太原理工大学模电课设串联型直流稳压电源(2)

1、一、 设计题目：串联型直流稳压电源二、设计目的：（1）通过本课题设计，学习电子系统设计的一般方法，要求学会选择变压器、整流二 极管、滤波电容级三极管来设计直流稳压电源；（2）掌握稳压电源的主要性能参数；（3）掌握Multisum仿真软件的应用；（4）掌握常用元器件的识别和测试；（5）了解电路调试的基本方法。三、设计要求（1） 稳压电路要加有放大环节以改善稳定性；（2） 输出电压在一定范围内连续可调；（3） 要加有保护电路；四、技术指标输入电压：220V/50Hz输出直流电压： 输出电流： 电源内阻：稳压系数：五、设计原理稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，如图所示：图

2、1 稳压电源框图电网供电电压交流220V/50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压；降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大；变化幅度大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，变化幅度小的直流电压，将交流成份滤掉，保留其直流成份；滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载。六、总体方案的选择方案一：调整管、集成运算放大器组成的稳压电路方案二：三端稳压器、集成运放组成的稳压电路七、单元电路的设计与元件选择1、单元电路的设计及原理a、桥式整流： 整流电路的作用是利用具有单向导电性能的整流元件，

3、将正负交替的正选交流电压整流为单方向的脉动电压。但是，这种单向脉动电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差的很远。在小功率直流电源中，经常采用单向半波，单向全波和单向桥式整流电路。经综合分析选用了单向桥式整流电路。 对于单向桥式整流电路，在的正半周，二极管、导电，、截止，电流最终流过，在负载得到的输出电压极性为上正下负。在的负半轴， 、导通，、截止，最终流过时产生的电压极性也是上正下负，因此在后面的电路得到一个单方向的脉动电压。桥式整流电路图、波形图如下：图2 桥式整流电路图图3、单相桥式整流电路电压、电流波形图b、滤波电容：整流电路虽然可将交流电变成直流电，但其脉动成分较大，在一

4、些要求直流电平滑的场合是不适用的，需加上滤波电路，以减小整流后直流电中的脉动成分。综合分析后，我们选择了电容滤波电路，由于电容有维持其两端电压不变的特性，将电路与后面的负载并联，将使其后输出的电压波形比较平滑。单相桥式滤波整流电路图、波形图如下：图4、单相桥式滤波整流电路图图5、单相桥式滤波整流电压、电流波形图c、采样电阻：定性地看，当的滑动端向上移动时，反馈电压增大，放大电路的差模输入电压减小，使调整管的减小，则增大，于是输出电压减小。反之，若的滑动端向下移动，则增大。当的滑动端调至最上端时，= 0，=，此时达到最小值， =。当的滑动端调至最下端时，=，=0，此时达到最大值，=。d、稳压管及

5、其限流电阻R：假设稳压电路的输入电压保持不变，当负载电阻减小，负载电流增大时，由于电流在电阻R上的压降升高，输出电压将下降。而稳压管并联在输出端，由图中稳压管两端的电压有一个很小的下降时，稳压管的电流将减小很多。此时IR也有减小的趋势。实际上利用IZ的减小来补偿流过负载的电流的增大，使IR基本保持不变，从而使输出电压也保持基本稳定。假设负载电阻保持不变，由于电网电压升高而使电容两端电压升高时，自输出电压也将随之上升。但是，由于稳压管的伏安特性课件，此时稳压管的电流将急剧增加，于是电阻R上的压降增大，以此抵消电容两端电压的升高，从而使输出电压基本保持稳定。图6、稳压管电路图e、调整管与放大电路：

6、假设由于增大或减小而导致输出电压增大，通过采样以后反馈到放大电路反相输入端的电压也按比例增大，但同相输入端基准电压保持不变故放大电路的差模输入量将减小，于是放大电路的输出电压减小，使调整管的基极输入电压减小，则调整管的集电极电流随之减小，同时集电极电压增大，最后使输出电压保持基本不变。f、三端集成稳压器：三端集成稳压器的组成如图。电路内部包括：调整管、基准电源、启动电路、保护电路。2、参数计算与元件选择a、调整管、集成运算放大器作为稳压电路a1.整流电路参数：二极管正向平均电流(AV)：在桥式整流电路中，二极管VD1、VD2和VD3、VD4轮流导电，则每个整流二极管的平均电流等于输出电流平均值

