串联型直流稳压电源

串联型直流稳压电源一、设计任务与要求要求：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，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-p<5mv，稳压系数SrW5%,电网电压波动正负10%。任务：1、了解带有放大环节串联型稳压电路的组成和工作原理；2、识图放大环节串联型稳压电路的电路图；3、仿真电路并选取元件；4、安装调试带有放大环节串联型稳压电路；5、用仪器仪表对电路调试和测量相关参数；6、撰写设计报告、调试二、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，所以其输出电压也可以调节；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

EL方案三：用晶体管和集成运放组成的实用串联型直流稳压电源〜220VEL方案三：用晶体管和集成运放组成的实用串联型直流稳压电源〜220V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，因为它是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，我们选择方案二为我们最终的设计方案。2、整体电路框图3、单元电路设计及参数计算、元器件选择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，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。电源变压器直流电源的输入为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，因而需要通过电源变压器降压后，再对交流电压处理。变压器副边电压有效值决定于后面电路的需要。根据经验，稳压电路的输入电压一般选取U广(2〜3)Uo。所以选择15V10W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：主要参数：输出电压平均值uo(郡)：负载电阻上电压的平均值U=Lj\2Usin①id(①t)u=2"U2牝09UTOC\o"1-5"\h\z0(AV)n02O(AV)兀2输出电流平均值I:负载电阻上电流的平均值u0(9UI=O(AV)A2L(AV)RR整流输出电压的脉动系数S：整流输出电压的基波峰值UO1M与输出电压平均值UO(AS之比，因而S愈大，脉动愈大。U=J2UI=IL(AV)n0.45U2Rmax2D(AV)2R二级管的选择：L>1.1-0.45U

2>1.1-0.45U

2RL0.45x15I>1.1X―1000—n0.007A

所以选择U>1.1\.-2X15^23V,滤波电路整流后的电压仍含有较大交流分量，会影响负载电路的正常工作。所以为了减小电压的脉动，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。查阅资料可知滤波电路有电容滤波、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RCn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2mF。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电压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截流型过流保护电路。UOIb输出电压的调节范围：R1+2+3-U<U<R1+2+3-UzoRza稳压原理：若由于某种原因使UO增大，则UO1—UNt-UBI—R+RzoR故UzW6VUOIb输出电压的调节范围：R1+2+3-U<U<R1+2+3-UzoRzc串联型稳压电路的基本组成部分及其作用：调整管：是电路的核心，UCE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：根据极限参数ICM、U(BR)CEO、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。I>I且I<I稳压管的电流最小。DU—UR稳压管的电流最小。DU—UR<—IminZI+1

稳压管的电流最大。U—UR>ImaxZI=IminZ—I>ID^minRLmaxZ电网电压最高且负载电流最小时，_U—U1DZmax=ImaR--ILmin<'ZMZMLmin4、电路总图5、元件清单ZMLmin元件类型元件序号型号封装形式主要参数数量花费变压器T1NON_LINEAR_TRANSFORMER,NLT_PQ_4_10Generic\XFMR_4PIN15V，10W1个14元集成运算放大器U1LM741(OPAMP,LM324AD)IPC-7351\CASE751A1个1.5元稳压管D1ZENER,1N4731AIPC-2221A/2222\DO-41Uz=4.3VIz=58mA1个0.3元二极管D2IN4007(FWB,1B4B42)IPC-2221A/2222\12-7A2A4个0.4元三极管Q1,TIP41C(BJT_NPN,TIP41A)Generic\TO-220ABVceo=60VVcbo=60VIc(max)=6AhFE=15-751个2元Pd=65mWQ2S9013H200(BJT_NPN,TIP41A)ICM=0.5A,PCM=0.625W,V(BR)CEO=25V1个0.1元电解电容C11000pF，25V2个0.8元C31pF，50V1个0.2元电阻R21KQ1个0.3元R31Q3个R6989Q1个R7240Q1个电位器R1B1KWL1KQ1个1元电源线1条2元鳄鱼夹2个1元共22共23.6元备注：由于没有2mF的电容和1.5Q的电阻，故C1用两个1000pF并联成2000pF；R3用两个1Q电阻并联后串联一个1Q电阻成1.5Q三、电路仿真过程及结果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，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即S工.土rAUURl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：输出电流从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电压分量。用示波器观测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，但因纹波不是正弦波，所以有一定的误差。2、仿真内容完成下表。

6V档9V档参数名称符号测量条件测量条件稳压系数SrIo=150mA，10V<%<30VIo=150mA，12V<%<30V输出电阻RO50mA<Io<500mA50mA<Io<500mA纹波电压SP-P3、仿真结果表16V档稳压系数仿真结果输入直流电压负载电阻直流电压表输出电流稳压系数UI/VRL/QUo/VIo/mAS/%7404.744118.6048405.700142.4909405.956148.90610405.963149.0850.50115.969149.236125.975149.36813.55.982149.539155.987149.68616.55.993149.815185.997149.929256.014150.348306.023150.57733406.028150.696表26V档输出电阻仿真结果输入直流电压负载电阻直流电压表读数输出电流输出电阻UI/VRL/QUo/VIo/mARo/Q15125.175431.27015135.604431.0511145.987427.644155.987399.136185.987332.615215.987285.100435.987139.241495.987122.189555.987108.58605.98799.7851005.98759.8711205.98749.892

152005.98729.935表39V档稳压系数仿真结果输入直流电压负载电阻直流电压表输出电流稳压系数UI/VRL/QUo/VIo/mAS’/%10607.723128.72312608.950149.1740.54138.957149.289148.964149.393158.969149.487168.974149.574188.984149.727218.995149.923259.008150.139309.022150.362表49V档输出电阻仿真结果输入直流电压负载电阻直流电压表输出电流输出电阻UI/VRL/QUo/VIo/mARo/Q15187.739429.95715208.590429.5191228.969407.689248.969373.717268.969344.970358.969256.264508.969179.385608.969149.487658.969137.9881008.96989.6921208.96974.744152008.96944.846

6V档的纹波电压正向幅度572.916mV,负向幅度为606.78却V,相差1.180mV9V档的纹波电压正向幅度928.499mV,负向幅度为919.433mV,相差1.848mV可调电压范围：4.79VWUoW9.63V四、电路调试过程与结果:项目理论数据实测数据误差原因分析可调电压范围4.82VWUzW9.69V4.78VWUoW9.18V电阻元件参数的分散性五、心得体会本次课程设计令我受益匪浅，我更加充分的理解了课本上的知识，很多平时模棱两可的知识点都认真复习并实践了。我对电子电路设计提升了认识，我意识到我们所学的东西将来都是要付诸实践的，所以一切要从实际情况出发，理论联系实际，这样才能真正发挥我们所具备的能力。在这次课程设计中，我明白了课程设计的任务一般是设计、组装并调试一个简单的电子电路装置。需要我们综合运用“电子技术基础”课程的知识，通过调查研究、查阅资料、方案论证与选定；设计和选取电路和元器件；组装和调试电路，测试指标及分析讨论，完成设计任务。在这次课程设计中，我学会了怎样去根据课题的要求去设计电路和调试电路。动手能力得到很大的提高。从中我发现自己并不能很好的熟练去使用我所学到的模电知识。在以后学习中我要加强对使用电路的设计和选用能力。但由于电路比较简单、定型，不是真实的生产、科研任务，所以我们基本上能有章可循，完成起来并不困难。把过去熟悉的定型分析、定量计算逐步和工程估算、实验调整等手段结合起来，掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。这对今后从事技术工作无疑