目錄

一,、       設(shè)計(jì)任務(wù)目的及要求：··· 3

二、       概  述··· 4

三,、       系 統(tǒng) 方 案··· 5

1     系統(tǒng)原理··· 5

2     系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)··· 5

四,、       調(diào)試··· 17

五,、       總結(jié)··· 18

六、       參考文獻(xiàn)··· 18

參數(shù)

　　1.IF— 最大平均整流電流,。

　　指二極管長(zhǎng)期工作時(shí)允許通過的最大正向平均電流,。該電流由PN結(jié)的結(jié)面積和散熱條件決定。使用時(shí)應(yīng)注意通過二極管的平均電流不能大于此值,，并要滿足散熱條件,。例如1N4000系列二極管的IF為1A。

　　2.VR— 最大反向工作電壓,。

　　指二極管兩端允許施加的最大反向電壓,。若大于此值，則反向電流(IR)劇增,，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，從而引起反向擊穿。通常取反向擊?a href="http://www./">電壓(VB)的一半作為(VR),。例如1N4001的VR為50V,，1N4007的VR為1OOOV

　　3.IR— 反向電流。

　　指二極管未擊穿時(shí)反向電流值,。溫度對(duì)IR的影響很大,。例如1N4000系列二極管在100°C條件IR應(yīng)小于500uA;在25°C時(shí)IR應(yīng)小于5uA。

　　4.VR— 擊穿電壓,。

　　指二極管反向伏安特性曲線急劇彎曲點(diǎn)的電壓值,。反向?yàn)檐浱匦詴r(shí)，則指給定反向漏電流條件下的電壓值,。

(3)·濾波電路的設(shè)計(jì)（李胄敉）

整流電路的輸出電壓雖然是單一方向的,，但是含有較大的交流成分，不能適應(yīng)大多數(shù)電子電路及設(shè)備的需要,。因此,，一般在整流后，還利用濾波電路將脈動(dòng)的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?。最基本的濾波元件是電感,、電容。其濾波原理是：利用這些電抗元件在整流二極管導(dǎo)通期間儲(chǔ)存能量,、在截止期間釋放能量的作用,使輸出電壓變得比較平滑;或從另一角度來看,電容,、電感對(duì)交、直流成分反映出來的阻抗不同,把它們合理地安排在電路中,即可達(dá)到降低交流成分而保留直流成分的目的,體現(xiàn)出濾波作用,。與信號(hào)濾波電路相比,，直流電源濾波電路的特點(diǎn)是：其為無源電路;理想情況下,，濾去所有的交流成分,，而只保留直流成分,；能輸出較大電流。因?yàn)檎鞴芄ぷ髟诜蔷€性狀態(tài)（即導(dǎo)通或截止故而濾波特性的分析方法也不盡相同,。

ⅰ,、電容濾波電路

圖表 2單相橋式半波整流電容濾波電路

電容C并聯(lián)于負(fù)載 RL的兩端,uL＝uC。在沒有并入電容C之前,整流二極管在u2的正半周導(dǎo)通,負(fù)半周截止,輸出電壓uL的波形如圖中紅線所示,。并入電容之后,設(shè)在 ωt=0時(shí)接通電源,則當(dāng)u2由零逐漸增大時(shí),二極管D導(dǎo)通,除有一電流iL流向負(fù)載以外還有一電流iC向電容C充電,充電電壓uC的極性為上正下負(fù),。如忽略二極管的內(nèi)阻,則uC 可充到接近u2的峰值u2m。在u2 達(dá)到最大值以后開始下降,此時(shí)電容器上的電壓uc也將由于放電而逐漸下降,。當(dāng)u2＜uc時(shí),D因反偏而截止,于是C以一定的時(shí)間常數(shù)通過RL 按指數(shù)規(guī)律放電,uc下降,。直到下一個(gè)正半周,當(dāng)u2 ＞uc時(shí),D又導(dǎo)通。如此下去,使輸出電壓的波形如圖中藍(lán)線所示,。顯然比未并電容C前平滑多了,。負(fù)載RL未接入（開關(guān)S斷開），設(shè)電容C兩端的初始電壓為0,，接入交流電源后,，當(dāng)U2正半周時(shí)，U2通過D1﹑D2向電容器C充電,；U2為負(fù)半周時(shí),，經(jīng)D2﹑D4向電容器C充電，充電時(shí)間常數(shù)為

