畢業(yè)論文12V線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì).doc

作者：周瑩（計(jì)信學(xué)院08級電子信息專業(yè)學(xué)生） 指導(dǎo)教師：黃喜論文題目12V線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)學(xué) 院(系) 專 業(yè) 班 級 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 212V線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 摘要：穩(wěn)壓電源是能為負(fù)載提供穩(wěn)定交流電源或直流電源的電子裝置，數(shù)字式穩(wěn)壓電源與傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源電路相比，具有操作方便、電壓穩(wěn)定度高的特點(diǎn)；詳細(xì)介紹穩(wěn)壓電源發(fā)展史、穩(wěn)壓電源分類、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀；論述穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓原理、穩(wěn)壓過程；分析比較幾種設(shè)計(jì)方案，選擇最佳的設(shè)計(jì)方案；闡述最佳設(shè)計(jì)方案的電路原理；用MULTISIM軟件進(jìn)行仿真，適當(dāng)優(yōu)化完善電路設(shè)計(jì)；對設(shè)計(jì)成品的諸多問題進(jìn)行論述和分析。關(guān)鍵詞：穩(wěn)壓電源 12V 穩(wěn)壓源里 方案設(shè)計(jì) 最佳選擇 原理分析 電路仿真12V linear voltage-stabilized source designAbstract: The voltage-stabilized source is can provide the stable alternating current supply or the direct-current power supply electronic installation for the load; The digital voltage-stabilized source and the tradition voltage-stabilized source electric circuit compares, Has the ease of operation, the voltage stability high characteristic; Detailed introduction voltage-stabilized source history、Voltage-stabilized source classification、domestic and foreign research present situation; Elaboration voltage-stabilized source constant voltage principle、 constant voltage process；The analysis compares several kind of design proposals、 and chooses the best design proposal；Elaborates the best design proposal circuitry；Carries on the simulation with the MULTISIM software、 suitable optimization perfect circuit design; To designs the end product many questions to carry on the elaboration and the analysis.Key words：Voltage-stabilized source 12V Constant voltage principle Project design Best choice Principle analysis Electric circuit simulation 目錄前言：.第一章：緒論.第二章：穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓原理第三章：穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)方案比較和選擇第四章：電路原理分析第五章：設(shè)計(jì)使用的方法第六章：設(shè)計(jì)成品分析 致謝參考附錄前言隨著社會飛速前進(jìn)，用電設(shè)備與日俱增。但電力輸配設(shè)施的老化和發(fā)展滯后，以及設(shè)計(jì)不良和供電不足等原因造成末端用戶電壓的過低，而線頭用戶則經(jīng)常電壓偏高。