串联型稳压电源的设计

1、集成直流稳压电源设计报告 一、计题目 题目：集成直流稳压电源 二、计任务和要求 要求：设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的串联型直流稳压电源。 指标：1 1、输出电压 6V6V、9V9V 两档，正负极性输出； 2 2、 输出电流：额定电流为 150mA150mA 最大电流为 500mA500mA 3 3、 纹波电压峰值 VopVop- -p p 5mv5mv 三、理电路和程序设计： 1 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

2、稳压管和三极管组成（如图 1 1），以稳 压管 D1D1 电压作为三极管Q1Q1 的基准电压，电路引入电压负反馈，当电网电压波动 引起 R R 两端电压的变化增大（减小）时，晶体管发射极电位将随着升高（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 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 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

3、， 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 2 所示，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 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） ；由于电路采用 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。 图 2 2 方案二稳压部分单元电路 对以

4、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 22V22V- -15V15V 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

5、行小小的率波，最后得到正负输出的稳压电源。 3 3、电路设计及元器件选择； （1 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 9 伏和正负 6 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 2- -3 3 伏左右，由UCE Uimax U Omin，UCE为 饱和管压降，而Uimax=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X 9V=，所以变压器的功率绝对 不能低于，并且串

6、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12W 额定电流1A的变压器。 (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 ): , 1 厂 2倉2 _ U 0( AV)= 0 2U2 si

7、n t?d( t) = - =U2 其中为变压器次级交流电压的有效值。我们可以求得 U o(AV )=。 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 考虑电网波动(通常波动为10%为保险起见取30%勺波动)我们可以得到 UO(AV) 应该大于，最大反向电压应该大于。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,1A,反向耐压为 1000V1000V 的二极管 IN4007.IN4007. (3 3)、滤波电容的选择 当滤波电容C1偏小时，滤波器输出电压脉动系数大；而 G偏大时，整流二极管导

8、通角 B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 前面的计算我们已经得出变压器的次级线圈电压为 15V,15V,当输出电流为时，我们可以求得电路的负载为 1818 欧，我们可以根据滤波电容的计算公式: 来求滤波电容的取值范围，其中在电路频率为 50HZ50HZ 的情况下，T T 为 20ms20ms 则电 容的取值范围为 16671667- -2750uF2750uF，保险起见我们可以取标准值为 2200uF2200uF 额定电压 为 35V35V 的铝点解电容。 另外，

9、由于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 104104的陶瓷电容来作为高频滤波电容。滤波电路如上图。 （4 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，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 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）；由于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。由于输出电流较大，达到 500mA

10、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 大于 500mA500mA 又由于三极管 CECE 间的承受的最大管压降应该大于 1515- -6=9V6=9V,考虑到 30%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于 13V,13V,最小功率 应该达到 P II（1.15 U min）= =。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 TIP41TIP41，它的最大功率为 60W60W 最大电流超过 6A,6A,所能承 受的最大管压降为 100 V,100 V,远远满足调整管的条件。负极的调整管则选择与之相

11、 对应的的中功率三极管TIP42TIP42。基准电路由的稳压管和的保护电阻组成。由于输 出电压要求为 6 6 伏和 9 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: R U max 一 U D RD 求出。其中RD为运放正反相输入端的电阻， R R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。可以输出 电压在15V左右前对电压稳定性要求不是很高的运放，由于 UA741的工作电压为正负

12、 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 C=（3 T 2RL 6V和9V的电压，运放选用工作 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10uf10uf 的点解电容和一个 103103 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， 四、画出系统的电路总图 元件清单 名称及标号 型号及大小 封装形式 数量 变压器 220V-15V 无 1 二极管 IN4007 4个 电容 电解电容 2200uF

13、.6 2个 10uF .4 2个 陶瓷电容 104 2个 103 2个 电阻 2个 330 2个 2个 可变电阻 1k Sip3 2个 运放 uA741 DIP8 2个 稳压管 2个 调整管 TIP41 TO220 1个 TIP42 TO220 1个 五、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: 理论值为 5.772V5.772V 9.66V9.66V，而实际 的测量值是在 5.8V5.8V 10.45V10.45V，造 成的可调误差，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。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

14、求 而实际测量时也是这样，输出波形基本为一条直线 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: 电路输出纹波波形 纹波电压在左右，比要求的 5mV要低，而实际测量时，纹波的电压只有，远远低于所要求的 5mV所以符合要求。 六总结 本课程设计运用了模拟电路的基本知识，通过变压，整流，滤波、稳压等步骤，输出理 论可变范围为而实际可调范围为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， 当电路由于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