示。在工作時(shí)，D1、D2與D3、D4兩兩輪流導(dǎo)通。在u2正半周，二極管D1和D2正向?qū)?，而D3、 D4反向截止，形成負(fù)載電流 i0，i0流通路徑為：a - D1 - RL- D2 - b -

25、a， u0=u2 ;在u2的負(fù)半周，二極管D3和D4正向?qū)?，而D1、D2反向截止， 形成負(fù)載電流i0， i0流通路徑為：b D3 RL-D4 ab，u0= u2。 由此可見(jiàn)，不論哪兩只二極管導(dǎo)通，負(fù)載電流的方向都始終保持不變。電路各處電壓、電流波形如圖3.2所示。2）輸出電流電壓U0由橋式整流電路的波形可知，其輸出電壓及流過(guò)二極管的電流與全波整流 的波形相同：U0=0.9U23）整流二極管的選擇由橋式整流電路的波形可知，每只二極管截止時(shí)所承受的反向電壓為變壓器副邊電壓峰值，因此，各二極管所承受的最大反向電壓為Urm =、2 U2雖然是全波整流，由于二極管仍然是只有半個(gè)周期導(dǎo)通。此值與半波整流

26、電路相同，負(fù)載上的電流是這個(gè)數(shù)值的 2倍。|D = |0/2圖3.2單相橋式整流電路的波形圖3.3濾波電路經(jīng)過(guò)整流后，輸出電壓在正負(fù)方向上沒(méi)有變化，但輸出電壓波形仍然保 持正弦波的形狀，起伏很大。為了能夠得到平滑的直流電壓波形， 需要有濾波的 措施。在直流電源上多是利用電抗元件對(duì)交流信號(hào)的電抗性質(zhì)，將電容器或電感器與負(fù)載電阻恰當(dāng)連接而構(gòu)成濾波電路。電容有通高頻、阻低頻的作用，將其直 接并在整流電路后面，可以讓高頻電流通過(guò)電容流回電源， 從而減少了流入負(fù)載 的高頻電流，降低了負(fù)載電壓的高頻成分，減小了脈動(dòng)。下面討論電容濾波電路的工作原理， 為討論問(wèn)題的方便，我們以半波整流電 容濾波電路為例進(jìn)行分

27、析，電路如圖 3.3所示。圖3.3單向半波整流電容濾波電路及其波形圖（1）工作原理設(shè)u2波形如圖3.3 （b）所示，未接電容時(shí)，輸出電壓如圖 3.3 （b）中的 虛線所示。在u2正半周，設(shè)u2由零上升，二極管D導(dǎo)通，u0=u2，此時(shí)電 源對(duì)電容充電，由于充電時(shí)間常數(shù)很小，電容充電很快，所以電容上升的速度完 全跟得上電源電壓的上升速度，uC=u2。當(dāng)u2上升到峰值時(shí)，電容充電達(dá)到 1.4U2，二極管D截止，隨后u2下降，電容C向負(fù)載RL放電，放電時(shí)間常數(shù) 為RLC，其值較大，所以電容電壓下降的速度比 u2下降到速度慢得多，此時(shí)負(fù) 載電壓靠電容C的放電電流來(lái)維持，u0=uC。當(dāng)電容放電到b點(diǎn)時(shí)，u

28、C v u2， 二極管D又導(dǎo)通，電容又被充電。充電至 1.4U2后，又放電。如此重復(fù)進(jìn)行， 就得到輸出電壓的波形如圖 3.3 （b）中實(shí)線所示。由圖可見(jiàn)，經(jīng)電容濾波后，負(fù)載電壓變得平穩(wěn)，且平均值提高了。橋式整流電容濾波電路的原理與半波時(shí)相 同，其電路和波形如圖3.4所示。圖3.4單相橋式整流電容濾波電路及其波形圖(2) 輸出直流電壓在有濾波電容的整流電路中，要對(duì)其輸出直流電壓進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算是很困難的，工程上一般按下列經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算。當(dāng)電容的容量足夠大，滿(mǎn)足RlC>(3-5) T/2 (T為電網(wǎng)電壓的周期)時(shí),對(duì)于半波整流電容濾波：U0 - U2對(duì)于全波或橋式整流電容濾波：U0 = 1.