對用電設(shè)備特別是對電壓要求嚴(yán)格的高新科技和精密設(shè)備，猶如沒有上保險(xiǎn)。不穩(wěn)定的電壓會給設(shè)備造成致命傷害或誤動(dòng)作，影響生產(chǎn)，造成交貨期延誤、質(zhì)量不穩(wěn)定等多方面損失。同時(shí)加速設(shè)備的老化、影響使用壽命甚至燒毀配件，使業(yè)主面臨需要維修的困擾或短期內(nèi)就要更新設(shè)備，浪費(fèi)資源；嚴(yán)重者甚至發(fā)生安全事故，造成不可估量的損失。穩(wěn)壓電源是能為負(fù)載提供穩(wěn)定交流電源或直流電源的電子裝置。數(shù)字式穩(wěn)壓電源與傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源電路相比，具有操作方便、電壓穩(wěn)定度高的特點(diǎn)。目前，數(shù)字式直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)常用的設(shè)備之一，廣泛應(yīng)用于我們生活、工作、科研、各個(gè)領(lǐng)域。本文主要是將穩(wěn)壓電源理論與實(shí)踐相結(jié)合，設(shè)計(jì)基于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的穩(wěn)壓電源。運(yùn)用Protel仿真軟件對設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真，對PCB紙板和布線提供了極大的便利。本文共分為六個(gè)章節(jié)，第一章緒論，主要介紹穩(wěn)壓電源的發(fā)展和分類。第二章穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓原理，主要闡述穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓過程的原理。第三章，重點(diǎn)論述穩(wěn)壓電源的多種設(shè)計(jì)方案，在比較分析幾種方案優(yōu)劣條件下，選擇比較適合的設(shè)計(jì)方案。第四章闡述選擇的設(shè)計(jì)方案的電路原理。第五章，運(yùn)用Protel仿真軟件對電路仿真。第六章對設(shè)計(jì)成品進(jìn)行分析。， 第一章：緒論1.1 穩(wěn)壓電源的發(fā)展歷史穩(wěn)壓電源是能為負(fù)載提供穩(wěn)定交流電源或直流電源的電子裝置，包括交流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)壓電源兩大類。其發(fā)展史基于1955年美國的科學(xué)家羅那（G.H.Royer）成功了利用磁芯的飽和來進(jìn)行自激振蕩的晶體管直流變換器。此后，利用這一技術(shù)的各種形式的精益求精直流變換器不斷地被研制和涌現(xiàn)出來，從而取代了早期采用的壽命短、可靠性差、轉(zhuǎn)換效率低的旋轉(zhuǎn)和機(jī)械振子示換流設(shè)備。由于晶體管直流變換器中的功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以由此而制成的穩(wěn)壓電源輸出的組數(shù)多、極性可變、效率高、體積小、重量輕，因而當(dāng)時(shí)被廣泛地應(yīng)用于航天及軍事電子設(shè)備。由于那時(shí)的微電子設(shè)備及技術(shù)十分落后，不能制作出耐壓高、開關(guān)速度較高、功率較大的晶體管，所以這個(gè)時(shí)期的直流變換器只能采用低電壓輸入，并且轉(zhuǎn)換的速度也不能太高。60年代，由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展，高反壓的晶體管出現(xiàn)了，從此直流變換器就可以直接由市電經(jīng)整流、濾波后輸入，不再需要工頻變壓器降壓了，從而極大地?cái)U(kuò)大了它的應(yīng)用范圍，并在此基礎(chǔ)上誕生了無工頻降壓變壓器的開關(guān)電源。省掉了工頻變壓器，又使開關(guān)穩(wěn)壓電源的體積和重量大為減小，開關(guān)穩(wěn)壓電源才真正做到了效率高、體積小、重量輕。70年代以后，與這種技術(shù)有關(guān)的高頻，高反壓的功率晶體管、高頻電容、開關(guān)二極管、開關(guān)變壓器的鐵芯等元件也不斷地研制和生產(chǎn)出來，使無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源得到了飛速的發(fā)展，并且被廣泛地應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、通信、航天、彩色電視機(jī)等領(lǐng)域，從而使無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源成為各種電源。隨著時(shí)代的變遷，科技日益更新進(jìn)步，穩(wěn)壓電源隨著科技的進(jìn)步得到很好的發(fā)展。