                        Te=Rint

式中Rint包括變壓器二次繞組的直流電阻和二極管D的正向電阻,，由于Rint一般很小,，電容器很快就充電到交流電壓U2的最大值√2U2，由于帶你容器C無放電回路,，故輸出電壓（即電容器C兩端的電壓Uc）保持在√2U2,，輸出為一個(gè)恒定的直流電壓。

接入負(fù)載RL（開關(guān)S合上）,，設(shè)變壓器二次電壓U2從0開始上升（即正半周開始）時(shí)接入負(fù)載RL,，由于電容器在負(fù)載未接入前充了電，故剛接入負(fù)載時(shí)U2<Uc,，二極管受反向電壓作用而截止,，帶你容器C經(jīng)RL放電，放電的時(shí)間常數(shù)為Td=RLC,，因Td一般較大,，故電容兩端的電壓Uc按指數(shù)規(guī)律慢慢下降，其輸出電壓UL=Uc,如圖的ab段所示,，與此同時(shí),，交流電壓U2按正弦規(guī)律上升U2>Uc時(shí)二極管D1﹑D3受正向電壓作用而導(dǎo)通，此時(shí)U2經(jīng)二極管D1﹑D3一方面向負(fù)載RL提供電流，另一方面向電容器C充電,，Uc升高將如圖中的bc段,，圖中bc段上的陰影部分為電路中的電流在整流電路內(nèi)阻Rint上產(chǎn)生的壓降。Uc隨著交流電壓U2升高到最大值√2U2的附近,。然后,，U2又按正弦規(guī)律下降。當(dāng)U2<Uc時(shí),，二極管受反向電壓作用而截止,，電容器C又經(jīng)RL放電，Uc下降,Uc波形如圖中的cd段,。電容器C如此周而復(fù)始地進(jìn)行充放電,，負(fù)載上便得到如圖所示的一個(gè)近似鋸齒波的電壓UL=Uc，使負(fù)載電壓的波動(dòng)大為減小,。電路的電壓﹑電流和紋波電壓Ur波形如圖所示,。

    全波或橋式整流電容濾波的原理與半波整波電容濾波基本相同,濾波波形如圖Z0711 所示。從以上分析可以看出：

    1. 加了電容濾波之后,輸出電壓的直流成分提高了,而脈動(dòng)成分降低了,。這都是由于電容的儲(chǔ)能作用造成的,。電容在二極管導(dǎo)通時(shí)充電（儲(chǔ)能）,截止時(shí)放電（將能量釋放給負(fù)載）,不但使輸出電壓的平均值增大,而且使其變得比較平滑了。

    2．電容的放電時(shí)間常數(shù)（τ＝RLC）愈大,放電愈慢,輸出電壓愈高,脈動(dòng)成分也愈少,即濾波效果愈好,。故一般C取值較大,RL也要求較大,。實(shí)際中常按下式來選取C的值：

RLC≥（3～5＞T（半波） GS0714

RLC≥（3～5）T／2（全波、橋式） GS0715

    3．電容濾波電路中整流二極管的導(dǎo)電時(shí)間縮短了,即導(dǎo)通角小于180°,。而且,放電時(shí)間常數(shù)越大,導(dǎo)通角越小,。因此,整流二極管流過的是一個(gè)很大的沖擊電流,對(duì)管子的壽命不利,選擇二極管時(shí),必須留有較大余量。