29、2 U2(3) 濾波電容的選擇為了得到比較好的濾波效果，在實(shí)際工作中常根據(jù)下式選擇濾波電容的容 量。對(duì)于半波整流：RlC>(3 5) T對(duì)于全波或橋式整流：RlC>(3 5) T/2由于電容值比較大，約為幾十至幾千微法，一般選用電解電容，接入電路時(shí)， 注意極性不要接反，電容器的耐壓值應(yīng)大于1.4U2。(4) 整流二極管的選擇對(duì)于半波整流濾波電路：lD=|O ，URM=1.4U 2對(duì)于全波或橋式整流電容濾波電路：lD=I0/2 ，橋式整流 URM=、2U2， 全波整流URM=2.8U2由圖3.3、圖3.4可見(jiàn)，加上電容濾波，流過(guò)整流管的電流變成脈沖電流，由于電源接通的瞬間，電容相當(dāng)于

30、短路，有一個(gè)很大的沖擊電流流過(guò)二極管，其瞬間值可以是正常工作時(shí)的好幾倍，故在選擇整流管最大允許的正向平均電流 時(shí)，應(yīng)留有充分的裕量，一般選|F =( 23 ) ID 03.4穩(wěn)壓電路集成三端穩(wěn)壓器具有體積小，外圍元件少，調(diào)整簡(jiǎn)單，使用方便且性能好， 穩(wěn)定性高，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。常見(jiàn)的有固定式和可調(diào)式兩類(lèi)集成三端穩(wěn)壓器，部多以串聯(lián)型穩(wěn)壓電源為 主，還有適當(dāng)?shù)倪^(guò)流、過(guò)熱等保護(hù)電路。一般固定式較便宜，可調(diào)式較貴，性能 也好些，功率相對(duì)也較大。故本次設(shè)計(jì)米用固定式三端穩(wěn)壓器。主要有7800系列(輸出正電壓)和7900系列(輸出負(fù)電壓)。后兩位數(shù) 字通常表示輸出電壓的大小。圖3.

31、5是外形圖和電路符號(hào)。加散熱片后允許功耗 達(dá)到7.5W，普通型穩(wěn)壓器最大輸出電流為1.5A oLM7800LM 790014vi'5 ?7800二 Y7900'（地）* （地）ih)圖3.5固定式集成三端穩(wěn)壓器外形及電路符號(hào)1. 基本應(yīng)用電路圖3.6所示為基本應(yīng)用電路。具體型號(hào)應(yīng)根據(jù)輸出電壓大小和極性選擇。VI和VO間的差壓，即|VI VO|（35 ） V。圖中C1用于抑制芯片自激，應(yīng)盡量 靠近穩(wěn)壓器管腳；C2用于限制芯片高頻帶寬，減小高頻噪聲。如果對(duì)輸出要求高，還應(yīng)接10廳以上的電解電容作濾波用。0.1 nF79000.1 nF0J gF(a)(b)圖3.6固定式三端穩(wěn)壓器基

32、本應(yīng)用電路2. 擴(kuò)展應(yīng)用電路圖3.7是正負(fù)電壓輸出型穩(wěn)壓電路。圖3.8 （a）、（b）是輸出電壓擴(kuò)展電路的兩種類(lèi)型。圖3.7正負(fù)輸出穩(wěn)壓電路圖3.8輸出電壓擴(kuò)展電路第四章制作與檢測(cè)4.1安裝與檢查對(duì)電路進(jìn)行組裝：按照自己設(shè)計(jì)的電路，在在通用板上焊接。焊接完畢后，應(yīng)對(duì)照電路圖仔細(xì)檢查，看是否有錯(cuò)接、漏接、虛焊的現(xiàn)象。對(duì)安裝完成的電路 板的參數(shù)及工作狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量， 以便提供調(diào)整電路的依據(jù)。 經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)整和測(cè) 量，使電路的性能達(dá)到要求。安裝前應(yīng)檢查元器件的質(zhì)量，安裝是特別要注意電解電容、集成芯片等主要 器件的引腳和極性，不能接錯(cuò)。從輸入級(jí)開(kāi)始向后級(jí)安裝。 開(kāi)始安裝穩(wěn)壓電源，檢查萬(wàn)能板部結(jié)構(gòu)，確定其