穩(wěn)壓電源的發(fā)展經(jīng)歷了以下過程：二十世紀(jì)五十年代的磁飽和穩(wěn)壓器發(fā)展到六、七十年代的磁泄放式恒壓變壓器；八十年代中期運(yùn)用了磁補(bǔ)償形式的第一代參數(shù)穩(wěn)壓器到九十年代中期運(yùn)用第二代參數(shù)穩(wěn)壓器；二十世紀(jì)初誕生了第三代參數(shù)穩(wěn)壓器。參數(shù)穩(wěn)壓器是一種運(yùn)用鐵磁等效參數(shù)振蕩與同步跟蹤補(bǔ)償原理來取得穩(wěn)定的交流輸出電壓和良好的雙向抗干擾性能的電源裝置。其綜合性能穩(wěn)定可靠，雙向抗干擾能力強(qiáng)，能有效地濾除電網(wǎng)及負(fù)載所產(chǎn)生的各種頻率的正負(fù)脈沖和浪涌電壓的沖擊，且有較強(qiáng)的抗雷擊能力，安全、可靠、穩(wěn)定性高；穩(wěn)壓范圍特別寬，特別適用于電壓大幅度波動(dòng)的場合；具有較強(qiáng)的過載能力，具有自動(dòng)保護(hù)特性，當(dāng)負(fù)載短路或內(nèi)部元件損壞時(shí)，輸出電壓自動(dòng)降至0伏。絕不會出現(xiàn)過壓輸出，確保用戶設(shè)備安全運(yùn)行；參數(shù)穩(wěn)壓器是目前各種技術(shù)類型交流穩(wěn)壓電源當(dāng)中綜合技術(shù)性能最優(yōu)，可靠性最高，使用維護(hù)成本最低的一種產(chǎn)品。最大的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是不采用電子器材，環(huán)境適應(yīng)能力及穩(wěn)定可靠性能最高。1.2.穩(wěn)壓電源的分類：穩(wěn)壓電源的分類多種多樣，按穩(wěn)定結(jié)果可分為直流穩(wěn)壓電源和交流穩(wěn)壓電源。按穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)的方式可分為參數(shù)穩(wěn)壓器和反饋調(diào)整型穩(wěn)壓器。按穩(wěn)壓電路的連接方式，則可分為并聯(lián)型穩(wěn)壓器和串聯(lián)型穩(wěn)壓器。按電路中主要元件的工作狀態(tài)又可分為線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器。交流穩(wěn)壓電源中又有磁飽和穩(wěn)壓器、電子管穩(wěn)壓器、交流凈化電源、全自動(dòng)補(bǔ)償型穩(wěn)壓器及參數(shù)穩(wěn)壓器。為了提高穩(wěn)壓電源的轉(zhuǎn)換效率，增強(qiáng)對電網(wǎng)的適應(yīng)性，縮小體積和減輕重量，使開關(guān)電源應(yīng)運(yùn)而生。目前最常用的的穩(wěn)壓電源是開關(guān)電源，開關(guān)穩(wěn)壓電源具有很多優(yōu)點(diǎn)。(1).效率高，通常可達(dá)到8090%；(2).功耗小。開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，功率消耗小，不需要采用大散熱器。同時(shí)機(jī)內(nèi)溫升較低，有利于提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性；(3).穩(wěn)壓范圍寬(150250V)，適用于電網(wǎng)電壓波動(dòng)很大的地區(qū)；(4).體積小重量輕，可省去笨重的電源變壓器；(5).安全可靠。一般都具有自動(dòng)保護(hù)電路。3.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：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。穩(wěn)壓電源跟隨時(shí)代的發(fā)展邁入數(shù)控電源時(shí)代。數(shù)控電源是從80年代才真正的發(fā)展起來的，期間系統(tǒng)的電力電子理論開始建立。這些理論為其后來的發(fā)展提供了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。在以后的一段時(shí)間里，數(shù)控電源技術(shù)有了長足的發(fā)展。但其產(chǎn)品存在數(shù)控程度達(dá)不到要求、分辨率不高、功率密度比較低、可靠性較差的缺點(diǎn)。因此數(shù)控電源主要的發(fā)展方向，是針對上述缺點(diǎn)不斷加以改善。單片機(jī)技術(shù)及電壓轉(zhuǎn)換模塊的出現(xiàn)為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了有利的條件。新的變換技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展，各種類型專用集成電路、數(shù)字信號處理器件的研制應(yīng)用，到90年代，己出現(xiàn)了數(shù)控精度達(dá)到0.05V的數(shù)控電源，功率密度達(dá)到每立方英寸50W的數(shù)控電源。