模电课程设计

绪论。模拟电子技术》是一门应用范围极广，发展及其迅速，具有较强实践性技术基础课，所以既要加强基础理论的系统学习，又要加强实践技术的训练。通过实验使学生在实验方法和实验技术上得到训练，进而培养学生理论联系实际的能力。

在实际工作中，电子技术人员需要分析器件、电路的工作原理；验证器件、电路的功能；对电路进行调试、分析，排除电路故障；测试器件、电路的性能指标；设计、制作各种实用电路的样机。所有这些都离不开实验。此外，实验还有一个重要任务，是要培养正确处理数据，分析和综合实验结果、检查和排除故障的能力。

同时养成我们勤奋、进取、严肃认真、理论联系实际的作风和为科学事业奋斗到底的精神。

直流稳压电源的设计是模拟电子技术一个基础的设计课程，它一般是由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，我们要掌握直流稳压电源的设计方法，研究其设计方案，学习直流稳压电源的稳压系数和内阻的测试方法。

第一章设计课题。

半导体直流稳压电源的设计和测试。

1.1 设计目的。

1、学习直流稳压电源的设计方法；

2、研究直流稳压电源的设计方案；

1.2 设计要求和技术指标。

1、技术指标：要求电源输出电压为3～9v，输入电压为交流220v，最大输出电流为iomax=200ma。

2、设计要求。

1）设计一个能输出3～9v的直流稳压电源；

2）要求绘出原理图，并用protel画出印制板图；

3）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数，4）测量直流稳压电源的稳压系数；

5）测量直流稳压电源的内阻；

6）拟定测试方案和设计步骤；

7）写出设计性报告。

1.3 设计扩展要求。

（1）能显示电源输出电压值，00.0-12.0v；

（2）要求有短路过载保护。

第二章原理分析。

设计电路框图如下图：

电源变压器：将交流电网电压220v的电压变为所需要的的交流电压值u1；

整流电路：将交流电压u1变为脉动的直流电压，但此脉动的直流电压含有较大的纹波；

滤波电路：滤除纹波，将脉动直流电压转变为平滑的直流电压，但这种电压还随电网。

电压波动、负载和温度的变化而变化；

稳压电路：清除电网波动及负载变化的影响，保持输出电压的稳定。由对应的的电路输出波形可看出，输入的交流电压经过变压、整流、滤波和稳压得到比较理想的直流输出电压，下面对这几个部分电路进行设计得到所需的直流电压。

第三章直流稳压电源电路的设计。

3.1 整流电路的设计。

说明：整流电路将交流电变换成直流电，主要靠二极管的单向导电作用，下面我们采用单相桥式整流电路。

原理：图3—1—1

tr为电源变压器，将电网电压u1变成整流要求电压u2=v2sin wt.

当电压u2在正半周时，d1和d3导通，d2、d4截止，流经负载电流方向如图所示；

当电压u2在负半周时，d2和d4导通，d1、d3截止，流经负载电流方向不变，仍与正半周时相同，为全波整流。

u2 波形。

图3—1—2

负载电压ul

图3—1—3

负载电压ul的平均值 vl=2v2/π=0.9 v2

直流电流为il=0.9 v2/rl

3.1.2 参数计算。

桥式整流电路中，d1、d3和d2、d4两辆轮流导通，流经每个二极管的平均电流为：

id=1/2il=0.45v2/rl

当二极管截止时，所承受的最大反向电压均为u2的最大值：

vrm=v2

则为防止二极管被烧坏。，应选择最高反向电压大于v2的二极管。

3.2 滤波电路的设计。

滤波原理：交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性，将电容与负载rl并联(或将电感与负载rl串联)，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。

图3—2—1

未加电容时输出电压：

图3—2—2

加电容后输出电压：

图3—3—3

电容滤波电路的特点：

a) ul与rlc的关系：rlc 愈大 c放电愈慢 ul(平均值)愈大。

b) 流过二极管瞬时电流很大。

整流管导电时间越短 id的峰值电流越大。

c)输出特性(外特性)

