直流穩(wěn)壓電源電路

1、 直流穩(wěn)壓電源電路1 引言模擬電子技術(shù)是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論的一個(gè)重要組成部分，是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系的重要學(xué)科基礎(chǔ)課。模擬電子技術(shù)是一門研究對(duì)仿真信號(hào)進(jìn)行處理的模擬電路的學(xué)科。它以半導(dǎo)體二極管、半導(dǎo)體三極管和場(chǎng)效應(yīng)管為關(guān)鍵電子器件，包括功率放大電路、運(yùn)算放大電路、反饋放大電路、信號(hào)運(yùn)算與處理電路、信號(hào)產(chǎn)生電路、電源穩(wěn)壓電路等研究方向。直流穩(wěn)壓電源是指能為負(fù)載提供穩(wěn)定直流電源的電子裝置。它的供電電源大都是交流電源，當(dāng)交流供電電源的電壓或負(fù)載電阻變化時(shí)，穩(wěn)壓器的直流輸出電壓都會(huì)保持穩(wěn)定。2 設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)完整的直流穩(wěn)壓電源電路，其主要技術(shù)指標(biāo)要求： 輸出電壓可調(diào)：Uo=+3V+15V 最大輸

2、出電流：Iomax=800mA 輸出電壓變化量：Uo15mV 穩(wěn)壓系數(shù)：SV0.003。直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成，見圖1。3 設(shè)計(jì)原理（1）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。（2）整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?0Hz的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電（3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。（4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)

3、載的變化而變化。4 直流穩(wěn)壓電源電路*注：設(shè)計(jì)過程中的仿真圖均由調(diào)試完后的結(jié)果而來。4.1 變壓電源設(shè)計(jì)變壓器原理：變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當(dāng)初級(jí)線圈中通有交流電變壓器原理圖流時(shí)，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級(jí)線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。如圖4-1-1中是一個(gè)10TO1的變壓器，他的作用是使變壓后的電壓為原來的1/10。圖4-1 變壓電源電路圖仿真后的波形圖4-1-2圖4-1-2 變壓電源仿真波形圖4.2 整流電路設(shè)計(jì)整流電路的作用是把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。通常采用橋式整流器是利用二極管的單向?qū)ㄐ?，用來將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?。U20時(shí)，D1,D3導(dǎo)通，D2,D4

4、截至。電流通路：AD1R1D3U20時(shí)，D2,D4導(dǎo)通，D1,D3截至。電流通路：D2R1D4A加上4.1中的變壓電路得到了如圖4-2-1所示的電路。圖4-2-1 整流電路圖仿真測(cè)試后波形如圖4-2-2圖4-2-2 整流電路仿真波形圖4.3 濾波電路設(shè)計(jì)濾波電路其基本原理就是利用電路的頻率特性實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)中頻率成分的選擇。濾波是信號(hào)處理非常。根據(jù)高等數(shù)學(xué)理論，每一個(gè)滿足一定條件的信號(hào)，都可以被看成是由無限個(gè)正弦波疊加而成。而濾波電路只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)成分正常通過，而另一部分頻率成分不能通過的電路。由此設(shè)計(jì)出濾波電路。如圖4-3-1。圖4-3-1 濾波電路圖仿真后結(jié)果如圖4-3-2圖4-3

5、-2 濾波電路仿真波形圖4.4 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路的作用是輸出穩(wěn)定的直流電壓。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，如圖4-4-1所示，是一個(gè)串聯(lián)三極管穩(wěn)壓電路。主要依據(jù)質(zhì)量指標(biāo)選擇電路方案，電路應(yīng)當(dāng)盡量簡(jiǎn)單而又滿足指標(biāo)要求。本次設(shè)計(jì)中，穩(wěn)壓系數(shù)Sr0.05、內(nèi)阻r0的要求不高，工作溫度變化不大，所以選用典型電路即可。220V交流電經(jīng)變壓器TF1降壓后，由D1硅堆進(jìn)行橋式整流，得到脈動(dòng)直流，然后由C1濾除其交流成份，得到直流電壓。圖4-4-1 穩(wěn)壓電路圖經(jīng)過仿真，得到如圖4-4-2所示的波形圖，輸出端（out）的參數(shù)為0-15V，如圖4-4-3，符合設(shè)計(jì)要求。圖4-4-2 穩(wěn)壓電路波形圖圖4-4-3 穩(wěn)壓電路輸出端

