Diseño de productos electrónicos de fuente de alimentación regulada por CC.

1.1 Título del proyecto: Fuente de alimentación estabilizada en CC en serie

1.2 Propósito y requisitos del diseño: Diseñar y fabricar una fuente de alimentación estabilizada en CC en serie, utilizando transistores y amplificador operacional integrado. resistencias y resistencias, condensador.

Indicadores: 1. Voltaje de entrada: CA 220 V, 50 Hz

2. Voltaje de salida: voltaje CC inferior a 9 V

3. Corriente de salida: corriente máxima; 1A;

4. Circuito de protección: protección contra sobrecorriente, protección contra cortocircuitos.

2. Plan general del sistema

Figura 1 Diagrama de circuito general del sistema

3. Introducción a cada módulo funcional (descripción de funciones)

3.1 Introducción a los principales dispositivos originales

(1) Diseño y selección de transformadores

Los requisitos de diseño de este curso son para generar 3V-6V, 6V-9V, 9V -Fuente de alimentación regulada de 12 V. El voltaje es bajo. Generalmente, la caída de voltaje del tubo saturado del tubo de ajuste es de aproximadamente 2-3 voltios, es la caída de voltaje del tubo saturado, = 12 V es el voltaje de salida máximo, =. 3 V es el voltaje de entrada mínimo y se calcula en función de la caída de voltaje del tubo saturado = 3 V. Para que el tubo de ajuste funcione en el área de amplificación, el voltaje de entrada mínimo no puede ser inferior a 15 V. Elija un transformador de 220 V-15 V. De P = UI, podemos saber que la potencia del transformador debe ser 1 A × 15 V = 15 w, por lo que la potencia del transformador no debe ser inferior a 15 w ya que el calor generado por la potencia regulada en serie. El suministro es relativamente grande y la eficiencia es baja, se debe seleccionar un transformador relativamente grande para la potencia del transformador. Según los modelos de transformadores comunes en el mercado, puede elegir un transformador con un rango de transformador común de 220 V-15 V, una potencia nominal de 20 W y una corriente nominal de 2 A.

(2) Diseño del circuito rectificador y selección de diodos rectificadores

Dado que la corriente de salida máxima solo requiere 1 A y la corriente es relativamente pequeña, se puede seleccionar el tipo de puente monofásico común para el diseño del circuito rectificador. El circuito rectificador consta de cuatro diodos en serie-paralelo. El circuito específico se muestra en la Figura 3.

Figura 2 Circuito puente rectificador monofásico

Selección de diodo: cuando se ignoran el voltaje de conducción y la caída de voltaje de conducción del diodo y la carga es una carga puramente resistiva, podemos Se obtiene la tensión media del diodo:

= = = 0,9

Es decir, el valor efectivo de la tensión alterna secundaria del transformador.

Para la rectificación de onda completa, si el valor efectivo del voltaje de salida de las dos bobinas secundarias es, entonces el voltaje inverso máximo del diodo en el estado de corte será 42,42 V

Teniendo en cuenta la fluctuación de la red eléctrica (normalmente fluctuación 10, tome la fluctuación 30 como seguro), podemos obtener que el voltaje real debe ser superior a 22,1 V, el voltaje inverso máximo debe ser superior a 55,1 V, el voltaje inverso máximo debe ser superior a 22,1 V y el voltaje inverso máximo debe ser superior a 22,1 V. El voltaje inverso máximo debe ser superior a 55,2 V. Cuando la corriente de salida máxima es 1A, se puede seleccionar el diodo IN4007 con una corriente nominal de 2A y una tensión soportada inversa de 1000V.

(3) Selección del condensador de filtro

Si el condensador de filtro es demasiado pequeño, el coeficiente de pulsación de voltaje de salida del filtro será grande; si es demasiado grande, el ángulo de conducción; θ del diodo rectificador será demasiado pequeño y el rectificador aumentará la corriente máxima del tubo. La corriente máxima del rectificador aumentará. No sólo los requisitos para los parámetros del diodo rectificador son altos, sino que también la forma de onda de la corriente rectificada se desvía de la forma de onda del voltaje sinusoidal, causando una distorsión armónica grave y un factor de potencia bajo.