7、的一半，即：(AV)=0.5(AV)由于输出电流：<=300mA，则(AV)<=150mA二极管最大反向峰值电压：每个整流管的最大反向峰值电压是指整流管不导电时，在它两端出现的最大反向电压。选管时应选耐压值比这个数值高的管子，以免被击穿，则整流二级管承受的最大反向电压就是变压器二次电压的最大值，即：=1.1*2031.11V选用1B4B42,参数：=100600V,=1.0A(Ta=25)。a2.滤波电容:IC为滤波电容放电电流，一般可取最大负载电流；VC为滤波电容上电压在平均值上下的波动量t为电容放电时间，因用桥式整流，最大放电时间可取交流电源的半周期（10ms）；本实验取 t=

8、10ms I0=300mA VC=5V C=ICt/VC=600F选择耐压值应考虑电网电压最高，负载电流最小的最不利情况，即UCmax=1.12U2=31.11V 选用耐压50V，容量为680F电解电容。a3.稳压管及其限流电阻R： 一般是由稳压器提供的稳定直流电压，其电压值由决定，其中n为取样电阻分压比。选用5-7V或内部具有温度补偿的稳压管；为减小稳压管内阻及变化电流对稳压值的影响，稳压管工作电流应取大一些，一般为10mA左右；选=7V，故选1N4736A,参数：6.8V <37mA=-=15-6.8=8.2VR>/37mA=8.2V/37mA=222实际仿真取2ka4.调整管

9、：是由工作在放大区的调整管构成的。因为输出电压稳定，要通过调整管的调节作用来实现，输出的最大电流要由调整管的最大允许电流来决定。调整管的选择： 1、最大集电极允许电流ICM>=1.5Iomax=450mA2、集电极和发射级之间的最大允许反向电压 U(BR)CEO>=UImax=1.12U2=31.11V3、 集电极最大耗散功率 PCM>=(UImax-Uomin)Icmax=(1.1*1.22U2-Uomin)*Icmax=(31.11-9)*0.45=9.95W故选用BCX38B,参数为：=60V,=10V,=800mA。a5.采样电阻：=(+)* /( +R3)=(+)*

10、 /R3 +=2000=489 =604 =907 故采样电阻选： =490 =604 =909a6.理想运放： 选用理想运算放大器:OPAMP_3T_VIRTULa7.验算: = /=（14.912-14.91）/（74.548-49.701）mA=0.08<0.1a8.I.所选器件的规格和型号：名称型号 器件参数调整管1B4B42=100600V=1.0ATa=25电容C1普通容值 680uF耐压 35V稳压管1N4736A稳压值6.8V电流 20mA电阻R=2k=490=604=909负载=300运算放大器OPAMP_3T_VIRTUL调整管BCX38B=60V=10V=800mA

11、交流电源U=20Vf=50Hzb：三端稳压器、集成运放组成的稳压电路b1.电容的选择：=600F =330nF =100nFb2.三端稳压器的选择1）为了使输出的电压为正值，所以选7800系列2）由书上所给式子可知： =（1+（+ ）/(+ )）* 其中是滑动变阻器的上半部分，是滑动变阻器的下半部分， 为输出电压，为三端稳压器稳压后电压。 由于电路所输出电压为915V，所以三端稳压器输出电压不能超过9V，故最终选择型号为：LM7806KC。b3.确定采样电阻=（1+ /(+ )）*=（1+（+ ）/）*+=2000=800 =532 =668b4.确定运算放大器选用理想运算放大器:3288RT

12、.b5.验算= /=（15.012-15.01）/（75.058-50.041）mA=0.002/25.017 mA=0.08<0.1 故所选电路符合要求b6. II.所选器件的规格和型号：名称型号 器件参数电容普通容值100nF电容普通容值 600uF耐压 35V电容普通容值330nF电阻R=1.21K=800 =532 =668负载=300运算放大器3288RT交流电源U=20Vf=50Hz八、仿真电路图Multisim仿真过程方案（一）：调整管、集成运算放大器作为稳压电路1.仿真电路如下：2.仿真结果如下：a.电源及电源经过整流滤波后的波形图 实验结果分析：由整流滤波后的波形图变为

13、一条准直线可以看出，原来的交流电压经过整流桥的作用已经变为直流电压，只是整流滤波之后的直流电压波动较大。 b.电源电压及经过桥式整流电容滤波后电压： 电源电压：20V 经过整流滤波后电压：26.358V 理论 =1.2，实际 =1.3，误差不是太大。c.无负载时输出电压及输出波形 此时的滑动变阻器接入电路部分为：50% 实验结果分析：输出波形已由最初的交流电压变为直流电压，且比单纯的经过桥式整流电容滤波出来的电流更平直，说明稳压电路起到了预期作用。d.无负载时输出电压随滑动变阻器的变化范围: 实验结果分析：本实验设计要求输出直流电压=915V；实际测量电路输出电压=8.99114.99V，说明