從組成上，數(shù)控電源可分成器件、主電路與控制等三部分。目前在電力電子器件方面，幾乎都為旋紐開關(guān)調(diào)節(jié)電壓，調(diào)節(jié)精度不高，而且經(jīng)常跳變，使用麻煩 數(shù)字化智能電源模塊是針對傳統(tǒng)智能電源模塊的不足提出的，數(shù)字化能夠減少生產(chǎn)過程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)，有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產(chǎn)品一致性等工程問題，極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的可維護(hù)性。 電源采用數(shù)字控制，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn): 1.易于采用先進(jìn)的控制方法和智能控制策略，使電源模塊的智能化程度更高，性能更完美。 2.控制靈活，系統(tǒng)升級方便，甚至可以在線修改控制算法，而不必改動(dòng)硬件線路。 3.控制系統(tǒng)的可靠性提高，易于標(biāo)準(zhǔn)化，可以針對不同的系統(tǒng)(或不同型號的產(chǎn)品)，采用統(tǒng)一的控制板，而只是對控制軟件做一些調(diào)整即可。 4.系統(tǒng)維護(hù)方便，一旦出現(xiàn)故障，可以很方便地通過RS232接口或RS485接口或USB接口進(jìn)行調(diào)試，故障查詢，歷史記錄查詢，故障診斷，軟件修復(fù)，甚至控制參數(shù)的在線修改、調(diào)試;也可以通過MODEM遠(yuǎn)程操作。5.系統(tǒng)的一致性好，成本低，生產(chǎn)制造方便。由于控制軟件不像模擬器件那樣存在差異，所以，其一致性很好。由于采用軟件控制，控制板的體積將大大減小，生產(chǎn)成本下降。 6.易組成高可靠性的多模塊逆變電源并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)。為了得到高性能的并聯(lián)運(yùn)行逆變電源系統(tǒng)，每個(gè)并聯(lián)運(yùn)行的逆變電源單元模塊都采用全數(shù)字化控制，易于在模塊之間更好地進(jìn)行均流控制和通訊或者在模塊中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的均流控制算法(不需要通訊)，從而實(shí)現(xiàn)高可靠性、高冗余度的逆變電源并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)。 隨著人們生活水平的不斷提高,數(shù)字化控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一,它所給人帶來的方便也是不可否定的,其中數(shù)控制直流穩(wěn)壓電源就是一個(gè)很好的典型例子,但人們對它的要求也越來越高,要為現(xiàn)代人工作、科研，生活、提供更好的，更方便的設(shè)施就需要從數(shù)字電子技術(shù)入手，一切向數(shù)字化，智能化方向發(fā)展。第二章：穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓原理2.1穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓的基本原理穩(wěn)壓電源是能為負(fù)載提供穩(wěn)定交流電源或直流電源的電子裝置，包括交流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)壓電源兩大類，此研究的是線性直流穩(wěn)壓電源，直流穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路這幾個(gè)模塊組成。圖2-1直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成，其原理框圖如圖2-1所示。電網(wǎng)供給的交流電壓（220V，50Hz）經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓，然后由整流電路變換成方向不變、大小隨時(shí)間變化的脈動(dòng)電壓，再用濾波器濾去其交流分量，就可以得到比較平直的直流電壓。本設(shè)計(jì)主要通過變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓過程將220V、50mA交流電，變?yōu)榉€(wěn)定的12V、1mA直流電，并實(shí)現(xiàn)輸出電壓可預(yù)置在0V12V之間的任意一個(gè)值連續(xù)可調(diào)。 