Por lo tanto, el valor del capacitor debe tener un rango. Del cálculo anterior, encontramos que el voltaje de la bobina secundaria del transformador es de 15 V. Cuando la corriente de salida es de 1 A, podemos encontrar que la carga del circuito es de 18 Ω. Puede calcular el capacitor de filtro de acuerdo con la fórmula:

C=(3-5)

Encuentre el rango de valores del capacitor de filtro, es decir, cuando la frecuencia del circuito es de 50 Hz y T es 20 m, la frecuencia del circuito es 50 HZ, T es 20 ms, entonces el rango de valor de capacitancia es 1667-2750 uF Para estar seguros, podemos tomar el valor estándar de 2200 uF para condensadores de solución puntual de aluminio con un voltaje nominal de 35 V. .

Además, debido a factores como la inductancia parásita y la capacitancia parásita que pueden existir en resistencias o circuitos reales, las señales de alta frecuencia se generan fácilmente en el circuito, por lo que se necesita un pequeño condensador cerámico para filtrar. estas señales de alta frecuencia. Podemos elegir un condensador cerámico de 50uF como condensador de filtro de alta frecuencia.

(4) Diseño del circuito estabilizador de voltaje

El grupo de circuitos estabilizadores de voltaje debe estar compuesto de cuatro partes: tubo de ajuste, circuito estabilizador de voltaje de referencia, circuito amplificador de comparación y circuito de muestreo. Cuando el voltaje de salida del circuito de muestreo aumenta (disminuye), el circuito de muestreo envía este cambio al terminal de entrada inversor de A y luego lo compara con el terminal de entrada no inversor para amplificar el voltaje de salida del amplificador operacional. es decir, el potencial de base del tubo de ajuste disminuye (aumenta) dado que el circuito adopta la forma de salida de emisor, el voltaje de salida debe disminuir (aumentar), estabilizando así el voltaje de salida. Dado que la corriente de salida es grande, hasta 1 A, para evitar que una corriente excesiva queme el tubo de ajuste, se debe seleccionar un triodo con potencia media o grande. La corriente de ruptura del tubo de ajuste debe ser superior a 1 A, y desde entonces. la caída de voltaje máxima del tubo soportada por el triodo CE debe ser mayor que 15-6 = 9 V. Teniendo en cuenta la fluctuación de la red eléctrica del 30%, la caída de voltaje máxima que nuestro tubo de ajuste puede soportar debe ser mayor que 13 V. Puede elegir adaptarse a estos parámetros es de 60 W. La corriente máxima supera los 6 A. El tubo de ajuste La caída de voltaje máxima que puede soportar es de 100 V. El circuito de referencia consta de un regulador de 3V y una resistencia de protección de 10KΩ. Dado que los requisitos de voltaje de salida son 3V-6V, 6V-9V y 9V-12V, la resistencia de muestreo del circuito de muestreo debe ser ajustable. En este momento, el circuito de muestreo consta de una resistencia y tres resistencias ajustables, de acuerdo con la fórmula:

Puedes conseguirlo. La resistencia en el terminal de entrada es la resistencia entre el terminal de salida y tierra, y es el valor de estabilización de voltaje del tubo regulador de voltaje.... Por lo tanto, de acuerdo con esta fórmula, se puede encontrar que el voltaje de salida del circuito es 3V-12V. Puede generar un voltaje de 3 V-12 V. El voltaje de funcionamiento del amplificador operacional es de alrededor de 15 V, lo que no requiere una estabilidad de voltaje muy alta. Dado que el voltaje de funcionamiento del AD704JN es de más o menos 12 V, más o menos 22 V, el rango es. grande y puede usarse como amplificador operacional Cuando se usa un amplificador, debido a que la fluctuación de voltaje después de la rectificación no es muy grande, el amplificador operacional puede usar la fuente de alimentación de trabajo del amplificador operacional para alimentarlo con el voltaje rectificado. Para hacer que el voltaje de salida sea más estable y la ondulación de salida sea más pequeña, es necesario filtrar la salida. Se puede conectar un condensador de 5 uf al extremo de salida para que la carga no altere fácilmente la fuente de alimentación. Mejore las propiedades de la fuente de alimentación y el voltaje sea más estable,