14、本实验所设计电路基本满足实验要求，能达到预期效果。e.有负载时输出电压及输出波形： 负载电压：RL=300滑动变阻器接入电路部分为：50% 实验结果分析：通过有无负载时输出波形和电压的比较可以看出两者几乎无差别，说明电路带负载能力强，输出电压不会随负载的改变而改变。f.有负载时输出电压随滑动变阻器的变化范围： 负载电压：=300 实验结果分析：通过有负载电压和无负载电压的比较可以看出，输出电压无变化，说明输出电阻较小，带负载能力较强。附：负载为300时的输出最大电压电流：负载为200时的输出最大电压电流：用于计算输出电阻方案（二）：三端稳压器、集成运放组成的稳压电路1.所用仿真电路如下：2.仿

15、真结果如下：a.电源及电源经过整流滤波后的波形图:与方案（一）结果一样。b.原电源电压及经过桥式整流电容滤波后电压：与方案（一）结果相同。c.无负载时输出电压及输出波形： 此时的滑动变阻器接入电路部分为50% 实验结果分析：输出波形已由最初的交流电压变为直流电压，且比单纯的经过桥式整流电容滤波出来的电流更平直，说明稳压电路起到了预期作用。 d.无负载时输出电压随滑动变阻器的变化范围： 实验结果分析：本实验设计要求输出直流电压=915V；实际测量电路输出电压=9.19314.799V，说明本实验所设计电路基本满足实验要求，能达到预期效果。e.有负载（=300）时输出电压及输出波形:滑动变阻器接入

16、电路部分为：50% 实验结果分析：通过有无负载时输出波形和电压的比较可以看出两者几乎无差别，说明电路带负载能力强，输出电压不会随负载的改变而改变。f. 有负载（=300）时输出电压随滑动变阻器的变化范围： 实验结果分析：通过有负载电压和无负载电压的比较可以看出，输出电压变化范围不大，说明输出电阻较小，带负载能力较强。附：负载为300时的输出最大电压电流：负载为200时的输出最大电压电流：用于计算输出电阻。九、实验室搭建电路 1.实验原理及目的实验通过变压器降压、全桥整流、电解电容滤波、三极管做稳压等环节将输入端市压220V最终以12V的直流电压输出。2.实验室所用原件名称型号参数二极管（4个）

17、普通变压器（1个）普通N1:N2=15:1电解电容（1个）普通C=47mF三极管（1个）9013调整管（1个）3DD15稳压器（1个）UZ=6V电阻（3个）普通R=24KR1=R2=1003实验室所用的实验原理图：4.实验最终搭建的实物电路： 十、提高和改进使用本实验所设计的稳压电路时，如果输出端过载甚至短路，将使通过调整管的电流急剧增大，假如电路中没有适当的保护措施，可能使调整管造成损坏，所以在实用的稳压电路中通常加有必要的保护电路，本试验分别采用限流型保护电路和截留型保护电路对原有电路在性能上进行提高和改进。电流为调整管发射极。I.限流型稳压电路:本实验所采用的限流型保护电路如下图所示，主

18、要保护元件是串联在调整管发射极回路中的检测电阻R4和保护三极管VT2. 其中R4的阻值很小，一般为1左右。 1.保护电路工作原理及所用电路：稳压电路正常工作时，负载电流IL不超过额定值，电流在R4上的压降很小，故三极管VT2截止，保护电路不起作用，电路工作在正常稳压区。当负载电流超过某一临界值后，R4上压降增大，使VT2导通，将调整管VT1的基极电流分流掉一部分，于是限制了VT1中电流的增长，从而保护了调整管。2.电路的分析与调试a. 负载阻值为正常值，测输出电流和流过调整管电流由于本电路设计对三极管参数要求严格，为观察到实验现象，将R4阻值适当调大一些。具体参数：=10,=300所用测试电路： 1）负载阻值为正常值300，测最大输出电流和输出电压， 此时最大调整管和输出电流如下图：2） 当=50时，负载阻值较小，没接保护电路时，测最大调整管与输出电流：3） 当=50时，负载阻值较小，接有保护电路时，测最大调整管与输出电流实验结果分析：当所取电阻变小时保护电路开始工作，有一定的保护功能，但变化较小。 II.截流型稳压电路:限流型保护电路虽然能够限制过大的输