（4）,、穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)（劉偉）

雖然整流濾波電路能將正弦交流電壓變換成較為平滑的直流電壓,，但是，一方面,，由于輸出電壓平均值取決于變壓器副邊電壓有效值,，所以當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，輸出電壓平均值將隨之產(chǎn)生相應(yīng)的波動(dòng),；另一方面,，由于整流濾波電路內(nèi)阻的存在，當(dāng)負(fù)載變化時(shí),，內(nèi)阻上的電壓將產(chǎn)生變化,，于是輸出電壓平均值也將隨之產(chǎn)生相反的變化。如負(fù)載電阻減小,，則負(fù)載電流增大,，內(nèi)阻上的電流也就隨之增大,，其電壓降必然增大，輸出電壓平均值必將心相應(yīng)減小,。因此,，整流濾波電路輸出電壓回隨著電網(wǎng)電壓的波動(dòng)而波動(dòng)，歲著負(fù)載電阻的變化而變化,。為了獲得穩(wěn)定性好的直流電壓，必須采取穩(wěn)壓措施,。

而我們對(duì)一個(gè)穩(wěn)壓電路的好壞的判斷的依據(jù)是考察其的穩(wěn)壓特性：即對(duì)任何穩(wěn)壓電路,，⒈設(shè)電網(wǎng)電壓波動(dòng)，研究其輸出電壓是否穩(wěn)定,；⒉設(shè)負(fù)載變化,，研究其輸出電壓是否穩(wěn)定。

下面對(duì)硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路進(jìn)行說明,，其電路如圖：

Ⅰ,、當(dāng)輸入電壓變化時(shí)如何穩(wěn)壓

輸入電壓VI的增加，必然引起VO的增加,，即VZ增加,，從而使IZ增加，IR增加,，使VR增加,，從而使輸出電壓VO減小。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：

  VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO

這里VO減小應(yīng)理解為,，由于輸入電壓VI的增加,，在穩(wěn)壓二極管的調(diào)節(jié)下，使VO的增加沒有那么大而已,。VO還是要增加一點(diǎn)的,，這是一個(gè)有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

Ⅱ,、當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)如何穩(wěn)壓

負(fù)載電流IO的增加,，必然引起IR的增加，即VR增加,，從而使VZ=VO減小,，IZ減小。IZ的減小必然使IR減小,，VR減小,，從而使輸出電壓=VO增加。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：

IO↑→IR↑→VR↑→VZ↓（VO↓）→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑

綜上所敘述,，在穩(wěn)壓二極管所組成的穩(wěn)壓電路中,，利用穩(wěn)壓管所起的電流調(diào)節(jié)作用,，通過限流電阻R上電壓或電流的變化進(jìn)行補(bǔ)償，來達(dá)到穩(wěn)壓的目的,。限流電阻R是必不可少的元件,，它既限制穩(wěn)壓管中的電流使其正常工作，又與穩(wěn)壓管相配合以達(dá)到穩(wěn)壓的目的,。一般情況下,，在電路中如果有穩(wěn)壓管存在，就必然有與之相匹配餓限流電阻,。

3.3. 集成直流穩(wěn)壓穩(wěn)壓電源電路的設(shè)定（楊文武,、李雙華、李胄敉,、劉偉）

課題是設(shè)計(jì)一個(gè)滿足以下要求的直流穩(wěn)壓電源：

⑴已知條件:

集成穩(wěn)壓器CW7812,、CW7912及CW317，其性能參數(shù)請(qǐng)查閱集成穩(wěn)壓器手冊(cè),。

⑵性能指標(biāo)要求 :

ⅰ,、輸出電壓VO=（-12V~+12V）

ⅱ、IOMAX=100MA

2.3.1,、各電路的設(shè)定

㈠,、電源變壓器《楊文武》

電源變壓器電源變壓器的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓U1變換成整流濾波電路所需的交流電壓U2。變壓器副邊與原邊的功率比為

                        P2/P1=n

式中,，n為變壓器的效率,。

    通過比較選擇副邊功率為10～30VA，效率為0.7的變壓器

性能指標(biāo)要求得令副邊電壓為＋16V,，副邊電流I2≥100mA則令其為0.5A所以副邊功率P2≥8W,又n=0.7,所以原邊功率要大于11.4W. 性能指標(biāo)要求得令副邊電壓為＋16V,，復(fù)變電流I2≥300mA,則令其為0.5A，所以復(fù)變功率P2≥8W,又n=0.7,所以元變功率要大于11.4W.

