模電課程設計報告---串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源

1、<p><b>　　綜合設計性實驗報告</b></p><p>　　課程名稱 模擬電子技術課程設計 </p><p>　　實驗名稱 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源 </p><p>　　一、題目名稱：串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源</p><p>　　要求：設計并制作用晶體管和集成運算放大器組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。</

2、p><p>　　指標：1、輸出電壓6V、9V兩檔，正負極性輸出；</p><p>　　2、輸出電流：額定電流為150mA，最大電流為500mA；</p><p>　　3、紋波電壓峰值▲Vop-p≤5mv；</p><p>　　二、方案設計及電路框圖</p><p><b>　　1、方案比較</b>&l

3、t;/p><p>　　方案一：如圖1，先對輸入電壓進行降壓，然后用單相橋式二極管對其進行整流，整流后利用電容的充放電效應，用電解電容對其進行濾波，將脈動的直流電壓變?yōu)楦悠交闹绷麟妷?，穩(wěn)壓部分的單元電路由穩(wěn)壓管和三極管組成（如圖2），以穩(wěn)壓管D1電壓作為三極管Q1的基準電壓，電路引入電壓負反饋，當電網(wǎng)電壓波動引起RL兩端電壓的變化增大（減?。r，晶體管發(fā)射極電位將隨著升高（降低），而穩(wěn)壓管端的電壓基本不變，故基極電

4、位不變，所以由可知將減?。ㄉ撸е禄鶚O電流和發(fā)射極電流的減小（增大），使得R兩端的電壓降低（升高），從而達到穩(wěn)壓的效果。負電源部分與正電源相對稱，原理一樣。</p><p>　　圖1 方案一的穩(wěn)壓部分電路</p><p>　　方案二：經(jīng)有中間抽頭的變壓器輸出后，整流部分同方案一一樣采用四個二極管組成的單相橋式整流電路，整流后的脈動直流接濾波電路，濾波電路由兩個電容組成，先用一個較大阻值的

5、電解電容對其進行低頻濾波，再用一個較低阻值的陶瓷電容對其進行高頻濾波，從而使得濾波后的電壓更平滑，波動更小。濾波后的電路接接穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓部分的電路如圖3所示，方案二的穩(wěn)壓部分由調(diào)整管，比較放大電路，基準電壓電路，采樣電路組成。當采樣電路的輸出端電壓升高（降低）時采樣電路將這一變化送到A的反相輸入端，然后與同相輸入端的電位進行比較放大，運放的輸出電壓，即調(diào)整管的基極電位降低（升高）；由于電路采用射極輸出形式，所以輸出電壓必然降低（升高）

6、，從而使輸出電壓得到穩(wěn)定。</p><p>　　圖2 方案二穩(wěn)壓部分單元電路</p><p>　　對以上兩個方案進行比較，可以發(fā)現(xiàn)第一個方案為線性穩(wěn)壓電源，具備基本的穩(wěn)壓效果，但是只是基本的調(diào)整管電路，輸出電壓不可調(diào)，而且輸出電流不大，而第二個方案使用了運放和調(diào)整管作為穩(wěn)壓電路，輸出電壓可調(diào)，功率也較高，可以輸出較大的電流。穩(wěn)定效果也比第一個方案要好，所以選擇第二個方案作為本次課程設計的方

7、案。</p><p><b>　　2、電路框圖</b></p><p>　　整體電路的框架如圖3，先有22V-15V的變壓器對其進行變壓，變壓后再對其進行整流，整流后是高低頻的濾波電路，最后是由采樣電路、比較放大電路和基準電路三個小的單元電路組成的穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓后為了進一步得到更加穩(wěn)定的電壓，在穩(wěn)壓電路后再對其進行小小的率波，最后得到正負輸出的穩(wěn)壓電源。</p&

8、gt;<p>　　圖3 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路方框圖</p><p>　　三、電路設計及元器件選擇</p><p>　　（1）變壓器的設計和選擇</p><p>　　本次課程設計的要求是輸出正負9伏和正負6伏的雙電壓電源，輸出電壓較低，而一般的調(diào)整管的飽和管壓降在2-3伏左右，而 12-3=9V為輸出最大電壓，6V 為最小的輸入電壓，以飽和管壓降 為3伏

9、計算，為了使調(diào)整管工作在放大區(qū)，輸入電壓最小不能小于12V,故可以選擇220V-15V的變壓器</p><p>　?。?）整流電路的設計及整流二極管的選擇</p><p>　　由于輸出電流最大只要求500mA，電流比較低，所以整流電路的設計可以選擇常見的單相橋式整流電路，由4個串并聯(lián)的二極管組成，具體電路如圖4所示。</p><p>　　圖4 單相橋式整流電路<