3.2 Principio de funcionamiento

1. Principio del circuito: el circuito consta de cuatro partes: transformador de potencia, rectificador, filtro y circuito estabilizador de voltaje. El diagrama esquemático se muestra a la izquierda. Después de que el transformador de potencia reduce el voltaje de CA (220 V, 50 Hz) suministrado por la red eléctrica, se obtiene el voltaje de CA u2 que satisface las necesidades del circuito y luego se convierte en un voltaje de pulso u3 con dirección y tiempo constantes. magnitud variable a través del circuito rectificador, y luego la CA se filtra mediante un componente de filtro, lo que da como resultado un voltaje de CC relativamente plano ui. Finalmente, se utiliza un circuito estabilizador de voltaje para garantizar una salida de voltaje CC estable.

2. Diagrama de bloques del principio del circuito:

3. Descripción del principio:

(1) El circuito rectificador de puente monofásico puede convertir corriente alterna monofásica en corriente continua

(2) La pulsación de voltaje después de la rectificación es grande y el componente de CA debe filtrarse a un voltaje de CC más pequeño para el suministro de energía

(3) El filtrado; El voltaje de salida es fácil de cambiar con las fluctuaciones debido a los cambios en el voltaje de la red y la carga. (

(3) El voltaje de salida filtrado es fácil de fluctuar con los cambios en el voltaje de la red y la carga, lo que no favorece el funcionamiento estable del equipo;

(4) El voltaje de salida estabilizado no cambiará con los cambios en la red eléctrica y la carga, lo que mejora la estabilidad y confiabilidad del equipo y garantiza el uso normal del equipo;

(5) Respecto a la conversión de salida voltaje entre diferentes niveles, puede configurar el voltaje del regulador de voltaje al voltaje estándar y luego realizar la conversión. El voltaje se establece en el voltaje estándar y luego se convierte el ajuste de voltaje entre los engranajes se puede ajustar ajustando el potenciómetro. ajustando así el voltaje de salida.

3.3 Selección del esquema del circuito estabilizador de voltaje

Opción 1: Este esquema utiliza el voltaje del tubo estabilizador de voltaje D1 como voltaje de referencia del transistor Q1. Se introduce un voltaje de retroalimentación negativa en el circuito cuando el voltaje de la red fluctúa, R2. Cuando el cambio de voltaje en ambos extremos aumenta (disminuye), el potencial del emisor del transistor aumentará (disminuirá), mientras que el voltaje en un extremo del tubo Zener. permanece básicamente sin cambios, por lo que el potencial de base permanece sin cambios, por lo que puede disminuir (aumentar) y el potencial de base disminuirá (disminuirá). Se puede ver que debido a la disminución (aumento) de la corriente de base y el emisor. corriente, el voltaje a través de R disminuye (aumenta), logrando así estabilidad. La parte de la fuente de alimentación negativa es simétrica con la parte de la fuente de alimentación positiva, y el principio es el mismo.

Figura 3 Parte del circuito de estabilización de voltaje <. /p>

Esquema 2: La parte del circuito de estabilización de voltaje del esquema se muestra en la Figura 2. Como se muestra, la parte estabilizadora de voltaje consta de un tubo regulador (un tubo compuesto compuesto por Q1 y Q2), un circuito comparador (amplificador operacional integrado U2A), un circuito de voltaje de referencia (tubo estabilizador de voltaje D1 BZV55-B3V0) y un circuito de muestreo (el circuito de muestreo está compuesto por R2, R3, R4, R5) El circuito de muestreo está compuesto por R2, R3, R4, R5 Cuando el voltaje de salida del circuito de muestreo aumenta (disminuye), el circuito de muestreo envía este cambio al terminal de entrada inversor de A, y luego con el extremo de entrada no inversor se compara y amplifica, y el voltaje de salida. del amplificador operacional, es decir, el potencial de base del tubo de ajuste, disminuye (aumenta) dado que el circuito adopta la forma de salida de emisor, el voltaje de salida debe disminuir (aumentar), haciendo así que el voltaje de salida tienda a ser estable;