由公式可得輸入電壓Ui的范圍為

        Uomax+(Ui-Uo)min≤Ui≤Uomin+(Ui-Uo)max

             9V+3V≤Ui≤3V+40V

                 12V≤Ui≤43V

副邊電壓U2≥Uimin/1.1=12/1.1V,取U2=11V,，副邊電流I2﹥Iomax=0.8A,，取I2=1A，則變壓器副邊輸出功率P2≥I2U2=11w,。

由變壓器的效率為0.7,，則原邊輸入功率P1≥P2/n=15.7w。

綜合以上三擋的要求選擇功率為20W的電源變壓器,。

調(diào)試：

㈡,、橋式二極管整流電路

整流濾波電路由四個(gè)相同型號(hào)的二極管組成的單向橋式整流電路，將交流電壓U2變成脈動(dòng)的直流電壓,，再經(jīng)濾波電容C濾除紋波,，輸出直流電壓Ui。Ui與交流電壓U2的有效值的關(guān)系為

                   Ui=(1.1～1.2)U2

每只整流二極管承受的最大反向電壓   URM=√2U2

通過每只二極管的平均電流   ID=IR/2=0.45U2/R

選擇1N4001型的二極管

整流二極管D是1N4001型的,，其極限參數(shù)為URM≥50V,IF=1A滿足URM>1.4U2,，IF=Iomax的條件,。（李雙華）

㈢、電容濾波電路的

濾波電容C可由紋波電壓△Uip-p和穩(wěn)壓系數(shù)SV來確定,。

由一擋的指標(biāo)要求得△Ui=△Uop-pUi/UoSv=1.3V

得濾波電容C=Ict/△Ui=Iomaxt/△Ui=750微法,。選擇1000微法的電容即可。

由二擋的指標(biāo)要求得△Ui=△Uop-pUi/UoSv=3.2V

得濾波電容C=Ict/△Ui=Iomaxt/△Ui=937.5微法,。選擇1000微法的電容即可,。

    由三擋的指標(biāo)要求得

已知，UO=9V,，Ui=12V,△Vop-p=5mV,SV=3×10-3,則由式得穩(wěn)壓器的輸入電壓的變化量

                 △Ui=△Uop-pUi/UoSv=2.2V

由式得濾波電容C=Ict/△Ui=Iomaxt/△Ui=1125微法

電容C的耐壓應(yīng)大于√2U2=15.4V,。故取1只2200微法/25V的電容即可。

     綜上可得選擇1只2200微法/25V的電容即可,。（李胄敉）

㈣,、集成穩(wěn)壓器

      選擇的可調(diào)式三端穩(wěn)壓器CW317的特性參數(shù)為U0=+1.2V～+37V,Iomax=1.5A,，最小輸入輸出壓差（Ui-UO）min=3V,最大輸入輸出壓差（Ui-UO）max=40V由式UO=1.25(1+RP1/R1),，取R1=240歐姆，UO=+3V～+9V,則RP1min=336歐姆,，RP1max=1490歐姆,，故取RP1為4700歐姆的精密線繞可調(diào)電位器

選擇的CW7812固定式三端穩(wěn)壓器的特性參數(shù)為：輸入電壓Ui=19V，輸出電壓范圍為UO=11.4～12.6V,，最小輸入電壓Uimin=14V,，電壓調(diào)整率為+3mV，最大輸出電流為1A,。

選擇的CW7912固定式三端穩(wěn)壓器的特性參數(shù)為：輸入電壓Ui=－19V,輸出電壓范圍UO=－11.4～－12.6V,，最小輸入電壓為－14V，電壓調(diào)整率為＋3mV,，最大輸出電流為1A

 調(diào)整管T1與負(fù)載電阻RL相串聯(lián),，組成串聯(lián)式穩(wěn)壓電路。T2與穩(wěn)壓管DZ組成采樣比較放大電路,，當(dāng)穩(wěn)壓器的輸出負(fù)載變化時(shí),，輸出電壓U0應(yīng)保持不變，穩(wěn)壓過程如下,。

