串联型直流稳压电源课程设计

1、17四川航天职业技术学院电子工程系课程设计专业名称:电子信息工程技术班课程名称:模拟电子技术课题名称:串联型直流稳压电源设计人员:指导教师:雒嘉200拜06月20日摘要电子设备中都需要稳定的直流电源，功率较小的直流电源大多数都是将50Hz的交流电经过整流、滤波和稳压后获得。整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分， 使 之成为平滑的直流电压；稳压电路的作用是当输入交流电源电压波动、 负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。电子设备都离不开直流电源。许多电子设备要由电力网上的交流电所变化的直流 电来提供电。根据电子设备的不同，对电源的要求也

2、不一样。比如说，有的电子 设备消耗功率大些，就要求直流电源提供较大的功率；有的电子设备的工作性能 对电压波动很敏感，就要求电源的输出电压要稳定、 纹波系数要小；也有的要求直流电源输出的电压可调。可见，稳定的直流电源在电子设备中的重要作用。【关键词】：整流 滤波 稳压 可调目录第一章性能指标1第二章原理电路和程序设计 12.1方案比较12.2电路框图22.3电路设计及元器件选择 32.3.1变压器的设计和选择32.3.2整流电路的设计及整流二极管的选择 32.3.3滤波电容的选择42.3.4 稳压电路的设计5第三章系统电路总图6第四章 电路的调试及仿真数据 7第五章 元件活单10第六章总结11第

3、一章性能指标设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的申联型直流稳压电源。具体指标如下：1、输出电压6V、9V两档，正负极性输出；2、输出电流：额定电流为150mA,最大电流为500mA;3、纹波电压峰值 Vop-pWmv;第二章原理电路和程序设计2.1方案比较方案一：先对输入电压进行降压，然后用单相桥式二极管对其进行整流， 整 流后利用电容的充放电效应，用电解电容对其进行滤波，将脉动的直流电压变为 更加平滑的直流电压，稳压部分的单元电路由稳压管和三极管组成（如图1）,以稳压管D1电压作为三极管Q1的基准电压，电路引入电压负反馈，当电网电压 波动引起R两端电压的变化增大（减小）时，晶体管发射极电

4、位将随着升高（降 低），而稳压管端的电压基本不变，故基极电位不变，所以由 Ube=Ub-Ue可知Ube将减小（升高）导致基极电流和发射极电流的减小（增大），使得R两端 的电压降低（升高），从而达到稳压的效果。负电源部分与正电源相对称，原理一样图1方案一稳压部分电路方案二：经有中间抽头的变压器输出后，整流部分同方案一一样擦用四个二 极管组成的单相桥式整流电路，整流后的脉动直流接滤波电路，滤波电路由两个 电容组成，先用一个较大阻值的点解电容对其进行低频滤波， 再用一个较低阻值 的陶瓷电容对其进行高频滤波，从而使得滤波后的电压更平滑， 波动更小。滤波 后的电路接接稳压电路，稳压部分的电路如图2所示，

5、方案二的稳压部分由调整 管，比较放大电路，基准电压电路，采样电路组成。当采样电路的输出端电压升 高（降低）时采样电路将这一变化送到 A的反相输入端，然后与同相输入端的电 位进行比较放大，运放的输出电压，即调整管的基极电位降低（升高） ；由丁电 路采用射极输出形式，所以输出电压必然降低（升高），从而使输出电压得到稳 aEo图2方案二稳压部分单元电路对以上两个方案进行比较，可以发发现第一个方案为线性稳压电源，具备基本的稳压效果，但是只是基本的调整管电路，输出电压不可调，而且输出电流不 大，而第二个方案使用 了运放和调整管作为稳压电路，输出电压可调，功率也 较高，可以输出较大的电流。稳定效果也比第一

6、个方案要好，所以选择第二个方 案作为本次课程设计的方案。2.2电路框图整体电路的框架如下图所示，先有22V-15V的变压器对其进行变压，变压后 再对其进行整流，整流后是高低频的滤波电路，最后是由采样电路、比较放大电 路和基准电路三个小的单元电路组成的稳压电路，稳压后为了进一步得到更加稳定的电压，在稳压电路后再对其进行小小的率波，最后得到正负输出的稳压电源。共地端正极输出端负极输出端2.3电路设计及元器件选择：2.3.1变压器的设计和选择本次课程设计的要求是输出正负 9伏和正负6负的双电压电源，输出电压较低，而一般的调整管的饱和管压降在2-3伏左右，由Uce =Umax Uomin ， Uce为