穩(wěn)壓過程如下圖： 圖2-2 第三章：穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)方案比較和選擇3.1比較并分析幾種設(shè)計(jì)方案的最佳選擇方案一： 利用51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)（1）采用51系列單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，通過改變輸入數(shù)字量來改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電壓的大小。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測實(shí)際輸出電壓值的大小，可以經(jīng)過轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機(jī)實(shí)時(shí)對電壓進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示。采用軟件方法來解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以及電流的步進(jìn)控制，利用51系列單片機(jī)為主控制器，通過鍵盤來設(shè)置直流電源的輸出電流，設(shè)置步進(jìn)等級可達(dá)0.1V，并可由數(shù)碼管顯示實(shí)際輸出電壓值和電壓設(shè)定值。利用單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬量，再經(jīng)過運(yùn)算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，隨著功率管基極電電流的變化而輸出不同的電壓。(2)設(shè)計(jì)理論此直流穩(wěn)壓電源共有六部分，輸出電壓的調(diào)節(jié)是通過“+”，“-”兩鍵操作，步進(jìn)電壓精確到0.1V 控制可逆計(jì)數(shù)器分別作加，減計(jì)數(shù)，可逆計(jì)數(shù)器的二進(jìn)制數(shù)字輸出分兩路運(yùn)行：一路用于驅(qū)動(dòng)數(shù)字顯示電路，精確顯示當(dāng)前輸出電壓值；另一路進(jìn)入數(shù)模轉(zhuǎn)換電路（D/A 轉(zhuǎn)換電路），數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將數(shù)字量按比例，轉(zhuǎn)換成模擬電壓，然后經(jīng)過射極跟隨器控制,調(diào)整輸出級，輸出穩(wěn)定直流電壓。設(shè)計(jì)方框圖如下： 圖3-1缺點(diǎn)：電路設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，涉及程序語言設(shè)計(jì)，相對復(fù)雜。方案二：采用可調(diào)三端穩(wěn)壓電源構(gòu)成直流可調(diào)電源，可采用3-2圖所示 圖3-2三端穩(wěn)壓芯片LM317輸出電壓可以0V起調(diào)，輸出公式：Vout=1.25(1+R2/R1) 缺點(diǎn)：數(shù)字電位器誤差較大，控制精度不夠高，誤差電壓較大。同時(shí)更重要的是幾乎所有的數(shù)字電位器能夠容忍的電流都在20mA以下。方案三： 晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路。 （1） 根據(jù)穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓基本原理，可以畫出下圖所示的原理方框圖 圖3-3交流電壓經(jīng)整流濾波后,得到平滑的直流電壓,作為穩(wěn)壓電路的輸入電源。同時(shí)運(yùn)用比較放大電路,它的核心是調(diào)整管,輸出電壓的穩(wěn)定是管的壓降相應(yīng)改變,然后再經(jīng)過取樣電壓，比較反饋，使輸出電壓保持穩(wěn)。（2）具體設(shè)計(jì)1.取樣電路:它是檢測輸出電壓Vo的變化,把Vo的全部或部分取出來和基準(zhǔn)電壓比較并放大后來控制調(diào)整管的調(diào)整作用,使輸出電壓穩(wěn)定。2.基準(zhǔn)電壓電路:把Vo值與恒定的電壓值比較,此恒定電壓的作用是作為一種基準(zhǔn),也稱基準(zhǔn)電壓。提供恒定電壓的電路就是基準(zhǔn)電壓電路.3.比較放大電路:把取樣電壓和基準(zhǔn)電壓相比較,用基準(zhǔn)電壓減去取樣電壓,得到差值電壓的大小越大，輸出電壓Vo也就越穩(wěn)定，電路的穩(wěn)定系數(shù)和輸出電阻就越小。4.