設(shè)輸出負(fù)載電阻RL變化,，使U0↑，則

                   UB2↑-UC2↓-IB1↓-UCE1↑-U0↓

選擇CW317三端可調(diào)式穩(wěn)壓器,。

一擋的濾波電壓接在一個(gè)運(yùn)放和CW7812的輸入端,，運(yùn)放的輸出接CW7912的輸入端，運(yùn)放的作用是為了獲得反向的電壓,，CW7812輸出＋12V的電壓,，而CW7912輸出的是－12V的電壓,，從而達(dá)到對(duì)稱輸出的目的。

二擋的濾波電壓接在CW7812的輸入端,，其公共端接一個(gè)運(yùn)放,，通過適當(dāng)選取R1和Rf的值將公共端的電壓成為一個(gè)定值，從而使穩(wěn)壓器的輸出與公共端的電壓之差為5V輸出,，從而達(dá)到目的,。

 三擋的濾波電壓接在CW317的輸入端，公共端接一個(gè)滑線變阻器,，通過改變滑線變阻器的阻值來調(diào)節(jié)輸出電壓值,，從而達(dá)到所要求的性能指標(biāo)。1,、集成穩(wěn)壓器：由輸出電壓±15V的設(shè)計(jì)要求,，本方案的穩(wěn)壓電路采用兩個(gè)三端固定穩(wěn)壓器W7812和W7912構(gòu)成集成穩(wěn)壓器。W7800和W7900系列三端式集成穩(wěn)壓器的輸出電壓是固定的,，在使用中不能進(jìn)行調(diào)整,。使用注意，為使調(diào)整管工作在放大區(qū),，應(yīng)使 |UI| – |UO| ³ 2V,，但考慮調(diào)整管功耗，也不宜過大,。地端靜態(tài)電流 IQ= 8 mA ,。

CW7800系列三端式穩(wěn)壓器輸出正極性電壓，一般有5V,、6V,、9V、12V,、15V,、18V 、24V 七個(gè)檔次,，輸出電流最大可達(dá)1.5A（加散熱片）,。若要求負(fù)極性輸出電壓，則可選用W79xx 系列穩(wěn)壓器,。圖2為 W78xx與w79xx系列的外形和接線圖,，有三個(gè)引出端：

　　輸入端（不穩(wěn)定電壓輸入端） 標(biāo)以 “1”

　　輸出端（穩(wěn)定電壓輸出端）   標(biāo)以 “3”                               

公共端                     標(biāo)以 “2”

CW7812的主要參數(shù)有：輸出直流電壓 U0＝＋12V，最大輸出電流 1A,，電壓調(diào)整率 10mV/V,，輸出電阻 R0＝0.15Ω，輸入電壓UI的范圍18～20V ,。因?yàn)橐话鉛I要比 U0大3～5V ,，才能保證集成穩(wěn)壓器工作在線性區(qū),。圖3為W7815和W7912組成的正、負(fù)雙電壓輸出電路,，輸出為±12V,。

表格 3正、負(fù)雙電壓輸出

由式|UI| – |UO|≥2V,，于是取                        U1a=18V                            (1-1)

于是有電源變壓器的副邊上半電壓為：                 U2a=U1a/1.2=18/1.2=15V              (1-2)

7812地端靜態(tài)電流 IQ= 8 mA,，7815最大輸出電流1.5A，整流濾波的輸出電流為: I1=1.508A          （1-3）

于是整流濾波電路的輸出電阻為：                     RL1=U1a/I1=18/1.508=12（歐）      （1-4）

電路圖中兩0.33uF電容用于抵消輸入長(zhǎng)接線的電感效應(yīng),，防止自激,，其容量較小，一般取小于1uF,。兩0.1uF電容用于改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng),，消除高頻噪聲，可取小于1uF,。當(dāng)負(fù)電源輸入斷開時(shí),，三端穩(wěn)壓器輸出將承受對(duì)地反壓。加保護(hù)管后,，D6 正偏導(dǎo)通,，限制反壓為 0.7 V,。同理,，D5保護(hù)正電源。2,、輸出電流擴(kuò)展及保護(hù)電路：由于輸出電流要2A,，但W7815，W7915的最大輸出電流得1.5A,，所以需要加個(gè)輸出電流擴(kuò)展和保護(hù)電路,。