图3—2—4

当rl=∞，即空载是c值一定，时间常数λd=∞,有。

vlo=v2≈1.4 v2

当c=0，无电容时。

vlo=0.9v2

电容滤波电路的负载电压vl与v2的关系为。

vl=（1.1 ~ 1.2）v2

结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的。

场合，3.3稳压电路的设计。

稳压管：w78系列(输出正电压)；w79系列(输出负电压)。

w78系列的基本接线。

图3—3—1

其输出为固定正电压。

若达到设计要求，输出正负固定电压，则需用到w78系列和w79 系列，接线如下图：

图3—3—2

同时输出正负电压。

本次设计要求输出±12v及±5v，则需要用到四片稳压管和7905，分别输出﹢12v、－12v、﹢5v和－5v。

第四章参数确定。

4.1 变压器选择。

电源变压器的效率电源变压器是将220v，50hz交流电压降压后输出到副边。

=p2/p1式4—1）

其中：是变压器副边的功率，是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表4—1所示：

小型变压器的效率。

表4—1因此，当算出了副边功率后，就可以根据上表算出原边功率。

本次设计中取u2=12v,i2=0.5a，变压器副边电压p2≥i2u2=6w，则=10w为留有余地选择12v/20w的变压器。

4.2 滤波电容的参数计算。

电路要求最大输出电流为iomax=500ma，纹波电压△vop-p≤5mv，滤波电容的容量可由下式估算：

c式4—2）

式中δvip-p—稳压器输入端纹波电压的峰-峰值；

t—电容c放电时间，因为输入电源周期t=1/f=1/50hz=0.02s。则t= =0.01s；

ic—电容c放电电流，可取ic=iomax，滤波电容c的耐压值应大于1.4 v2。

稳压系数为：

sr式4—3）

式中，vo=5v 、vi=12v、δvop-p=5mv、sr=0.005

则vi = 2.4v

所以滤波电容c= ic t/δvip-p = iomax t/δvip-p =0.002083f，c的耐压值应大于1.4 v2。

而在实际制作过程中采用2200μf的电容，滤波效果更好。

4.3 稳压器选择。

78××系列和79××系列为固定式三端稳压器，可分别输出正电压和负电压。本次设计要求输出电压为±12v、±5v，因此稳压器我们选择lm7812、lm7805、lm7912、lm7905，对应的输出电压分别为﹢12v、﹢5v、﹣12v、﹣5v。（接线方式已在前说明）

4.4 电阻阻值确定。

采用发光二极管监视电路工作状态，流经二极管电流大小为3 ~ 10 ma,则电阻 r=v/imax

所以输出为±12v电路上限流电阻为r1=12v/10ma=1.2kω

输出为±5v电路上限流电阻为r2=5v/10ma=500ω,使用标称值470ω。

第五章电路**。

5.1 绘制电路图。

用**软件multisim绘制半导体直流稳压电源电路如下图：

5.2 **结果及其分析。

可知按技术指标要求确定的元件参数，对电路进行**后，可得到±12v及±5v的输出电压，但存在较小的误差。

第六章电路连接及测试。

6.1 pcb图。

1、在protel软件上画出设计图，并导入布线。

2、转印、腐蚀在印制板上，焊接相应元器件。

6.2 性能指标及测试方法。

6.2.1 纹波电压。

叠加在输出电压vo上的交流分量，一般为mv级。可将其放大后，用示波器观测其峰-峰值δvo p-p；

6.3 电路焊接。

将pcb图打印、腐蚀在印制板上，打孔后进行焊接。

焊接注意事项：

1、焊接极性电容时根据pcb图注意电容的正负端；

2、发光二极管阴极接低电位端；

3、焊接时两焊脚之间注意不要接在一起，以免造成短路；

4、避免虚焊，否则导致元器件没有接入电路中。

半导体直流稳压电源实物图如下：

6.4 电路测试及结果分析。

使用万用表分别测试输出电压，检查结果是否满足条件，与理论值相比较，计算相对误差，并进行误差分析。

测量结果：1、稳压管lm7812输出电压为。

v1测= 13.68 v

v1理= 12 v

相对误差为。

2、稳压管lm7912输出电压为。

v1测= -13.68 v

v1理= -12 v

相对误差为。

3、稳压管lm7805输出电压为。

v1测= 5.02 v

v1理= 5 v

相对误差为。

4、稳压管lm7905输出电压为。

v1测= -5.02 v

v1理= -5 v

相对误差为。

误差原因分析：由于元器件本身存在内阻，及焊接过程中元件受热时间过长等，造成输出电压产生一定的误差。

结束语。通过这次课程设计，我总结出了如下几条心得体会：

1)扩大了学生知识面，提高了学生的获取知识的能力和解决问题的能力。

(2)提高了学生实际工作能力。以应用型人才的培养为主导方向，其毕业去向则大都为生产、设计、建设、管理等一线岗位，专业实践能力的培养与形成成为电信学院教学工作的核心任务，这就奠定了实践教学在电子、通信专业教育教学中的重要地位。这种实践不仅是理论与实践层面的实践，而且是与社会生活与生产加工对应的实践体验。

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