模电课设---FV转换电路设计与实现.docx

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1、第一部分 自制直流电源：AC220VDC12V15页.第二部分 线性FV转换电路的设计与实现第一章 设计背景与要求.设计要求第二章 系统概述.2.1 设计思想与方案选择.2.2 各功能块的组成.2.3 工作原理.第三章 单元电路设计与分析.3.1 各单元电路的选择.3.2 设计及工作原理分析.第四章 电路的组够与调试.4.1 遇到的主要问题.4.2 现象记录及原因分析.4.3 解决措施及效果4.4 功能的测试方法、步骤.第五章 结束语.5.1 对设计题目的结论性意见及进一步改进的意向说明.5.2 总结设计的收获与体会.第六章 仪器、仪表、元器件介绍附图（电路总图及各个模块详图）.参考文献第一部

2、分 自制直流电源：AC220VDC12V一、设计背景：直流稳压电源广泛应用于各种电子产品,不同的电路对电源的要求是不同的。在很多电子设备和电路中需要一种当电网电压波动或负载发生变化时，输出电压仍能基本保持不变的电源。电子设备中的电源一般由交流电网提供，再经变压、整流、滤 波、和稳压四个主要部分构成。本设计的主要内容是围绕着如何使串联可调直流稳 压电源输出直流电压稳定、脉动成分减小而展开的。首先介绍了稳压电源的设计方 法，接着介绍了电容滤波电路的性能特点，然后介绍了各单元电路设计仿真，并在 电路中采用了提高稳定度，提高温度稳定性及限流型过流保护电路的具体措施，以确保电路安全稳定的工作。二、设计要

3、求：设计直流电源：AC220VDC12V。三、设计原理：直流电源的基本组成变压器：将220V的电网电压转化成所需要的交流电压。整流电路：利用二极管的单向导电性，将正负交替的交流电压变换成单一方向的直流脉动电压。整流电路的任务是将交流电变换为直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。管D1D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。源电压波形：整流后波形：由上面的电路图，可以得出输出电压平均值： ，由此可以得即可选择整流器的原则：流过二极管的的平均电流:ID=1/2*IL，在此实验设计中IL的大小大约为1A，反向电压的最大值：Urm=U2。选择二极管时为

4、了安全起见，选择二极管的最大整流电路IDF应大于流过二极管的平均电流ID即0.5A，二极管的反向峰值电压Urm应大于电路中实际承受最大反向电压的一倍。实验中我们采用的是1B4B42封装好的单相桥式电路。滤波电路：将脉动电压中的文波成分滤掉，使输出为比较平滑的直流电压。交流电经整流电路后可变为脉动直流电，但其中含有较大的交流分量，为使设备上用纯净的交流电，还必须用滤波电路滤除脉动电压中的交流成分。常见的滤波电路有：电容滤波电路、电感滤波电路、电感电容滤波电路以及P型滤波电路。在此电路中，由于电容滤波电路电路较为简单、且能得到较好的效果，故选用此电路。 滤波电容一般选几十至几千微法的电解电容， 由

5、于 ，故选4200uF/25V的电解电容。 滤波电路如下图所示：滤波后的电压：输出直流电压UL与U2的关系：UL= (1.11.2)U2变压器副边电流有效值： I2=（1.52）IL稳压电路：使输出的电压保持稳定。四、参数计算：1）整流电路参数：输出电压平均值：输出电流平均值：平均整流电流：最大反向电压：整流二极管的选择（考虑电网%波动）：2）滤波电路参数二极管导通角：滤波电容的选择：一般选择几十至几千微法的电解电容，耐压值应大于。3）实际计算过程（1）要使W7812正常工作，必须保证输入与输出之间维持大于2V的压降，因此W7812输入端直流电压必须保证在14V以上。W7812输入端的电流是许