10、;/p><p>　　二極管的選擇：當忽略二極管的開啟電壓與導通壓降，且當負載為純阻性負載時，我們可以得到二極管的平均電壓為 0.9V</p><p>　　其中15V為變壓器次級交流電壓的有效值。我們可以求得 U0=15×0.9=13.5v。</p><p>　　對于全波整流來說，如果兩個次級線圈輸出電壓有效值為15V ，則處于截止狀態(tài)的二極管承受的最大反向電壓

11、將是15× ，即為21.1V。 考慮電網(wǎng)波動（通常波動為10%，為保險起見取30%的波動），最大反向電壓應該大于27.4V。在輸出電流最大為500mA的情況下我們可以選擇額定電流為1A，反向耐壓為1000V的二極管IN4007。</p><p>　?。?）濾波電容的選擇</p><p>　　當濾波電容偏小時，濾波器輸出電壓脈動系數(shù)大；而偏大時，整

12、流二極管導通角θ偏小，整流管峰值電流增大。不僅對整流二極管參數(shù)要求高，另一方面，整流電流波形與正弦電壓波形偏離大，諧波失真嚴重，功率因數(shù)低。所以電容的取值應當有一個范圍，由前面的計算我們已經(jīng)得出變壓器的次級線圈電壓為15V，當輸出電流為0.5A時，我們可以求得電路的負載為30 歐，我們可以根據(jù)濾波電容的計算公式：</p><p>　　來求濾波電容的取值范圍，其中在電路頻率為50HZ的情況下， T為20ms則容的取

13、值范圍為1250-2083uF，保險起見我們可以取標準值為2200uF額定電壓為35V的鋁電解電容 </p><p>　?。?）穩(wěn)壓電路的設計</p><p>　　穩(wěn)壓電路組要由四部分構成：調(diào)整管，基準穩(wěn)壓電路，比較放大電路，采樣電路。當采樣電路的輸出端電壓升高（降低）時采樣電路將這一變化送到A的反相輸入端，然后與同相輸入端的電位進行比較放大，運放的輸出電壓，即調(diào)整管的基極電位降低（高）；

14、由于電路采用射極輸出形式，所以輸出電壓必然降低（升高），從而使輸出電壓得到穩(wěn)定。由于輸出電流較大，達到500mA，為防止電流過大燒壞調(diào)整管，需要選擇功率中等或者較大的三極管，調(diào)整管的擊穿電流必須大于500mA，又由于三極管CE間的承受的最大管壓降應該大于12-6=3V，考慮到30%的電網(wǎng)波動，我們的調(diào)整管所能承受的最大管壓降應該大于10V，最小功率應該達到 10×0.5=5W。綜合以上參數(shù)，我們可以選用功率三極管TIP41，它

15、的最大功率為60W,最大電流超過6A，所能承受的最大管壓降為100V，遠遠滿足調(diào)整管的條件。負極的調(diào)整管則選擇與之相對應的的中功率三極管TIP42?；鶞孰娐酚?個4.3v IN4731A的穩(wěn)壓管進行穩(wěn)壓和4.7KΩ的保護電阻組成。由于輸出電壓要求為6伏和9伏，如果采樣電路取固定值則容易造成誤差，所以采樣電阻最好應該做成可調(diào)的，固采樣電路由兩</p><p>　　如上圖，把R2= 10Ω（ 相當于公式中的R1）,R

16、7=1kΩ（相當于公式中的R2）,R3=620Ω, =4.3V代入以上公式可求的電路的輸出電壓為4.255-11.118V?？梢暂敵?V和9V的電壓，運放選用工作電壓在12V左右前對電壓穩(wěn)定性要求不是很高的運放，由于LM358的工作電壓可達+15V～- 15V，范圍較大，可以用其作為運放，因為整流后的電壓波動不是很大，所以運放的工作電源可以利用整流后的電壓來對其進行供電。為了使輸出電壓更穩(wěn)定，輸出紋波更小，需再對輸出端進行再次濾波，可在