7、饱和管压降，而Umax=9V为输出最大电压，Uomin为最小的输入电压，以饱和管压降 Uce=3伏计算，为了使调整管工作在放大区，输入电压最小不能小于12V,为保险起见，可以选择220V-15V的变压器，再由P=UI可知，变压器的功率应该为 0.5A X 9V=4.5w，所以变压器的功率绝对不能低于4.5w,并且串联稳压电源工作时产生的热量较大，效率不高，所以变压器功率需要选择相对大些的变压器。结合市场上常见的变压器的型号，可以选择常见的变压范围为220V-15V,额定功率12VV额定电流1A的变压器。2.3.2整流电路的设计及整流二极管的选择由于输出电流最大只要求500mA电流比较低，所以整

8、流电路的设计可以选择常见的单相桥式整流电路，由 4个串并联的二极管组成，具体电路如图3所示。图3单相桥式整流电路二极管的选择：当忽略 二极管的开启电压与导通压降，且当负载为纯阻性负载时， 我们可以得到二极管的平均电压为U°（AV）:0（ AV ）.1二.，、2.2U2.U 0（ AV）=0 w'2U2 sin cc>t ,d （切t） =0.9U 23TTE其中U2为变压器次级交流电压的有效值。我们可以求得 Uo（AV） =13.5v。对于全波整流来说，如果两个次级线圈输出电压有效值为U2,则处于截止状态的二极管承受的最大反向电压将是2<2U2,即为34.2v考虑

9、电网波动（通常波动为10% ,为保险起见取30%的波动）我们可以得到Uo（av）应该大于19.3V，最大反向电压应该大于 48.8V。在输出电流最大为 500mA的情况 下我们可以选择额定电流为1A,反向耐压为1000V的二极管IN4007.2.3.3滤波电容的选择当滤波电容Ci偏小时，滤波器输出电压脉动系数大；而Ci偏大时，整流二极管导通角 。偏小，整流管峰值电流增大。不仅对整流二极管参数要求高，另一方面，整流电流 波形与正弦电压波形偏离大，谐波失真严重，功率因数低。所以电容的取值应当有一个范围，由前面的计算我们已33十Cl|032200uF11+C2C4220Ou= 1U4经得出变压器的次

10、级线圈电压为15V,当输出电流为 0.5A时，我们可以求得电路的负载为18欧，我们可 以根据滤波电容的计算公式：T C=（3 5）- 2Rl 来求滤波电容的取值范围，其中在电路频率为50HZ的情况下，T为20ms则电容的取值范围为1667-2750UF，保险起见我们可以取标准值为 2200uF额定电压 为35V的铝点解电容。另外，由丁实际电阻或电路中可能存在寄生电感和寄生电容等因素，电路中极有可能产生高频信号，所以需要一个小的陶瓷电容来滤去这些高频信号。我们可以选择一个104的陶瓷电容来作为高频滤波电容。滤波电路如上图。 2.3.4稳压电路的设计稳压电路组要由四部分构成：调整管，基准稳压电路，

11、比较放大电路，采样 电路。当采样电路的输出端电压升高（降低）时采样电路将这一变化送到A的反 相输入端，然后与同相输入端的电位进行比较放大，运放的输出电压，即调整管的基极电位降低（高）；由丁电路采用射极输出形式，所以输出电压必然降低（升 高），从而使输出电压得到稳定。由丁输出电流较大，达到 500mA为防止电流 过大烧坏调整管，需要选择功率中等或者较大的三极管， 调整管的击穿电流必须 大丁 500mA 乂由丁三极管CE问的承受的最大管压降应该大丁 15-6=9V,考虑到 30%勺电网波动，我们的调整管所能承受的最大管压降应该大丁13V,最小功率应该达到P习l（1.1Ui -U0min ） =6.

