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电气电子电路综合设计
电气电子电路综合设计课程的目的
本课程是在模拟电子技术基础课程的基础上,采用项目设计的形式,介绍电子电路的一
般设计和调试方法,包括方案论证、理论设计、结构设计、计算机辅助设计、焊接安装和调
试等多方面的知识和技能。
本课程选用“函数信号发生器的设计”和“可调直流稳压电源的设计”两个项目,前一
个项目以运算放大器的应用为主,涉及了运算放大器的波形发生电路、波形变换电路和OCL
功率放大电路设计等内容;“可调直流稳压电源的设计”项目是以PWM 脉宽调制原理设计
的BUCK 变换降压型稳压电源,包括TL494 脉宽调制控制集成电路的应用、开关功率器件
的选型和开关功率器件的驱动电路设计等内容。
通过本课程基于项目的实验教学,学生应初步掌握电子电路设计的工作步骤和设计原则,
能灵活应用电路原理和模拟电子技术课程中学到的知识解决实际问题,为以后的专业课程学
习打下良好的基础。
项目一:可调直流稳压电源的设计
一、直流稳压电源概述
在电子仪器和电气设备中,一般都需要稳定的直流电源供电。小功率的直流稳压电源就
是将220V/50Hz 的单相交流电源转换为电压幅值稳定、输出电流为几十安以下的直流电源。
单相交流电源经过变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换为稳定的直流电压,其
方框图和各电路的输出电压波形如下图所示:
电源变压器:将交流电网220V/50Hz 交流电压变成所需的交流电压。电源变压器品种和
结构有很多种,在设计时要按设计要求、安装空间和成本等多种因数考虑。
整流电路:将交流电压转变成脉动的直流电压。整流电路通常有半波整流电路、全波整
流电路、桥式整流电路等,其中以桥式整流较为常见。
滤波电路:将整流所得的脉动直流电(大小发生规律性变化)中的交流成分滤除,常用
的滤波电路有电容滤波、电感滤波及阻容滤波等电路。
稳压电路:滤波后的电压还会随电网电压波动(一般有±10%左右的波动)和随负载和
温度的变化而变化。稳压电路的作用是克服电网电压波动、负载和温度变化时所引起的输出
电压的变化,维持输出直流电压稳定。
直流稳压电源的种类很多,常见的主要有以下三类:
第一类是稳压二极管稳压电源,它的特点是电路结构简单,但功率较小,稳压精度低。
整流、滤波后得到的直流往往会随时间而有些变化。因此,整流后必须加一级稳压电路,
来获得稳定的直流电压。稳压二极管电路如上图所示。稳压管DZ 和负载RL 并联,故称并联
型稳压电路,R 为限流电阻。
第二类是晶体管串联调整式稳压电源,它的主要特点是电路结构比较简单,工作可靠,
功率较大,稳压精度高,无电磁干扰,但效率低。
上图是带有放大环节的串联型稳压电路,工作原理可以参阅模电教课书。
集成稳压器如LM7805 等也属于这一类型,一般用于小功率场合。集成稳压器的特点是
体积小,可靠性高以及温度特性好,而且使用方便、价格便宜。
第三类是开关型稳压电源,它的主要特点是: 效率高,温升低,电路便于集成化,但电
路较复杂,并有高频干扰存在。当负载要求功率较大且效率高时,常采用开关型稳压电源。
开关型稳压电源的结构框图如下所示,工作原理可以参阅模电教课书。
二、可调直流稳压电源技术参数
本项目所设计的直流稳压电源主要技术参数如下:
最大可调输出电压:30V
最大输出电流:1A
电压调整率:≤1%
纹波电压:≤100mV
电源条件:电压AC220V (1±5% ),频率50Hz
三、电源变压器的参数确定
3.1、变压器的种类
常见的电源变压器按照铁心的形状分类有 R 型变压器、CD 型变压器、环型变压器、EI
型变压器、灌封线路板安装变压器等。
3.1.1 R 型变压器
R 型变压器铁芯采用宽窄不一的冷轧钢带卷制成腰圆形,而且截面呈圆形,不用切割即
可绕制。因此,R 型变压器无噪声、漏磁小、空载电流小、铁损低、效率高;并且由于线圈
是圆柱形,每圈的铜线长度短,所以内阻小、铜耗低、温升低、过载波动小,爆发力比环形
变压器好;另外,初、次级线圈采用阻燃PBT 工程塑料制成的骨架分别绕制,从而抗电强度
高,阻燃性好。当然价格也是比较高的。
3.1.2 CD 型变压器
CD
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