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其中,R1为固定电阻,故调节R2可以调节输出电压UO,并且UO的最小值为1.25 V。
电压补偿电路的设计。因要求输出电压从0 V起调,LM317集成稳压器不能直接满足要求,需设计一个电压补偿电路,抵消LM317的1.25 V最小输出电压。电压补偿电路由电阻R4和二极管D组成。
式中,U3为LM317的3脚电压;UO为输出电压;UD为二极管D的正向压降,即为补偿电压,其值略大于LM317的基准电压(1.25 V)。这里用3只串联的锗材料整流二极管的导通压降来实现。当调节R2少,使U3达到与UD相等时,输出电压即为0 V。之后,当调节R2逐渐增大时,UO即由0 V开始增大。由于负载电流流过D,故D的最大工作电流应能适应负载电流的要求。图5中R4用于给D提供工作电流。
软启动电路由晶体管T,电阻R3,R和电容器C组成。其作用是使电路输出电压UO有一个缓慢的上升过程,以适应感性负载(如直流电机)的启动特性。当输入电压UI接入时,因C上的电压不能突变,故T因基极电位较高而饱和导
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通,使U2(LM317的2脚电位)和U3都很低,故UO很小,随着C的充电,T的基极电位下降,其集电极电位(即U2)升高,使U3升高(因U32为一稳定电压),所以UO也升高。当C充满电时,T被截止,启动电路失去作用,UO也达到设定值。启动的时间可以通过改变C和R的值进行调整。
器件参数确定:
(1)集成稳压器:LM317、LM337 (1.2~37V可调满足要求) (2)变压器:双15V,30W
UO=0~±12V,但是LM317的可调范围是1.2~37V。因此没有修正之前稳压电源的输出UO=1.25~±13.25V。
Uomax?(Ui?Uo)min?Ui?Uomin?(Ui?Uo)max 13.25+3V≤Ui≤1.25+40V 16.25V≤Ui≤41.25V
U2≥Uimin/1.1=16.25/1.1=14.8V,取15V I2≥Iomax=0.5A,P2≥U2*I2=15*0.5=7.5W
由表3.5.1可知?=0.6,因此P1≥2*P2/0.6=25W,为留有余地,一般功率选30W。
(3)整流二极管:1N4001(URM=50V,IF=1A)满足要求
反向击穿电压URM>2U2=2*15=21.21V,额定工作电压IF>Iomax=0.5A (4)滤波电容:
?UoSv?Uo?UiUiIo?常数T?常数 一般地,稳压系数为Sv≤3*10-3,
式中,Uo=13.25V,Ui=16.25V,Uopp=5mV,
?Uopp*Ui0.005*16.25?Ui???2.044V?3Uo*Sv13.25*3*10则
C?
Ic*tIomax*t0.5*0.01???2446?F?Ui?Ui2.044滤波电容,所以取两个电容并联,一个
2200?F,一个470?F。
(5)R1,Rp1:R1=120~240?;由Uo=1.25(1+RP1/R1),得RP1=(Uo/1.25-1)R1.可以根据Uomax和Uomin求出RP1max和RP1min从而根据RP1max选择RP1的大小。
假定R1=240?,由于UO=1.25~±13.25V,则由RP1=(Uo/1.25-1)R1得RP1min=0?,RP1max=2304?,则RP1为2.5K?精密线绕可调电位器。
4.仿真图
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5.调试过程
(一)调整电路得到符合要求的输出电压值 1.变压器部分调试
调节、测量变压器的输入电压(电源电压)为220V。
方法:万用表交流电压250V档,在调试桌的电源上测量,可不考虑红黑表笔 测量变压器的输出电压为18V
方法:万用表交流电压25V档,在变压器输出端测量,可不考虑红黑表笔
2.整流滤波部分调试
测量整流滤波电路的输出电压为 2?18?25V方法:万用表直流电压50V档,测量C1两脚间的电压,注意区分红黑表笔(可看电容极性)。
3.稳压电压调试
电路空载下,调节电阻RP1,使输出电压为12V