6、对变压器副边输出电压U2(t)整流、滤波后得到的。假设整流电路内阻为0，负载电流为0，W7812输入端有最大电压U=1.414Uef，Uef是U2(t)的有效值。由于滤波电容不可能无限大，所以U0,二极管导通,uo=0；uiu时，uo=+Uo(sat)；u+u时，uo=Uo(sat)输出只有两种可能,+Uo(sat)或Uo(sat)施密特触发器（555）目的是将前级正弦信号整形为矩形波信号，为产生下跳变窄脉冲做准备。施密特触发器的输入电压要求为2/3VccUcVcc，即为8V12V。信号输入后，就可输出周期性的方波。555定时器结构：1）分压器：由三个等值电阻构成；2）比较器：由电压比较器C1

7、和C2构成；3）R-S触发器；4）放电开关管T。555定时器的具体结构如下图所示：555定时器的芯片引脚图如下图所示：555定时器构成的施密特电路：触发条件：微分电路：由RC构成的微分电路目的是将前级的矩形波信号转换为下跳变窄脉冲，触发后级电路。同时，为了得到触发窄脉冲，可在RC微分电路后面增加三极管构成的反相器。单稳态触发器该单稳态触发器是由施密特触发器（即555）构成，目的是在下跳变窄脉冲作用下得到宽度一定的正脉冲。其原理图及波形图如下：R：几百几兆；C：几百pf几百uf；tw：2040us若想使输出信号更稳定，则可在外围电路中加入稳压措施，如PNP三极管。滤波电路二阶RC低通滤波器电路的

8、目的是滤除高频分量，获得直流信号。其原理图如下：若想降低输出信号的纹波噪声，则可改变电阻的取值，即改变时间常数。tw=RC。同相比例运算电路目的是放大直流电压信号。原理图如下：为了使输入信号频率为0-10kHz时，输出电压为0-10V，则要在第五级输出端接分压电路。第三章 单元电路设计与分析1）输入信号：输入信号由函数发生器产生，峰峰值为20mv，频率为010KHZ，该设计选用的是正弦波，波形如图所示：2）放大电路：仿真电路图如下：输出波形如图所示：（放大后的峰峰值为8.4808V）具体计算：此模块的原理图如下：由上图可得：Av=Av1*Av2在我的仿真电路中：R0=9.1K，R1=24K，R

9、2=1K，R3=68K；所以Av=426.68。3）波形转换电路：具体方针电路图如下：仿真波形如下图：其中：2千欧的电阻与二极管组成的模块的作用是滤除负极性信号；588欧的电阻的计算公式为：。4）微分电路仿真电路如下：仿真波形：（下跳变窄脉冲信号）5）单稳态电路：仿真电路图如下：仿真波形如下图：脉宽tw=28.932us单稳触发器是在输入信号激励下，产生脉冲宽度恒定的输出信号。555构成的单稳触发器，外部激励从出发端TRI(2脚)输入，阈值输入THR(6脚)和放电管的集电极开路输出端DIS(7脚)相连，并接到电容C即电阻R。Ui=V TRI , U C=V TRI=V DIS。单稳的工作原理：

10、稳态时，Ui为高电平Vcc。Uc受放电管VT1控制。如果555定时器输出高电平，VT1截止，电容充电将使Uc上升至Vref1,输出将变成低电平。所以稳态时输出的高电平不可能保持。如果555定时器输出低电平，VT1导通，将Uc锁定在低电平0.3V，由于Ui为高电平，该状态能保持。所以由555定时器构成的单稳触发器在稳定时输出U0为低电平，电容电压Uc保持在0.3V左右。当Ui输入负脉冲是时，TRI端电位低于Vref2;而Uc仍为低电平，THR端小于Vref1,555定时器输出高电平，单稳触发器被触发。U0=“1”，放电管VT1截止，电容开始充电，Uc开始上升，电路进入暂态。当Uc上升到Vref1