過載短路保護(hù)電路:串聯(lián)調(diào)整型的穩(wěn)壓電源,調(diào)整管和負(fù)載是串聯(lián)的,當(dāng)負(fù)載電流過大或短路時(shí),大的負(fù)載電流或短路電流全部流過調(diào)整管,此時(shí)負(fù)載端的壓降小,幾乎全部整流電壓加在調(diào)整管的c極和e極之間,因此在過載或短路時(shí),調(diào)整管Vce.Ie和允許功耗超過正常值,調(diào)整管在此情況下會很快燒壞,所以在過載或短路時(shí)應(yīng)對調(diào)整管采取保護(hù),保護(hù)電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證當(dāng)負(fù)載電流在額定值內(nèi),保護(hù)電路對電源不起作用,但過載或短路時(shí),保護(hù)電路控制調(diào)整管使其截止,輸出電流為零,對負(fù)載和電源均起保護(hù)作用。由此設(shè)計(jì)出下圖所示的原理電路圖。 圖3-4 4.1 電路運(yùn)作原理通過220V/15V變壓器，連接到穩(wěn)壓電源電路，由整流橋IBQ40整流、C1和R8平滑濾波，輸出至電壓調(diào)整管Q1的集電極。這個(gè)電路具有不同于其他電源的特點(diǎn)。電源的基準(zhǔn)電壓用一個(gè)固定增益的運(yùn)算放大器U2跟一個(gè)可調(diào)電阻R6提供，它實(shí)現(xiàn)了電壓可以從零可調(diào)，D1選用穩(wěn)壓值3.6V的穩(wěn)壓管。接通電源后運(yùn)放U2的輸出電壓增加到使D1導(dǎo)通，通過R5穩(wěn)定在3.6V附近，因?yàn)镽3等于R1，所以U1的放大倍數(shù)為2，其輸出電壓是6.6V。U2的放大倍數(shù)約為2倍，根據(jù)公式A=（R2+R3）/R2，5.4V的基準(zhǔn)電壓大約能放大到超過12V，調(diào)節(jié)電位器R6可實(shí)現(xiàn)它的輸出電壓能從012V可調(diào)。電路另一個(gè)特征就是用三極管的射極輸出可以大幅增大輸出電流。4.2分析部分的電路原理。4.2.1 變壓器 圖4-1 電網(wǎng)提供的交流電一般為220V，而各種電子設(shè)備所需要直流電壓的幅值卻各不相同。因此，常常需要將電網(wǎng)電壓先經(jīng)過電源變壓器，然后將變換以后的二次電壓再去整流，濾波，和穩(wěn)壓，最后得到所需要的直流電壓幅值。 4.2.1 整流電路 此電路由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。在穩(wěn)壓部分采用單相橋式整流原理，電路原理圖和波形圖如下圖所示。 圖4-1 圖4-2利用四個(gè)二極管的單向?qū)щ娦越M成整流橋電路，將220V交流電壓變換為單方向脈動(dòng)電壓。輸出電壓的直流成分提高，脈動(dòng)成分降低?？朔藛蜗嗾麟娐份敵鲭妷好}動(dòng)大，直流成分比較低；變壓器有半個(gè)周期不導(dǎo)電，利用率低；變壓器含有直流部分，容易飽和；只能用于輸出功率較小，負(fù)載要求不高的場合等缺點(diǎn)。4.2.2濾波電路 在濾波部分，采用電容濾波的方式進(jìn)行濾波，實(shí)現(xiàn)降低輸出電壓的脈動(dòng)成分，盡量保留直流成分的功能。電路原理圖和波形圖如下圖所示。 圖4-3 圖4-4電容濾波有以下特點(diǎn)：1加入濾波電容后，輸出電壓的直流成分提高，脈動(dòng)成分減小。2電容濾波放電時(shí)間常數(shù)（）越大，放電過程越慢，輸出直流電壓越高，紋波越小，效果越好。為了獲得較好的濾波效果，一般選擇電容值滿足5) ，此時(shí)，輸出電壓的平均值。3電容濾波電路的輸出電壓隨輸出電流的增大而減小，所以電容濾波適合于負(fù)載電流變化不大的場合。4.2.3 穩(wěn)壓電路 在圖3-4中，采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓部分如下圖所示。 圖4-5 其中穩(wěn)壓管的作用很重要，此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件。穩(wěn)壓管在反向擊穿時(shí)，在一定的電流范圍內(nèi)或者在一定功率損耗范圍內(nèi)，端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性。 壓管的伏安特性圖及動(dòng)態(tài)電阻圖如下圖所示， 4-6 4-7穩(wěn)壓管的主要參數(shù)有以下幾項(xiàng)： 1.穩(wěn)定電壓UZ ，UZ是穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)是的工作電壓。穩(wěn)定電壓UZ 是挑選穩(wěn)壓管的主要依據(jù)之一。 2.穩(wěn)定電流IZ， IZ 是使穩(wěn)壓管正常工作時(shí)的參考電流。若工作電流低于 IZ，則管子的穩(wěn)壓性能變差；如工作電流高于 IZ，只要不超過額定功率，穩(wěn)壓管可以正常工作。而且一般來說，工作電流較大時(shí)穩(wěn)壓性能較好。 圖4-8 使用穩(wěn)壓管組成穩(wěn)壓電路時(shí)，需要注意幾個(gè)問題。首先，應(yīng)使外加電源的正極接管子的N區(qū)，電源的負(fù)極接P區(qū)，以保證穩(wěn)壓管在反向擊穿區(qū)，如圖所示。 