串联式直流稳压源课程设计

1-模拟电子技术课程设计串联式可调直流稳压电源姓名：XXX学号：xxxxxxx组员：XXX班级：电子102指导老师：刘纯天成绩：2012.01.09任务及要求本课程是学习了《模拟电子技术》课程之后，让学生运用模拟电子技术所学知识，进行实际电子线路的设计、装接和调试工作，以加深电子电路基本知识的理解，又能培养电路的实践技能，提高他们分析、解决问题的能力。它是针对模拟电子技术课程进行的综合训练。本课程是工业电气自动化专业的必修课。1、目的：加深电子电路基本知识的理解，培养电子电路的动手技能，提高分析、解决问题的能力。2、课程设计内容：串联式直流稳压电源设计3、设计内容及要求1.用晶体管组成设计串联式直流稳压电源电路2.要求输出：输出直流电压Vo＝12V±0.2V输出直流电流Io＝0-200mA电网电压(220V)波动范围为10%输出内阻ro<＝0.1Ω输出纹波电压Voac<＝2mV有过流保护画出电路图，写总结报告《模拟电子技术课程设计》二、设计原理本设计电路分为降压电路、整流电路、滤波电路和调压稳压电路四大部分，稳压电路部分又由基准电压源、输出电压采样电路、电压比较放大电路、过流保护电路和输出电压调整电路组成。

直流电源的输入为220V的市电，需要通过电源变压器降压后，再对交流电进行处理。变压器副边电压有效值决定于后面电路的需要。变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压，即将正弦电压转变为单一方向的脉动电压，但含有较大的交流成分，会影响负载电路的正常工作。为了减小电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑，理想情况下，应将全部交流分量全部滤掉，使滤波电路的输出电压仅为直流电压。然而，由于滤波电路为无源电路，所以接入负载后势必会影响其滤波效果。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，其平均值也将随之变化。稳压电路的功能是使输出直流电压基本不随电网电压波动或负载变化的影响，从而获得足够高的稳定性。降压电路

本电路使用的降压电路是单相交流变压器，根据要求要输出5~12V稳定可调的电压，考虑到其他波动因素，选择输出15V的变压器。2.整流电路

整流电路的主要作用是把经过变压器降压后的交流电通过整流变成单个方向的直流电。但是这种直流电的幅值变化很大。它主要是通过二极管的截止和导通来实现的。常见的整流电路主要有全波整流电路、桥式整流电路、倍压整流电路。我们选取单相桥式整流电路选择4支IN4001构成整流桥。实现设计中的整流功能。

3.滤波电路

采用电容滤波电路。由于电容在电路中也有储能的作用，并联的电容器在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑。由于本电路后级是稳压电路，因此可以使用电容滤波电路进行简单滤波。电容选取：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，当输出电流为0.2A时，我们可以求得电路的负载为60欧，我们可以根据滤波电容的计算公式：C=(3～5)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500-834uF，保险起见我们可以取标准值为1000uF额定电压为25V的电容。利用C2、C4小电容滤去纹波。整流及滤波：

