1引言
2设计任务及要求
1.1设计任务
1.2设计要求
3整体构思
4方案选择
4.1整流电路方案选择
4.2滤波电路方案选择
4.3稳压电路方案选择
5各部分定性说明及计量计算
5.1电源变压器的计算
5.2单桥整流中的二极管计算
5.3滤波电容C的计算
5.4稳压电路部分的计算
6仿真结果展示
7问题及排除措施
8设计心得体会
参考文献
附录
2.1设计任务
直流稳压电源。
2.2设计要求
输出电压可以在3——10V连续调节，且输出电流可拓展。
而且要求适当考虑如何采取短路保护措施。并在实验过程中切忌由于操作不慎，发生短路，烧毁变压器。
根据要求设计稳压直流电源，输出电压在3V到10V之间，所以根据所学模拟电子技术知识应该先有一个变压器可将220V交流电转换为我们设计电源所需的电压大小，所以设计电路的最先一部就是变压器了。所以首先选择变压器。
然后已经得到我们所需的交流电压，接下来我们就要考虑怎样将交流电转换为直流电了，因为我们要做的就是直流稳压电源。下一步就应该是整流部分了，是交流电转换为直流电。整流电路也是种类繁多所以整流电路就应该是我们所考虑的了。
通过变压和整流我们所得到的直流电，但是并不符合最后的要求，根据所学的知识我们所得的直流电还是会随着电网电压的变化而变化，不是一个稳定的直流电，因此紧接着需要做的就是滤波电路和稳压电路。
经过这几步我们进行组合我们已经得到一个稳压直流电源了。如图1所示。
图1 稳压直流电源
对直流稳压电路的四部分电路进行方案设计选择，四部分电路分别是电源电压器，整流电路，滤波电路，稳压电路。
4.1整流部分选择
整流电路部分可供选择的有两个方案。
方案一：单相半波整流电路
方案二：单相桥式整流电路
方案一： 单相半波整流电路如图2所示。
设变压器副边电压的有效值为U2。则其瞬时值u2=
在u2的正半周，A点为正，B点为负，二极管导通，电流从A流出，经过二极管D和负载电阻
流入B点，
=
。在u2的负半周，B点为正，A点为负二极管外加反向电压，因而处于截止状态，u0=
。负载电阻
电阻的电压和电流都具有单一方向脉动的特性。
主要参数：
S愈大脉动愈大
特点：
半波整流电路有结构简单，使用元件少等优点，但是输出波形脉动大，直流成分低，变压器有半个周期不导电，利用率低，变压器含有直流成分，容易饱和，输出电流小。
方案二：单相桥式整流如图3所示。
图3 单相桥式整流工作原理：
设变压器副边有效值为U2则瞬时值u2=。当U2位正半周时，电流有A点流出，经过D1，RL，D3流入B点，因而负载电阻RL上的电压等于变压器副边即U0=U2,D2,D4管承受的反向电压为-U2，D3,D1承受的反向电压为U2。由于D1,D3和D2,D4两队二极管交替导通，致使负载RL上在U2的整个周期都有电流（反向不变）通过。单相桥式整流电路采用了四只二极管组成了电桥电路。四只二极管每两只轮流工作，完成了对支流电源的整流作用，输出为全脉动电压。桥式整流电路输出波形脉动较小，输出电压高，对二极管的要求低，但是相对与半波整流电路相对复杂。
电路参数 |
| S |
|
|
半波整流 | 0.45 | 157％ | 100％ | 1.41 |
桥式整流 | 0.9 | 67％ | 50％ | 1.41 |
综上所述两种方案，单相桥式整流电路更实用效率高要求低，所以选择方案二作为整流部分。
4.2滤波电路的选择
根据所学知识并查文献知，滤波电路主要有五种方案。分别是电容滤波，电感滤波，LC滤波，LC-II型滤波，RC-II型滤波。
方案一：电容滤波如图4所示。
图4 电容滤波
工作原理：
在U2的正半周，当D1,D2导通时，除了有一个电流i0流向负载外同时还有一个电流ic流向电容充电，电容电压Uc的极性为上正下负，如果忽略二极管内的电阻，则在二极管到同时Uc=U0=U2，当U2达到最大值时开始下降，此时电容上的电压Uc也将由于放电开始下降，当Uc=U2时二极管D1,D2被反向偏置，因而不导电，于是Uc以一定的规律下降。
特点：
电容滤波的结构简单因而经常被采用，电容滤波适用于小电流负载，它的外特性比较软，采用时二极管中将流过较大的冲击电流。
方案二：电感滤波电路如图5所示。
图5 电感滤波电路
工作原理：
当输出电流发出变化时,L中将感应出一个反电动势，其方向将阻止电流发生变化。在半波整流，这个反动势将是整流管导通角大于180度，在桥式整流中U2极性由正变负后，虽然L上的反电动势有助于D1,D2继续导电，但是由于此时D3,D4导电，变压器二次电压全部加在D1,D2反向截止。
特点：