方法:万用表直流电压25V档,测量输出端的电压,注意区分红黑表笔。
(二)性能参数的调试
1. 装配质量检测
对照电原理图和元器件表认真检查所用元器件的规格、型号有无装配错误,如果有错,应及时改正。
对照安装图,检查印制线路板的装配质量。重点检查有无短路、搭焊、漏焊、虚焊或假焊,电容C1有无接反用Ω×1K挡测C1两端电阻,应大于220KΩ(红表笔接负端,黑表笔正端),测V6的C极对地电阻,应大于几十千欧(红表笔接负端,黑表笔正端)。 2. 接线通电
接线,要求:变压器的次级引线的一端接到稳压电路的VD1的负极或VD4的正极,另一端接到VD3的负极或VD2的正极接线结束后,再接通220V电源。 3. 测可调输出电压范
要求:输出电压可调范围Umax~Umin=-15V~+15V。 方法:通数字万用表DC200V挡测输出端电压。
步骤:侧输出端电压(红表笔接至C5的正极或接大功率管的E极,黑表笔接地端),调节电位器RP1顺时针到底和逆时针到底时的输出电压范围Umax~Umin。 4.测纹波电压U纹
接通电源,调节调压器,使输入电压为220V 调节RP1,空载输出电压U0=12±0.2V保持不变
接上负载电阻RL,使输出电流I0=1A(电流表指示)
将晶体管毫伏表接至稳压电源的输出端(红夹子接“+”端,黑夹子接“地”端) 直接读出晶体管毫伏表的纹波电压值U5。 5. 最大输出电流
接通电源,输入电压220V,调节RP1,使空载输出电压U0=12V±0.02V不变
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调节负载电阻RL,使输出电流I0=1A,测量输出电压U0是否是U0=12V±0.12V(电流调整率为1%)
逐渐减小负载电阻RL的值,使I0增大到1.2V,同时U0是否下降,如果不下降或输出电压在U0=12V±0.12V范围内,说明最大输出电流能达到1.2A的要求 继续减小负载电阻R1的值,使I0继续增大,同时监测U0是否下降,如果不下降,如果不下降或输出电压在U0=12V±0.12V的范围,此时的I为最大输出电流I最大,对照指标要求进行分析。
6.课程设计心得体会
因为之前模电的实验考试做的是直流稳压电源,所以觉得会很简单,而实际做起来发现并非想象中的那么简单。实验也不知道失败了多少次,但最终还是有所成功的。现在觉得,作设计就应该有种踏实的态度,简单也好,难做也罢,只要我们静下心来投入到其中,也就成功了一半。而自己掌握的比较差,但我仔细看了看课本,所以在设计此次电源时,我脑海中就有了最初的单元电路,翻模电课本在结合自己的设计之后我完成了自己的设计,但是在做仿真的时候,本来想先熟悉一下EWB用它来做仿真的,但是掌握了EWB的基本用法之后,发现其元件库所含元件太少,尤其是其中没有LM317,集成稳压器很难找到,所以我又改用了Multisim10来做仿真,但是,由于时间仓促,而且完全不熟悉这个仿真软件,所以结果并不是很理想。但是,通过本次设计,懂得了制作过程中电路处理的方法,并了解了直流稳压电源的系统方案论证与选择和各模块方案设计与论证,让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标,也让我们认识到在此次设计电路中所在的问题;而通过不断的努力去解决这些问题。
通过此次设计,我深刻的体会到只有在实践中才能检验自己掌握知识的程度,在设计过程中我查看了一些参考书目本次设计的不足在与虽然原理清楚了,但对于实际电路,不只是仅有那点知识和原理就够的。
通过此次设计,也培养了我们的专业学习能力。通过对所设计电路的仿真,我们掌握了一些基本的使用专业软件的能力,为我们以后的专业学习打下基础。 但是,由于设计是安排在期末考试左右,又是第一次做课程设计,因而在时间上产生了一定的冲突,很多问题来不及细细思考,只是依葫芦画瓢的做,在作报告时花了很多不时间,值得我们在下一次的课程设计中好好改进,对文档的处理能更加熟练,对报告论文的形式更加有把握,内容更加充实完善。
7 参考文献
童诗白.《模拟电子技术基础(第二版)》.北京:高等教育出版社,1988 谢自美.《电子线路设计、实验、测试(第二版)》.武汉:华中科技大学出版社,2000
康华光.《电子技术基础 模拟部分(第四版)》. 武汉:华中科技大学出版社,1998