   T1與三端器件內(nèi)部調(diào)整管并聯(lián)，擴(kuò)大輸出電流,，T1選用三極管3AD30,。負(fù)載較輕時(shí)T1截止；當(dāng)負(fù)載電流↑,IR*R↑,，T1導(dǎo)通分流,。T2、Rs構(gòu)成短路保護(hù),， T2在正常時(shí)截止,，過流時(shí)導(dǎo)通，T2選用三極管3AX62,。導(dǎo)通后Ube2↓,，使Ube1↓,，Ic1↓，起到限流的作用,。由于R中流過W7800的空載電流和部分負(fù)載電流,，故其阻值不宜增大，一般約幾歐姆,，這里取R=3歐姆,。其中，3AD30,，鍺PNP大功率管,，50V 4A 20W ，可以用3AD18 3AD50 3AD53等老國(guó)產(chǎn)管替,。3AX62,，鍺PNP三極管，icm-500mA/50v/0.5MHz/hfe50,。       Rs=Ube2/Ic1=Ube2/(Io-Ioxx)=0.3/(2-1.5)=0.6歐 （劉偉）

由上面的設(shè)計(jì)可以得出總電路圖（李雙華,、李胄敉、劉偉,、楊文武）            

(1) 輸出電壓電流測(cè)試  

    輸入電壓由-12V至+12V變化,負(fù)載接3.6KΩ/10W電阻,測(cè)得輸出電壓為+100.11V,輸出電流為:30.7mA.

(2) 電壓調(diào)整率的測(cè)試   空載,輸入電壓由-12V至+12V變化,測(cè)得最大電壓變化為:0.1V.

(3) 負(fù)載調(diào)整率的測(cè)試   輸入電壓+12V,空載,測(cè)得輸出電壓 +100.1V;10KΩ/5W電阻,測(cè)得輸出電壓為: +100.0V.

(4) 紋波電壓測(cè)試   輸入電壓 +9V,接3.6KΩ/10W的電阻,示波置于交流AC/250mV擋,測(cè)得紋波電壓.Vpp≈80mV.

(5) 效率的測(cè)試   輸入電流為:5A,輸入電壓為:11.8V時(shí),測(cè)得輸出電壓為100.08V(3.6KΩ的電阻,電流為:27.8mA),計(jì)算可得出:η=64.3%.

  通過本次設(shè)計(jì),讓我們更進(jìn)一步的了解到直流穩(wěn)壓電源的工作原理以及它的要求和性能指標(biāo).也讓我們認(rèn)識(shí)到在此次設(shè)計(jì)電路中所存在的問題;而通過不斷的努力去解決這些問題.在解決設(shè)計(jì)問題的同時(shí)自己也在其中有所收獲.我們這次設(shè)計(jì)的這個(gè)直流穩(wěn)壓電源電路;

   了電路中的穩(wěn)流部分,至于電路的最后一部分(DC-DC變換部分)我們是采用兩片升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器(MAX770)來實(shí)現(xiàn)了電路中的DC-DC變換部分.本次設(shè)計(jì)在電壓調(diào)整器的電路中,采用了適當(dāng)?shù)穆?lián)接方法,可以實(shí)現(xiàn)電壓”零”伏起調(diào);測(cè)試方法與過程也比較充分,同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了電壓的可調(diào).同時(shí)我們四個(gè)人在設(shè)計(jì)此電路的時(shí)候也付出了不少,我們幾個(gè)分工完成了此電路,雖然電路不是很完善,我們已經(jīng)盡力的去把它給做好了;由于時(shí)間的關(guān)系此電路只有硬件,軟件沒有時(shí)間來完成.