降低了输出电压的脉动成分，外特性比较硬。电流输出波形比较平滑，避免了产生较大的冲击电流。输出电压较低，设备比较笨重。
方案三：LC滤波电路如图6所示。
图6 LC滤波电路
工作原理：
实际上是电感和电容基本特性的组合利用输出电压的的交流成分绝大部分降落在电感上，电容C对交流接近于短路，由于整流后先进行电感滤波，总特性于电感滤波电路相似。LC滤波电路外特性比较好，输出电压对负载影响小，电感元件限制了电流的脉动峰值，减小了对整流二极管的冲击。
方案序号 | 类型 性能 |
|
适用场合 |
整流管中的冲击电流 |
外特性 |
一 | 电容滤波 | 约1.2 | 小电流 | 大 | 软 |
二 | 电感滤波 | 0.9 | 大电流 | 小 | 硬 |
三 | LC滤波 | 0.9 | 通用 | 小 | 硬 |
方案对比，综上所述选用方案一电容滤波比较好。
4.3稳压电路的选择
方案一：串联型稳压电路
方案二：三端稳压电路
方案一：串联稳压电路如图7。
工作原理：
有电阻R1,R2,R3组成。当输出电压发生变化时采样电阻对变化进行采样，并传达到放大电路的反向输入端。
放大电路A的作用是将采样电阻送来的变化量进行放大，然后传送到调整管的基极。
基准电压由稳压管Dz提供，接着放大电路的同输入端。采样电压与基准电压进行比较，得到的差值再由放大电路进行放大。
调整管接在输入直流电压U1与输出端的负载电阻R1之间，当输出电压U0发生变动时，调整管的集电极电压产生相应的变化，使输出电压基本保持稳定。
优点：输出电压在一定范围内可调。
缺点：所用元件比较多，比较复杂。
方案二：利用三端稳压器构成输出电压可调的稳压电如图8所示。
图8 三端稳压器
图9 利用三端稳压器构成输出电压可调的稳压电路
工作原理：
最简单的集成稳压电源只有输入，输出和接地端，故称之为三端集成稳压器。W7800系列三端固定电压稳压器其内部采用串联型晶体管稳压电路，稳压电路的硅片封装在普通功率管的外壳内，内部集成有短路和过热自我保护电路。W7800系列三端固定电压集成稳压器引脚功能。
由于设计任务要求可以扩展电流，故采用方案二，并加晶体管扩展电流。
一般调整管的饱和管压降在2v--3v左右，而输出最大电压要求10v，已饱和管压降为3v计算，为了使调整管工作在放大区，则最小输出电压不能小于13v，为了保险起见，可选择220v--15v的变压器。取最大输出电流为1A。则功率P=U1=15W,故选220V---15V，功率为20W的变压器。
5.2单桥整流中的二极管计算
由于U=15V，所以最高反向工作电压
.
最大整流平均电流
.
查手册选择1N4001，具体参数如表1所示。
表1 1N4001二极管参数
5.3滤波电容C的计算
则求得
求得C=1670
。选取标准值2200
。
5.4稳压电路部分的计算
三端稳压块选择：LM117K其具体参数为1.2Vto37V三端正位稳压器。
运算放大器选择：UA741CP，其工作电压Max 36v，工作电压Min 7v，符合电路要求电容选择,
。
电阻的选择：由公式
以及任务要求3V--10V，故选择
,分别为
。
（1.）起初稳压电路的选择出现问题，刚开始选择的是串联稳压电路，虽然输出电压可以在3v--10v进行调节，但输出电流不可扩展。原因是考虑方案时没有全局观念。
（2.）选择三端集成稳压器时错误，导致输出电压不可调。因此选择芯片前要详细了解芯片的详细参数和使用条件。
经过本次课程设计，我终于理解了理论联系实践的重要型，尤其在电子技术方面。这次课程设计让我收获很多。不仅增强了我们动手能力而且也使我们对课本知识有了更深入的认识。
通过本次的课程设计，我总结了一下几点：
第一，在设计过程中要有耐心，遇到问题时要沉住气，不能浮躁，要耐心认真找出问题及时改正。
第二，设计过程要有全局观念，并要有一丝不苟的认真态度。
第三，对于自己不会的问题，要在自己苦心思索之后，再去向老师和同学寻求帮助，已取得最大的收获。
第四，对于基础知识的掌握有待提高，每次去做实验之前都要先把课本上的再看一眼。有时候还会出错。所以还是要把课本上的知识掌握得更加牢固。
第五，要有团队意识，要和同学互相帮助，协调好使用仪器的时间。在最短的时间内完成每个人的实验。
此次设计加强了我们对设计的兴趣。我们认识到做什么都要有一个严谨的态度和不畏艰险的心态才能成功。同时也为以后的设计打好坚实的基础。
直流稳压电源.doc
(1.34 MB, 下载次数: 87)
鹏博士PBs 发表于 2019-9-19 07:47
需要一定的数电和模电知识
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