其次,穩(wěn)壓管應(yīng)與負(fù)載電阻并聯(lián),由于穩(wěn)壓管兩端的電壓變化量很小,因而使輸出電壓比較穩(wěn)定.第三,必須限制流過穩(wěn)壓管的電流,使其不超過規(guī)定值，以免因過熱而燒毀管子。但I(xiàn)Z的值也不能太小，若小于臨界值IZmin，則穩(wěn)壓管將失去穩(wěn)壓作用。因此穩(wěn)壓管電路中必須接入一個(gè)限流電阻R，它的作用就是調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的電流IZ大小。 第五章：研究使用的方法。5.1仿真軟件protelde j簡介Protel99SE是 PROTEL公司近10年來致力于Windows平臺開發(fā)的最新結(jié)晶，能實(shí)現(xiàn)從電學(xué)概念設(shè)計(jì)到輸出物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及這之間的所有分析、驗(yàn)證和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理。因而今天的PROTEL最新產(chǎn)品已不是單純的PCB設(shè)計(jì)工具，而是一個(gè)系統(tǒng)工具，覆蓋了以PCB為核心的整個(gè)物理設(shè)計(jì)。PROTEL 99SE共分5個(gè)模塊，分別是原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、自動(dòng)布線器、原理圖混合信號仿真、PLD設(shè)計(jì)。Protel99SE設(shè)計(jì)印刷電路板的第一步就是設(shè)計(jì)電路原理圖，只有正確設(shè)計(jì)電路原理圖，生成相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)表之后才能生成PCB文件。在設(shè)計(jì)時(shí)，多采用將系統(tǒng)分模塊設(shè)計(jì)，將各部分電路分別設(shè)計(jì)，得到各個(gè)模塊電路，再通過融合，實(shí)現(xiàn)整體電路的設(shè)計(jì)，還可以將所有模塊在一張比較大的圖紙上全部畫出來，但在同一張紙以模塊的形式分別設(shè)計(jì)電路圖這樣比較容易檢查錯(cuò)誤，設(shè)計(jì)更為方便。原理圖的設(shè)計(jì)相對簡單，在設(shè)計(jì)完成后要先通過ERC檢測無誤后才生成網(wǎng)絡(luò)表。在設(shè)計(jì)好原理圖，通過ERC檢查，生成了網(wǎng)絡(luò)表之后的工作就是繪制PCB版圖了。在導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表之前，要確定原理圖中的元件在PCB元件庫中都有，很多元件的封裝在PCB庫中都是沒有的，這就要求我們自己封裝所需元件。即使是PCB庫中存在的，也要根據(jù)實(shí)際的元器件的尺寸進(jìn)行比對，若元器件是標(biāo)準(zhǔn)的則不用新建，如果不是標(biāo)準(zhǔn)的，那就要自己新建PCB封裝。 網(wǎng)絡(luò)表成功導(dǎo)入PCB文件之后對器件進(jìn)行布局，良好的布局降低了PCB布線的難度。布線的方式有兩種：自動(dòng)布線及交互式布線，在自動(dòng)布線之前，可以用交互式預(yù)先對要求比較高的線進(jìn)行布線，輸入端和輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行，以免產(chǎn)生反射干擾。也可以先自動(dòng)布線后再修改不滿意的連線。盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬。對數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個(gè)回路，即構(gòu)成一個(gè)地網(wǎng)。用大面積銅層作地線用，在印制板上把沒被用上的地方與地相連接作為地線。 隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，電路設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，手工設(shè)計(jì)越來越難以適應(yīng)形勢發(fā)展的需要。Protel99SE以其強(qiáng)大的功能、快捷實(shí)用的操作界面及良好的開放性，為設(shè)計(jì)者提供了現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)手段，使設(shè)計(jì)者能快捷、準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)出滿意的電路原理圖和印刷電路板，是從事電路設(shè)計(jì)的一個(gè)良好的工具4。5.2.protel的特點(diǎn) （1）將原理圖編輯（Schem