模拟与数字电子技术课程设计报告串联型直流稳压电源

1、 模拟与数字电子技术课程设计报告设计课题： 串联型直流稳压电源 串联型直流稳压电源 摘要：稳压管稳压电路输出电流较小，输出电压不可调，不能满足很多场合下的应用。串联型稳压电路以稳压管稳压电路为基础，利用晶体管的电流放大作用，增大负载电流；在电路中引用深度电压负反馈使输出电压稳定；并且，通过改变反馈网络参数使输出电压可调。关键词：稳压电源;整流电路;滤波电路;稳压电路引言: 电子技术是当今高新技术的“龙头”，各先进国家无不把它放在优先的发展的地位。电子技术是电类专业的一门重要的技术基础课，课程的显著特点之一是它的实践性。要想很好的掌握电子技术，除了掌握基本器件的原理，电子电路的基本组成及分析方法

2、外，还要掌握电子器件及基本电路的应用技术，课程设计就是电子技术教学中的重要环节。本课程设计就是针对模拟电子电路这门课程的要求所做的，同时也将学到的理论与实践紧密结合。本设计是设计的串联型直流稳压电源。小功率稳压电源一般是由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。1.设计任务及要求要求：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)输出电压6V、9V两档，同时具备正负极性输出；(2)输出电流：额定电流为150mA，最大电流为500mA； (3)在最大输出电流的时候纹波电压峰值Vop-p5mv；任务：(1)了解带有放大环节串联型稳压电路的电路图； (2)识图放

3、大环节串联型稳压电路的电路图；2.方案设计及论证电路原理分析与方案设计 采用变压器、二极管、集成运放，电阻、稳压管、三极管 等元件器件。220V的交流电经变压器变压后变成电压值较小的交流，再经桥式整流电路和滤波电路形成直流，稳压部分采用串联型稳压电路。比例运算电路的输入电压为稳定电压，且比例系数可调，所以其输出电压也以调节；同时，为了扩大输出大电流，集成运放输出端加晶体管，并保持射极输出形式，就构成了具有放大环节的串联型稳压电路。(1)方案比较方案一：用晶体管和集成运放组成的基本串联型直流稳压电源方案二：用晶体管和集成运放组成的具有保护环节的串联型直流稳压电源方案三：用晶体管和集成运放组成的实

4、用串联型直流稳压电压可行性分析： 上面三种方案中，方案一最简单，但功能也最少，没有保护电路和比较放大电路，因而不够实用，故抛弃方案一。方案三功能最强大，但是由于实验室条件和经济成本的限制，我们也抛弃方案三，因为它牺牲了成本来换取方便。所以从简单、合理、可靠、经济从简单而且便于购买的前提出发，我们选择方案二未我们最终的设计方案。电路框图 3单元电路设计与参数计算交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电，其方框图及各电路的输出波形如图所示，下面就个部分的作用加以介绍。电源变压器直流电的输入为220V的电网电压，一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因

5、而需要通过电源变压器降压后，再对电流电压处理。变压器副边电压有效值决定后面电路的需要。根据经验，稳压电路的输入电压一般选取Ui=(23)Uo。所以选择15V30W的变压器。整流电路为了将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，还需要通过整流电路。查阅资料可知单相整流电路有半波整流电路、单相桥式整流电路（全波整流电路）。单相桥式整流电路和半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求一样，并且还具有输出电压高，变压器利用率高、脉动系数小等优点。所以在电路中采用单相桥式整流电路，如图所示：1.工作原理单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，如图（a）所示。在分析整流电路工作原

6、理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。根据图1（a）的电路图可知：当正半周时，二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当负半周时，二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图见图1（b）。2.参数计算根据图1（b）可知，输出电压是单相脉动电压，通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为流过负载的平均电流为流过二极管的平均电流为二极管所承受的最大反向电压流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动 电压做傅里叶分析，此时谐波分量中的二次谐波幅度最大。脉

7、动系数S定义为二次谐波的幅值与平均值的比值。3.单相桥式整流电路的负载特性曲线单相桥式整流电路的负载特性曲线是指输出电压与负载电流之间的关系该曲线如图3所示，曲线的斜率代表了整流电路的内阻。单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。注意，整流电路中的二极管是作为开关运用的。整流电路既有交流量，又有直流量，通常对输入（交流）用有效值或最大值；输出（交直流）用平均值；整流管正向电流用平均值；整流管反向电

8、压用最大值。保护电路在集成稳压器电路内部含有各种保护电路，使集成稳压器在出现不正常情况时不至于损坏。因为串联型稳压电路的调整管是其核心器件，它流过的电路近似等于负载电流，且电网电压波动或输出电压调节时管压降将产生相应的变化，所以这些保护电路都与调整管紧密相关。过流保护电路能够在稳压管输出电流超过额定值时，限制调整管发射极电流在某一数值或使之迅速减少，从而保护调整管不会因电流过大而烧坏。主要参数：输出电压平均值Uo（av）：负载电阻上电压的平均值输出电流平均值：负载电阻上电路的平均值=整流输出电压的脉动系数S：整流输出电压的基波峰值与输出电压平均值之比，因而S越大，脉动越大。二极管的选择： 考虑

9、到电网电压波动范围为±10%，整流二极管的极限参数最高反向工作电压和最大整流平均电流应满足：>1.1和>1.1· >1.1×0.007A所以选择>1.1V3）滤波电路 整流后的输出电压虽然是单一方向的，但是含有较大的交流成分，会影响电路的正常工作。一般在整流后，还需要利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。所以需通过低通滤波电路，使输出电压平滑。理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使输出电压仅为直流电压。在实际电路中，应选择滤波电容的容量满足C=(35)T/2的条件，为了获得更好的滤波效果，电容容量应选得更大些。 查阅资料可知滤波电路