Figura 4

Al comparar las dos soluciones anteriores, podemos encontrar que la primera solución es una fuente de alimentación regulada lineal, que utiliza un tubo regulador de voltaje básico, pero solo un tubo de ajuste básico. El voltaje de salida no es ajustable y la corriente de salida no es grande. La segunda solución utiliza un amplificador operacional integrado y un tubo de ajuste como circuito estabilizador de voltaje. El voltaje de salida se puede ajustar entre 3-6V, 6-9V y. 9-12 V a través del interruptor J1. El voltaje de salida se puede estabilizar entre 3-6 V, 6-9 V, 9-12 V a través del interruptor J1. La potencia también es mayor y el efecto de estabilización es mejor que la primera solución. Se elige la opción para el diseño de este curso

3.4 Lista de Componentes

Nombre, etiqueta, modelo y especificación cantidad

1 transformador 220V-9V

Condensador polar 200uF 1 pieza

Condensador ordinario 0,01 uF 1 pieza

0,33 uF 1 pieza

Resistencia 30 piezas 1 pieza

510 2.

620Ω 1 pieza

1k 1 pieza

1,5k 1 pieza

2,7k 1pc

Resistencia variable 200 1ud

1k 1ud

Regulador de tensión IN4735 1ud

Puente rectificador de diodo 2N4922 1ud

Transistor de protección 3DG6 2

3DG12 1

4. Prueba funcional

1. Diagrama de simulación

2. Resultados de la simulación

Salida de tensión CC El La forma de onda se muestra en la Figura 8:

(Resultado de la simulación uno) Rpa=30℅, Rpb=30℅;

(Resultado de la simulación dos) Rpa=30℅, Rpb=30℅ ;

(Resultado de la simulación tres) Rpa=30℅, Rpb=30℅;

(Resultado de la simulación de a) Rpa = 30 ℅, Rpb = 30 ℅;

(Resultados de simulación de a) Rpa = 30 ℅, Rpb = 65 ℅;

Referencia:

"Fundamentos de la tecnología electrónica analógica" (Cuarta edición)

"Tutorial práctico sobre tecnología electrónica", editado por Weng Feibing y Chen Dixiang

"Experimentos electrónicos y práctica electrónica", editado por Liu Ronglin

5. Tener un conocimiento profundo de la teoría de procesos. Incluyendo las habilidades de soldadura de componentes comunes y componentes de circuitos, el diseño y producción de diagramas de placas de circuito impreso, el principio de funcionamiento de fuentes de alimentación reguladas, etc. Este conocimiento no sólo es eficaz en el aula, sino que también tiene importancia práctica en la vida diaria. También es un buen ejercicio para mi capacidad práctica. Durante las prácticas, desarrollé mis habilidades prácticas y mejoré mi capacidad para resolver problemas. Esta pasantía también cultivó mi capacidad para integrar la teoría con la práctica, mejoró mi capacidad para analizar y resolver problemas y mejoró mi capacidad para trabajar de forma independiente. Lo más importante es que he ganado mucho. Básicamente domino la tecnología de soldadura manual y puedo completar de forma independiente la instalación y soldadura de productos electrónicos simples. Básicamente estoy familiarizado con el proceso de instalación y el proceso de producción de productos electrónicos, y entiendo el proceso. métodos de soldadura, depuración y mantenimiento de productos electrónicos; en segundo lugar, me familiaricé con el uso del software relacionado EWB y AD6 y adquirí competencia en el uso de multímetros comunes. Lo más importante es que estoy familiarizado con las categorías, modelos, especificaciones, rendimiento y alcance de uso de los dispositivos electrónicos de uso común, y puedo buscar información y consultar libros sobre dispositivos electrónicos relevantes.

También en este diseño, también encontré muchos problemas, pero afortunadamente, al final los resolví uno por uno. Cuando nos encontramos con un problema que no entendemos, es particularmente importante utilizar los recursos de Internet y la biblioteca para buscar y encontrar la información que necesitamos y discutir con los compañeros de equipo. Entiendo la importancia del trabajo en equipo. Esta producción también nos hizo sentir que la tecnología electrónica que aprendimos es solo una pequeña parte del conocimiento y que necesitamos más tiempo para aprender conocimientos relevantes de forma independiente.

Finalmente, me gustaría agradecer a nuestros profesores Deng Peng y Yuan Hydro.