33、部的電氣連接屬性1）檢查元器件看是否有損壞，或者不符合規(guī)格的，要及時(shí)更換。2）安裝一個(gè)元器件，先要用尖嘴鉗將其引腳成型，然后用鑷子把引腳放 入孔高度要適中，符合電氣標(biāo)準(zhǔn)完畢后，要用萬(wàn)用表測(cè)量元器件 引腳和電路板之間是否接觸良好，然后再安裝下一個(gè)元器件。3）對(duì)于導(dǎo)線要用斜口鉗切成適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度，然后成型安裝安裝時(shí)必須采 用絕緣良好的絕緣導(dǎo)線 ,在畫(huà)連線的時(shí)候要取好元件與元件的距離 .連 接的時(shí)候線與線之間不能交叉。4）應(yīng)避免元器件損壞的發(fā)生，插元器件時(shí)候要垂直插拔以免行成不必要 的損壞。一最后結(jié)果沒(méi)有出來(lái)的原因主要有以下情況：1. 操作不當(dāng)（如布線錯(cuò)誤等）2. 設(shè)計(jì)不當(dāng)（如電路出現(xiàn)險(xiǎn)象等）3. 元器

34、件使用不當(dāng)或功能不正常4. 儀器（主要 指數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱 ）和 集成元件本身 出現(xiàn)故障。 二檢查故障的方法主要有以下一些：1. 查線法 ： 由于在實(shí)驗(yàn)部分故障都是由于布線錯(cuò)誤引起的，因此，在故障發(fā) 生時(shí)，復(fù) 查電 路連線為排除 故障 的有效 方法。應(yīng)著重注意：有無(wú)漏線 、 錯(cuò)線，導(dǎo)線與插孔接觸是否可靠，集成電路是否插牢、集成電路是否 插反等。2.觀察法： 用萬(wàn)用表直接測(cè)量各集成塊的 Vcc 端是否加上電源電壓；輸入信 號(hào)，時(shí)鐘脈沖等是否加到實(shí)驗(yàn)電路上，觀察輸出端有無(wú)反應(yīng)。重復(fù)測(cè) 試觀察故障現(xiàn)象，然后對(duì)某一故障 狀態(tài) ，用萬(wàn)用表測(cè)試 各輸 入/ 輸 出端 的直流電平，從而判斷出是否是插座板、集成

35、塊引腳連接線等原因造 成的故障。3. 信號(hào)注 入法 在電路的每一級(jí)輸入端加上特定信號(hào)，觀察該級(jí)輸出響應(yīng)，從而 確定該級(jí)是否有故障，必要時(shí)可以切斷周?chē)B線，避免相互影響。4. 信號(hào)尋跡法在 電路的輸入端加上特定 信號(hào)，按照信 號(hào)流向逐線檢查是 否有響應(yīng) 和是否正確，必要時(shí)可多次輸入不同信號(hào)。5. 替換法對(duì) 于 多 輸 入 端 器 件 ，如 有 多 余 端 則 可 調(diào) 換 另 一 輸 入 端 試 用 。必 要 時(shí) 可更換器件，以檢查器件功能不正常所引起的故障。4.2 焊接技術(shù)結(jié) 合 萬(wàn) 能 板 的 結(jié) 構(gòu) 原 理 合 理 安 排 集 成 塊 和 元 器 件 的 位 置 ，為 了美觀大方要求各元件盡