10、有电容滤波、电感滤波电路和复式滤波电路三种，其中复式滤波电路的效果最好，所以在电路中采用RC型的复式滤波电路，如图所示： C越大，R越大，T放电将越大，曲线越平滑，脉动越小。所以C选择2.2mF。1） 稳压电路 交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，但是当电网电压波动或负载变化时，其平均值也随之变化。稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性。由于经济成本、元件购买及仿真软件的限制，稳压电路只采取一个具有放大环节的基本串联型稳压电路加一个载流型过流保护电路。a稳压原理：若由于某种原因使UO增大，则UOUNUBUOb输出电压的调节

11、范围：··故6V,取=5.6V402, 1000K(100), 820c串联型稳压电路的基本组成部分及其作用：调节管：是电路的核心，UFE随UI和负载产生变化以稳定Uo。基准电压：是Uo的参考电压。采样电阻：对Uo的采样，与基准电压共同决定Uo。比较放大：将Uo的采样电压与基准电压比较后放大，决定电路的稳压性能。d串联型稳压电源中调整管的选择：要想使调整管起到调整作用，必须使之工作在放大状态，因此其管压降应大于饱和管压降；调整管极限参数的确定，必须考虑到输出电压由于电网电压波动而产生的变化，以及输出输出电压的调节和负载电流的变化所产的影响。根据极限参数ICM、U（BR）CE

12、O、PCM选择调整管：=<=-<=<e限流电阻的选择：保证稳压管既稳压又不损坏。> <电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。=> R<电网电压最低且负载电流最小时，稳压管的电流最大。=< R1、 总原理图及元器件清单4.1总原理图4.2元件清单：元件类型元件序号型号主要参数数量变压器T1双15V30W1个集成运算放大器U1、U2LM3242个稳压管D2、D31N47345.6V2个整流桥D11A整流桥1071个三极管Q1、Q2、Q3、Q4TIP41、TIP42中功率各2个电解电容C1、C2、C3、C52200uF/25V、1000uF/

13、 25V各2个电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R9、R12、R13、R141k1/4W、11/4W、820/1/4W、20/2W2个、2个、2个、4个电位器R7、R8、R10、R11单联普通电位器、3296精密电位器1 k、100各2个电源线1条开关J1、J2单刀双掷小号2个5、电压仿真过程及结果 1、稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度、包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、纹波电压（纹波系数）及温度系数。（1）稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下

14、，输出电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即电压调整率：输入电压相对变化为±10%时的输出电压相对变化量，稳压系数和电压调整率均说明输入电压变化对输出电压的影响，因此也只需测试其中之一即可。 （2）输出电阻及电流调整率输出电阻与放大器的输出电阻相同，其值为当输入电压不变时，输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值。电流调整率：输入电流从0变到最大值时所产生的输出电压相对变化值。输出电阻和电流调整率均说明负载电流变化对输出电压的影响，因此也只需测试其中之一即可。 （3）纹波电压：叠加在输出电压上的交流分量。用示波器测试其峰峰值一般为毫伏量级。也可用交流毫伏表测量其有效值，但因纹波不

15、是正弦波，所以有一定的误差。6、电压调试过程与结果理论值输出是±9V和±6V，但实际输出是有点误差，但是可以通过调节滑动变阻器来达到准确的±9V和±6V，之后就可以直接用双掷开关来选择所要用的输出电压了。7、心得体会 本次课程设计令我受益匪浅，在实验的过程中令我明白到书本知识的重要性，要对书本的知识有比较深刻的了解才能对电路进行设计。当对书本知识有一定的了解后，就会考验到自己的动手能力，只有经过实践才能把知识理解得更透彻，而且如果要进行设计的话就要对一些元件有一定的了解，这样才能继续地进行下去，在做这个课程设计的过程中令不断地对元件有了更加深刻的了解。在

16、这过程中，令我印象深刻，令我深刻地体会到实践的重要性，因为不通过实践是无法检验出到底是正确还是错误的。只有通过实践才能更加地深入地去了解它的工作原理，才可以更好地发现问题，这次的课程设计令知道动手设计是远比自己想象复杂，因为在这过程中会出现很多自己没有预料到的问题要解决，不过只有这样才能更好地提高自己。虽然在这过程中曾经感到过厌烦，然而，在一步一步的改进中走向成功的那种感觉是无比的兴奋的。当自己的努力得到回报时那种心情是难以形容的，而且这样更加增加了自己的兴趣。8、参考文献 1 童诗白,华成英等.模拟电子技术基础M.北京:高等教育出版社,2001.2 汪松体.串联型直流稳压电源常见故障分析及检

17、测N.电子报,2007,(8):21-23.3 孔保军.直流稳压电源的设计及制作J.电子制作.2006, (6):34-364赵新宇, 胡建成, 杨九如 实用稳压电源电路设计自动化技术与应用2011 年第 30 卷第 2 期 5康华光电子技术基础（模拟部分）M北 京：高等教育出版社，20026 高吉祥.电子技术基础实验和课程设计。电子工业出版社。2002.7 杨拴科.模拟电子技术基础。高等教育出版社.20038 孙肖子 张企民。模拟电子技术简明教程。西安电子科技大学出版社。2001.Tandem type dc voltage stabilizerDesigners ZHENG HongpingGuiding teacher CUI JinhuaType series voltage circuit voltage voltage to the circuit as the foundation, the use of the transistor current amplific