4.基准电压稳定电路

基准电压电路作用是为后面比较电路提供一个基准电压，此处采用一个红色发光二极管，其发光后电压稳定在2V，且较稳压二级管适合工作在小电流电路中。红色发光二极管工作在5～10mA所以限流电阻上下限：=1.65kΏ=2.7kΏ取2KΏ5.比较电路和放大电路比较放大电路连接在基准电压电路后面，为了实现电压可调固在电路中引入了放大环节，加深电压负反馈以提高输出电压的稳定性,并且还抑制了温度的漂移。如右图所示。由于在此对精度的要求不高，又从经济的角度上考虑后在此用一个长尾式差分放大电路来实现。控制流过T2的电流为1mA。R2上端的电位（滤波后）波动应为16V~21V，故R2取20KΩ。三极管选择两个9013的NPN管子。首先三极管工作必要有一个合适的静态工作点Q。在此滤波后电压V=20V，U=0.7V，R=20KΩ，U尽量选在中间即10V。6.调整电路在本电路中调整管是保证电路安全工作的核心元件，由一个大功率管（T4）和一个普通的NPN管（T3）组成复合管。这是因为流过集电极和发射极的电流可能很大，一般管子无法承受大电流故选用一个大功率管。其基极接在差动放大电路的集电极上，由于差动的集电极上电流过大，用万用表测量后发现T4的β值为75，如果不用复合管至于那个单管，那么，当输出电流为最大200mA时，基极电流应为3mA左右，显然这里不能有3mA基极的电流，故此用复合管对β进行补偿，这样以后基极电流就可以小到uA级了。而集电极接在滤波电路的后面，射极接上采样电路后从射极输出构成电压跟随，这样有利于对电压的稳定。至于调整管的管功耗，当输出5V200mA时，滤波后的电位器既调整管集电极的电位正常应为19V，那么，管压降应为14V，功率应为P=UI=14×0.2=2.8W所以本电路的管功耗最多为2.8W。7.保护电路由于此电路的精度不高稳定性也相对较差所以在调整管的射极后加上一个过流保护。如果电路正常工作时T5管子是不导通的，因为PN结上没有0.7V的电压，而R4阻值又太小可以忽略不计，也就相当于没有这个保护电路。但是当某种原因使得调整管的射极电流突然增大，使得R4上的压降达到0.7V后T5管子导通。如果把保护电流设在250mA，那么故R4取2.7Ω。基极和集电极又是反相的关系，既基极电位上升，导致集电极电位下降，从而使得调整管的基极电位下降于是抑制了电流的持续增大，这样就保护了电路里的元器件。也就相当于对调整管引入了一个负反馈。不仅限制了电流，同时还顺便控制了温度。关于R4的选择，由于这里电流可能过大故选取一个大功率的电阻，并且阻值要小尽量少分压。而T5就是一个普通的NPN管子。8采样电路采样电路是配合着差动放大和基准电压来实现电压的可调。工作原理就是电位器的2号引脚上的电位和基准电压近似相等，通过基准电压值和调节电位器改变电位器2脚以下的电阻从而控制电流。再利用电流在采样电路中几乎没有从电位器的2脚流走。故可推断出整个采样电路的电压。在这里我们假设电位器2脚的电位就是基准电压2V。所以，当电位器滑动到最上端时，输出电压最小，为当电位器滑动到最下端时，输出电压最大，为经综合考虑后R、R和W1分别选5.6KΩ和1.5KΩ电阻和5KΩ的电位器。这样选下来电压可调的理论范围在4V~16V。故优于设计条件的5V~12V。焊接与调试1.电路原理图2.所需设备清单：单相0.5KW调压器,或晶体管直流稳压电源（模拟市电波动）MF47万用表滑线变阻器（假负载）200Ω/300W30W电烙铁3.材料清单：整流二极管1n40014只电解电容1000u/25V2只三极管90135只大功率三极管3A/50V1只红色发光二极管1只大电阻：2.7Ω/1W1只1/4W电阻：510Ω，1.5K，2K，5.6K，10K，12K，各1只瓷片电容：0.01μ2只变压器：15V/220V5W1只80×100mm2万能印刷板1块松香、焊锡若干二芯带插头电源线1根4.准备工作按电路图将各元件布局在通用板上，用万用表判断三极管极性，或在网站上查询相关型号器件极性，布局完成，检查各处器件参数设置，妥当无误后开始焊接。四、性能测试电压变化范围经示波器观察，调电位器的电阻值，发现，电位器调到最大和最小时，输出电压范围，Vmin=3.44V，Vmax=15.25V，纹波大小有200mv。五、心得体会通过这次实际动手焊接，我们在一下几个方面有所认识：1：对理论有了初步的系统了解。2：提升了自己的实际操作能力，也是自己对专业只是有了更进一步的了解。3：实训让我们学到了很多课本上无法学到的最实用、最基础的知识4:通过这次实训也培养了我们胆大、心细、谨慎的工作作风。5;操作期间我们还懂得了Multisim软件的运用，通过它更深刻的了解了电路图的基本操作。6；设计中最重要的是懂得了串联稳压电源原理，串联型稳压电路是最常用的电子电路之一，它被广泛地应用在各种电子电路中。总的来说，这次课程设计是一次很好锻炼动手能