12、5W我们可以选择适合这些参数，并且在市场 上容易买到的中功率三极管 TIP41，它的最大功率为60W最大电流超过6A,所 能承受的最大管压降为100V,远远满足调整管的条件。负极的调整管则选择与 之相对应的的中功率三极管 TIP42。基准电路由5.1V的稳压管和4.7V的保护电 阻组成。由丁输出电压要求为6伏和9伏，如果采样电路取固定值则容易造成误 差，所以采样电阻最好应该做成可调的，固采样电路由两个电阻和一个可调电阻 组成，根据公式：RUmax = = UdRd求出。其中Rd为运放正反相输入端的电阻， AR为输出端正极（负极）与共地 端之间的电阻,Ud为稳压管的稳压值。固可以取330、和1.

13、5k的固定电阻置于1k的滑阻两旁避免当滑Rd为0.所以根据此公式可求的电路的输出电压为5.772-9.622V。可以输出6V和9V的电压，运放选用工作电压在 15V左右前对 电压稳定性要求不是很高的运放，由丁 uA741的工作电压为正负12V-正负22V, 范围较大，可以用其作为运放，因为整流后的电压波动不是很大， 所以运放的工 作电源可以利用整流后的电压来对其进行供电。 正稳压电路的正极和负极分别如下图为了使输出电压更稳定，输出纹波更小，需奥对输出端进行再次滤波，可在输出 端接一个10uf的点解电容和一个103的陶瓷电容，这样电源不容易受到负载的 干扰。使得电源的性质更好，电压更稳定，第三章

14、系统电路总图第四章电路的调试及仿真数据正负输出的可调的最大值和最小值电压数据如下图:,窑 Kult iKeter.冈多 lultlatter.1|9.572 V|5 .74 V|-9 5分P|1 v q | 前 | ElF" jlI Jdl1一| i r+ P钿1 rrSet. Ic十<*浦一,1理论值为±5.772V ±9.66V，而实际 的测量值是在 ±5.8V -土 10.45V ,造 成0.89V的可调误差，原因是由于可调 电阻的实际调节范围偏大，导致输出电 压偏大。调节可变电阻，可以得到课程设计所要求输出的6V和9V的电压，仿真数据如下:

15、电路输出直流电的波形图如下图电压的直流电波形为标准的直线，达到设计的要求而实际测量时也是这样，输出波形基本为一条直线:一T1:71m* Ch3iwel_A Channel_B CharmeLC Channel_D219.91$9.572 V -0.569 VSagGKD LScale 110 ms/Div X position |dpTT /ve a>b|TriggerEdge|T 毛&* CLeveloI VChannelScale B g"Y position |Dfic o IFdc"苛np.| Nor.| Ajto匝W电路输出纹纹波电压在2.5mV左右

16、，比要求的5mV要低，而实际测量时，纹波的电压只有0.9mV,远远低丁所要求的5mV,所以符合要求。第五章元件清单名称及标V型号及大小封装形式数量变倘220V-15V无1个二极管IN4007DIODE-0.44个电容电解电容2200UfRB.3/.62个10uFRB.2.42个陶瓷电容104RAD-0.22个103RAD-0.12个电阻4.7KAXIAL-0.32个330AXIAL-0.32个1.5kAXIAL-0.32个可变电阻1kSip32个运放uA741DIP82个稳压管5.1vDIODE-0.42个调整管TIP41TO2202个TIP42TO2201个第六章总结本课程设计运用了模拟电路

17、的基本知识，通过变压，整流，滤波、稳压等步骤，输出理论可变范围为5.772V-9.622V而实际可调范围为5.78V-10.45V的正负 直流稳压电源。总结如下：优点：该电路设计简单。输出电压稳定，纹波值小，而且使用的元件较少， 经济实惠，输出功率大，调整管可承受的范围也很大，。缺点：电压缺少一个保护电路，当电路由丁偶然原因出现高的电压脉冲时， 有可能对电路造成危害，使得电路故障率提高。改进：可以在稳压电路那里再接一个过保护电路电路。减少接电或断电时产生的瞬间高电压对电路元件的破坏。另外，ua741芯片较为古老，性能不稳定， 已跟不上时代的需要所以运放可以重新选择性能更好，更稳定的芯片。心得体会：通过这次课程设计，我对丁模电