6、波形圖4.5 直流穩(wěn)壓電源電路如圖4-5-1。經(jīng)過測(cè)試，我選用的是一個(gè)7000歐的滑動(dòng)變阻器，如果沒有此型號(hào)的可以用多個(gè)滑動(dòng)變阻器串聯(lián)或者用10000歐的滑動(dòng)變阻箱調(diào)到7000歐姆檔。圖4-5-1 直流穩(wěn)壓電源電路總圖在滑動(dòng)變阻器阻值為7000歐姆時(shí)的仿真波形如圖4-5-2，輸出端（out）的電壓為3V。圖4-5-2 直流穩(wěn)壓電路輸出端仿真波形圖4.6 調(diào)試與測(cè)試根據(jù)設(shè)計(jì)出的總電路圖和仿真，逐漸確定所用的各電阻、電容的參數(shù)，如圖4-6中所示。經(jīng)過仿真得出如下波形，在滑動(dòng)變阻器的阻值為7000歐時(shí)輸出端電壓為3V，阻值接近于0時(shí)輸出電壓為15V，符合設(shè)計(jì)要求。圖4-6 當(dāng)滑動(dòng)變阻器阻值為7000

7、時(shí)的直流穩(wěn)壓電路波形仿真圖4.7 自制封裝另外，為了生成PCB圖，自制了電源和整流器的封裝，分別如圖8-1和圖8-2. 圖8-1 電源封裝 圖8-2 橋式整流器封裝5 元件清單。表1 電路各元器件清單名稱標(biāo)示參數(shù)值封裝號(hào)電 源Vin220V/50HzDY變壓器TF110TO1DIP4電橋整流器D118DB05ZL電 容C1130FRAD0.1電 容C265FRAD0.1二極管D2100HF100PVTO-92A三極管Q12N1893TO-5電 阻R1700AXIAL0.4電 阻R21500AXIAL0.4電 阻R3950AXIAL0.4滑動(dòng)變阻器R40-7000VR56 生成PCB印刷電路板仿

8、真結(jié)果正確后，就可以開始進(jìn)行PCB板的制作： (1) 繪制元件庫 (2) 繪制原理圖 (3) 繪制封裝庫 (4) 導(dǎo)入網(wǎng)線表 (5) 自動(dòng)布線 (6) 手工調(diào)整如圖6圖6 直流穩(wěn)壓電路PCB板7 分析總結(jié)這次Protel課程設(shè)計(jì)歷時(shí)將近兩個(gè)月，我在完成本次課程設(shè)計(jì)的過程中學(xué)到了很多東西。本次課程設(shè)計(jì)與上學(xué)期同樣是Protel課程設(shè)計(jì)不同，更強(qiáng)調(diào)對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)思路的培養(yǎng)和設(shè)計(jì)能力的檢驗(yàn)。在課程設(shè)計(jì)的過程中，我遇到了許多挫折。比如想要生成PCB板就要對(duì)各個(gè)元件進(jìn)行封裝，一個(gè)元器件可以有不同的封裝號(hào)，一個(gè)封裝號(hào)也可以封裝不同的元器件，在網(wǎng)上查找元件對(duì)應(yīng)封裝號(hào)時(shí)就經(jīng)常出現(xiàn)這種問題，這是就要對(duì)原理圖中的具體元件參數(shù)和封裝號(hào)進(jìn)行比對(duì)，以免造成生成PCB板時(shí)找不到節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤；另外由于Win7系統(tǒng)與Protel99的相互不兼容也造成了一些不便。不過，挫折也是一份財(cái)富，這會(huì)在將來的畢業(yè)設(shè)計(jì)以及工作生活中給我提供經(jīng)驗(yàn)。通過這次課程設(shè)計(jì)，我懂得了理論是實(shí)際結(jié)合是非常重要的，只有把所學(xué)到的理論與實(shí)踐結(jié)合起來，從實(shí)踐中得出結(jié)論，才能提高自己的動(dòng)手能力和獨(dú)立思考能力。通過這次設(shè)計(jì)一個(gè)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源，讓我對(duì)Protel有了更深的了解。這次我們組設(shè)計(jì)的電路相對(duì)簡(jiǎn)單一些，在生成了正確的PCB板后，自動(dòng)布線后再經(jīng)過手動(dòng)調(diào)整也使整個(gè)圖看起來比較明了。通過仿真我們可