11、时，有两种情况。如果此时触发信号已无效，TRI电位（Ui）回到高电平Vcc(大于Vref2),555定时器就被自动复位，U0输出低电平，暂态过程结束。放电管同时导通，电容通过放电管迅速放电，Uc下降，单稳触发器回到稳态。如果此时触发器输入信号仍无效，Ui保持低电平，将出现THR输入大于Vref，TRI输入小于Vref2的情况，此时555定时器的位置功能优先，输出U0保持高电平，电路不能回到稳态。直到Ui为高电平，555定时器才能被复位。这样输出信号的脉冲宽度就受输入信号宽度控制，与电路参数无关。参数计算：在不加PNP管的情况下有：单稳电路输出的高电平宽度（暂态时间）由电容的充电时间常数和Vre

12、f1决定。在单稳电路的暂态过渡过程中，电容充电的初始值为0V，始终为Vcc。但这个过程被终止在电容电压等于Vref1时。Uc(0+)=0V；Uc()=Vcc；Uc(Tpo)=Vref1；t=RC；Tpo=RClnVcc/(Vcc-Vref1)。改变电容充电时间常数RC或555定时器的控制输入电平Vcon（控制Vref1）,都可以调节输出脉冲的宽度Tpo。若不控制Vcon,Vref1=2/3Vcc,则：tw=RCln31.1RC而在加上PNP管的情况下：tw=U5*C/I,I=U（4.7k）/R（4.7k）6）滤波电路：滤波电路的作用在于能够把输入信号的交流部分滤除，留下直流部分。这里的R1阻值

13、在100200o电容的容值选择要偏大些。实际操作过程中对于输出波形的精度调节，可以通过改变滑动变阻器的阻值来调节。仿真电路图如下：仿真波形：1KHz时的纹波噪声为3.4664mv7）直流放大电路：放大倍数Av=1+Rf/R=10，所以令Rf=9千欧，R=1千欧；仿真波形如图所示：第四章 电路的组够与调试遇到的主要问题：（1）第一级的放大电路没有输出。检查电路的连接却没有发现错误，最后拆掉重新连接后却好了，分析可能是器件在面包板内部短路了。（2）放大电路部分，放大后的波形出现失真波形。如图：原因分析：运算放大器的静态工作点没有设好。解决办法：选择合适的电阻及静态工作点，消除失真。（3）脉宽太大，

14、完全不符合要求，经过分析，由tw=U5*C/i，i=U/R，减小R可以减小脉宽，于是将电阻换成更小阻值的，几经更改，脉宽终于达到了设计要求的标准，最后tw=28us。（4）纹波噪声过大，经分析计算，多次调整滤波电路的电阻后1KHz时的纹波噪声降为20mv。实验数据记录：频率（HZ）1K5K10K电压（V）1.0015.0110.00纹波噪声（mV）201KHz处的tw（us）28第五章 总结语此次试验切实的锻炼了我的实际动手能力，并且让我对学过的模电和数电知识有了更加深入的掌握，对EWB软件以及实验室的各个实验器材的运用也更加熟练了。在实验过程中遇到的种种问题锻炼了自己发现问题、分析问题已经解

15、决问题的能力。通过与同学们的分析与讨论，也让我意识到了自己学过的对知识的欠缺之处，同时也加深了我与同学之间相互的了解和我们的友谊。这次设计实验对我们来说都有着重大的意义。希望有后能有更多机会来做这样的实验。第六章 仪器、仪表、元器件介绍示波器：函数发生器：信号发生器：数字万用表：元器件：序号名称型号数量（个）1555定时器22LF35323滑动变阻器010K14电容100uf20.1uf25定值电阻1K89.1K224K268K22K13K14.7K110K16二极管27 稳压管3V18三极管NPN和PNP各1个 附电路总图：参考文献：作者文献名出版单位出版时间童诗白、华成英模拟电子技术基础高等教育出版社2009年12月崔葛瑾 等数字电路及系统设计高等教育出版社2011年6月2012年电子技术试验指导书东华大学2012年