36、可能的保持在同一條直線上； 合理布局，安 裝前要對(duì)整機(jī)線路進(jìn)行合理布局，一 般按照電 路的順序一級(jí)一級(jí)地布線，連線盡可能短。從整個(gè)板來(lái)說(shuō)是否美觀好看，關(guān)鍵是導(dǎo)線的布置，所 以布線 要注意整齊，集 成塊相鄰管腳之間盡量不布線。這 樣便于調(diào)整 與測(cè)試工作的順利進(jìn)行。注 意： 安裝前應(yīng)檢 查元器件的質(zhì)量，安 裝是特別要 注意 電解電容、 集成芯 片等主要器件的引 腳和 極性，不能 插錯(cuò) 。從輸入級(jí) 開(kāi)始 向后級(jí)安 裝。4.3 穩(wěn)壓電源各項(xiàng)性能指標(biāo)的測(cè)試電路的調(diào)試與檢測(cè)1）靜態(tài)調(diào)試當(dāng)連好電路板的線路時(shí)，先不要急著通電，而因該從以下幾個(gè)方面 進(jìn)行檢測(cè)：A、對(duì)照原理圖，用萬(wàn)用表檢查線路的各個(gè)接口是否接通，

37、是 否有短路、斷路或漏接的現(xiàn)象，如果有，因該及時(shí)改好電路連 線。B、對(duì)照原理圖，檢查各元件是否接正確。2）動(dòng)態(tài)調(diào)試接通220V的電源，用數(shù)字萬(wàn)用表對(duì)所設(shè)計(jì)的電路實(shí)物進(jìn)行測(cè)試， 得到正電源輸出電壓為+12.14V，負(fù)電源輸出電壓為-12.08V3）技術(shù)指標(biāo)測(cè)量及誤差分析二、技術(shù)指標(biāo)測(cè)量、測(cè)量穩(wěn)壓系數(shù)，先調(diào)節(jié)自藕變壓器使輸入的電壓增加10%， 即Vi=242V, 測(cè)量此時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓Vol ；再調(diào)節(jié)自藕變壓器使輸 入減少10%，即Vi=,測(cè)量此時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓Vo2,然后測(cè)量出 Vi=220V 時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓Vo,則穩(wěn)壓系數(shù)Vo/Vo _220 Voi VO2Sv=.Vi /Vi 242 19

38、8V。.輸出電壓與最大輸出電流的測(cè)試測(cè)試電路如圖4.1-22OV圖4.1穩(wěn)壓電源性能指標(biāo)的測(cè)試電路測(cè)試過(guò)程是：先調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓增加 10%，即Vi=242V , 測(cè)量此時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓 Voi ;再調(diào)節(jié)自耦變壓器使輸入電壓減少 10%，即 Vi=198V，測(cè)量此時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓 V02，然后再測(cè)出Vi=220V時(shí)對(duì)應(yīng)的輸 出電壓Vo，則穩(wěn)壓系數(shù)Sv=(A/o/Vo)/(/i/Vi)=220/ (242- ) (V01-V02) /Vo根據(jù)上述測(cè)量方法，可對(duì)正負(fù)雙電源進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如下：當(dāng)Vi=198V時(shí)，測(cè)得數(shù)據(jù)為：Voi+=11.97 V， Vo1-=-11.96V當(dāng)Vi=24

39、2V時(shí)，測(cè)得數(shù)據(jù)為：Vo2+=12.10V， Vo2-=-12.06V當(dāng)Vi=220V時(shí)，測(cè)得數(shù)據(jù)為：Vo+=12.14V， Vo-=-12.08V由以上所測(cè)數(shù)據(jù)，可得穩(wěn)壓系數(shù)為：Sr+= (A/O/ + VO+ ) / (A/i/Vi)=220/(242- ) (V01+-V02+ ) /Vo+0.05354Sr-= (Vo-/Vo-) / (AVi/Vi) = 0.04139(3 )輸出電阻的測(cè)量按圖4.1所示連接電路，保持穩(wěn)壓電源的輸入電壓U1220V，在不接負(fù)載Rl時(shí)測(cè)出開(kāi)路電壓Uo1 =12.14V，此時(shí)Io1 =0，然后接上負(fù)載Rl，測(cè)出輸出電壓Uo2 =12.16V 和輸出電流io2=0.49A ，則輸 出電阻為：R0U 0I U 02I 01I 02=0.0408(4).紋波電壓的測(cè)試用示波器觀察Uo的峰峰值，(此時(shí)丫通道輸入信號(hào)采用交流耦合AC ）,測(cè)量 Uop-p的值（約4mV ）4.4 誤差分析1 )、誤差計(jì)算+Vcc%= ( 12.14-12.00 )