17、輸出端接一個47uf的電解電容，這樣電源不容易受到負載的干擾。使得電源的性質(zhì)更好，電壓更穩(wěn)定</p><p><b>　　(5)保護電路</b></p><p>　　過流保護電路能夠在穩(wěn)壓管輸出電流超過額定值時，限制調(diào)整管發(fā)射極電流在某一數(shù)值或使之迅速減少，從而保護調(diào)整管不會因電流過大而燒壞。在過流時使調(diào)整管發(fā)射極電流迅速減小到較小數(shù)值的電路，稱為截流型過流保護電路。

18、如下圖（a）所示為截流型過流保護電路，T1為調(diào)整管，Ro為電流采樣電阻，它與T2,R1和R2構成保護電路，當Io增大，UBE2將隨之增大。未過流時，UBE2< Uon ，使T2截止。當Io增大到一定數(shù)值或輸出端短路時，T2導通，對調(diào)整管T1的基極分流，使Io減少，從而導致輸出電壓Uo減少；此時雖然UB隨Uo的下降而下降，但是Uo下降的幅值大于UB，使得T2的電流進一步增大，T1的電流進一步減少，最終減少到較小數(shù)值。輸出特性如下圖（

19、b）所示。通常，在截流型過流保護電路啟動后，均有一個正反饋過程，使輸出電流迅速減少。</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　四、總體的電路圖</b></p><p>　　五、電路的調(diào)試及仿真數(shù)據(jù)</p><p>　　正負輸出的可調(diào)的最大值和最小值電壓數(shù)據(jù)如下圖：<

20、/p><p>　　調(diào)節(jié)可變電阻，可以得到課程設計所要求輸出的6V和9V的電壓，仿真數(shù)據(jù)如上。</p><p>　　電路輸出直流電的波形圖如下圖</p><p>　　電壓的直流電波形為標準的直線，達到設計的要求</p><p>　　而實際測量時也是這樣，輸出波形基本為一條直線</p><p>　　電路輸出紋波波形紋波電壓在1

21、.8mV左右，比要求的5mV要低，而實際測量時，紋波的電壓只有0.9mV，遠遠低于所要求的5mV，所以符合要求。</p><p><b>　　六、總結</b></p><p>　　本課程設計運用了模擬電路的基本知識，通過變壓，整流，濾波、穩(wěn)壓等步驟，總結如下：</p><p>　　優(yōu)點：該電路設計簡單。輸出電壓穩(wěn)定，紋波值小，而且使用的元件較少

22、，經(jīng)濟實惠，輸出功率大，調(diào)整管可承受的范圍也很大，也有保護電路，當電路由于偶然原因出現(xiàn)較大的電流時，有可能造成損害，所以使得電路故障率降低了。</p><p>　　缺點：對電阻的選擇，我們有的極端，因為剛做出實物時發(fā)現(xiàn)有問題所以不斷地修改采樣電路的電阻（把R2=R11=10歐），最終盡管修改好問題了，修改太多了，我們只好保留。只因沒有1.5歐電阻了，所以這個電路中的R4=R12=1.5歐的電阻用兩個4.7歐的電阻

23、并聯(lián)得到，與實際有點不符。</p><p>　　改進：可以在穩(wěn)壓電路那里接一個調(diào)整管的安全工作區(qū)保護電路。這樣可使調(diào)整管既不因過電流而燒壞，又不因為過壓而擊穿。保護電路將更好！</p><p>　　心得體會：通過這次課程設計，我對于模電知識有了更深的了解，尤其是對與線性直流穩(wěn)壓電源方面的知識有了進一步的研究，希望以后有空還是再做做開關直流電源，讓自己更熟悉這方面的知識。同時實物的制作也提升

24、了我的動手能力，實踐能力得到了一定的鍛煉，思考問題也更加細心，和思考問題的思維也得到了一定的提升，又一次覺得自己的焊接技術還好，做出來的實物也相當滿意，這加深了我對模擬電路設計方面的興趣。理論與實踐得到了很好的結合，但在做仿真實驗很成功的同時，做出實物卻有比較大的誤差，所以仿真還是存在一定的錯誤，需要自己再耐心的思考和修改！而這個過程中跟組員合作也是一個合作能力的培訓，曾我們大家的意見不一致時大家不停地爭論，而最后還是能得到最完美的結論

25、！同時在做課程設計過程中，遇到不懂的地方，又讓我們明白到請教的重要性！所以很感謝師兄的指導。</p><p>　?。ㄆ撸┭b配圖（正反面）</p><p><b>　　附錄：元件清單</b></p><p>　　注：兩個4.7歐電阻并聯(lián)作用相當于仿真中1.5歐的電阻。</p><p>　　參考文獻：1、童詩白、華成英，《模