模电课程设计Word文档下载推荐.docx
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自耦变压器一台
低频毫伏表一台
示波器一台
万用表一块
滑线变阻器(或电阻箱)一台
实验原理:
常用的直流稳压电源有以下方案可供选择:
(1)硅稳压管并联式稳压电路。
这种电路结构简单,但输出电压固定,负载能力小。
(2)串联型直流稳压电源。
这种电路的输出电源稳定性,负载能力和可调性能都较好。
(3)三段集成稳压器。
这种电路的实质是第
(2)种电路的集成化和优化。
(4)串联或并联型稳压电源。
这种电路的最大优点是效率高,可达75%~90%。
(5)直流变换型电源。
这种电路可以把不稳定的直流高压变换为稳定的直流低压,更多情况是用于把不稳定的直流低压变换温稳定的直流高压,也就是实现DC-CD变换。
根据本课题的任务和技术指标要求,对系统效率未作要求,而对输出电流,电压调整率作出一定的要求,可选
(2)或(3)方案。
而方案
(2)更能锻炼学生理解问题的能力,所以选择
(2)方案为设计对象。
方案
(2)的原理及其原理图如下:
~220V
变压电路
滤波电路
稳压电路
直流电压
1.串联型稳压电源电路设计
(1)功能框设计
(1)变压部分通过变压器即可实现
(2)整流部分一般采用桥式整流,可采用4个整流二极管接成桥式,也可采用二极管整流桥堆。
(3)滤波部分在输出电流不大的情况下一般采用电容滤波即可。
(4)稳压部分由串联型稳压电路构成,采用恒流源电路作为放大管的集电极负载,并且采用了调整管过流保护电路,式稳压电路的性能得到提高。
(二)单元电路设计
1.整流滤波电路设计
(1)技术指标
①整流滤波电路的输出电压VO1=14V;
②输出负载电流I01>
=110mA;
③交流电网电压~220V,50Hz。
(2)选择整流管和变压器次级电压有效值V2
①球变压器的次级电压的有效值
整流滤波电路有负载时的直流输出电压V01≈1.2V2,由此式可求的变压器次级电压的有效值V2为
V2=V01/1.2=14/1.2=11.67
②流过每管的平均电流为
ID=I01/2=110/2=55mA
则所选整流管的IDM>
ID
③每个整流二极管承受的最大反向电压为
VRMAX=
V2=
×
11.67=16.5
则所选整流管的VRM>
VRMAX
④根据IDM>
ID和VRM>
VRMAX的要求,查表选择整流管的类型,可以知道选择4个4007的二极管。
(3)选择滤波电容C1
整流滤波电路的滤波电容C1可按下式求:
C1≥(3~5)T/2RL1
式中,T是交流电网电压的周期,RL1是整流滤波电路的负载电阻,T=1/f=1/50=0.02s,RL1=V01/I01=14/110mA=127
.可取
C1≥5T/2RL1=393.7uF;
因此,C1可以选择470uF;
(4)确定对直流变压器的要求
变压器次级电压有效值V2=V01/1.2,次级电流有效值I2=(1.1~3)IL,现在取
I2=1.5IL=165mA;
据V2和I2选用电源变压器
2.稳压电路设计
(1)稳压电路的工作原理
带有直流放大环节的串联型晶体管稳压电路的基本形式如图,这种稳压电路的稳压性能较好。
如图,T1为调整管,R1,R2组成取样电路,T2,RC组成比较放大器,RC既是T2的集电极负载,又是T1的偏置电阻;
DZ,R3组成基准点压电路,提供基准电压V2,并利用DZ具有正温度系数的特性来补偿T2发射结电压的负温度系数,以减小直流放大器的零点漂移,R3为DZ的限流电阻。
比较放大器用来放大取样电压与基准电压相比较(想减)所得的信号,从而控制调整管C,E间电阻即改变调整管T1的管压降VCE1,达到稳压输出电压V0的目的。
这个稳压电路的主回路是调整管T1与负载RL相串联构成的,故称为串联式稳压电路
影响稳压电路输出电压V0稳定的主要因素是:
输出直流电压V1,输出电流I0和环境温度
当负载RL变化时:
RL↑→I0↓→V0↑→VB2↑→VC2↓→VB1↓→VCE1↑→V0↓
当电网电压变化引起V1变化时:
V1↑→V0↑→VB2↑→VC2↓→VB1↓→VCE1↑→V0↓
(2)具体稳压电路的设计
①选择输入电压V1
为保证复合调整管T1T2工作与放大区,需要一定的管压降VCE,故整流滤波电路的输出电压,既稳压电路的输入电压V1应大于稳压电路的输出电压V0和保护电路的取样电阻R5上的压降VR5之和。
二本稳压电路是输出可调的稳压电路,故负荷调整管得压降VCE在输出电压V0的变化范围之内始终应大于其饱和压降VCE和VCEO。
允许电压网有±
10%的波动,因
此V1的最小值应满足:
VIMIN≥VOMAX+VCEMIN+VR5式中,VOMAX未稳压电路输出电压的最大值9V;
VCEMIN为调整管的最小管压降;
VR5为保护取样电阻R5上的压降。
又有VCEMIN≈VCE
T1,T2均为硅管,其VCE取1~3V,VR5=0.5V,则有VIMIN≥12.5V,VI=VIMIN/0.9=14V.即VIMIN=0.9VI,VIMAX=1.1VI
②选择整流管
1.选择复合调整管中的大功率管T1
流过T1的电流包括流过负载的电流I0和稳压电路本身小号的电流,过流保护是稳压电路的最大输出电流为100mA,则流过T1的最大电流为IC1MAX=100mA,T1的最大管压降发生在电网电压最高,输出V0最小,过载保护电路动作之前,即VCE1MAX=V1MAX-VOMIN
T1的最大管耗为PC1MAX=VCE1MAXIC1MAX
2.选择复合调整管中的小功率管T2
T2的选择原则与T1的选择原则相同。
则有IC2MAX=IB1MAX=IC1MAX/hfl,
VCE2MAX=14V,PC2MAX=VCE2MAXIC2MAX,由以上参数的极限可得,T2选择3DG高频小功能率管即可。
IB2MAX=IC2MAX/hfe2复合管T1,T2也可直接选用达林管
3.比较放大电路的计算
①D7的选择
比较放大管T3选用硅管NPN三极管,那么D7可选用硅二极管,当它正向导通时,两端电压约等于0.7V,此电压用来作基准电压源。
所以D7可选用3DG型三极管的发射结,其正向压降做基准电压源。
②比较放大管T3的选择
T3的管压降VCE3MAX=VOMAX+VBE1+VBE2-VD7,T2的IB2MAX为微安的数量级。
因为比较放大器是小信号放大电路,其静态集电极电流为毫安的数量级,此处可选IC3=1.5mA,则有:
PC3MAX=VCE3MAXIC3
T3可以选择3DG型的小功率管。
设T3的HFE3=50.
③恒流源电路的确定
恒流源电路由T4、D5、D6、R3和R4组成。
选T4
恒流源电路的集电极电流IC4应满足:
IC4=IB2MAX+IC3
T4可选择3CG型小功率管。
设HREF=50,IB4=IC4/HFE4
选D5、D6
D5、D6可用两只3DG型三极管的集电极代替,由于D5、D6通过R3导通后的正向压降具有稳压作用,故D5、D6导通后的正向压降之和为VD=1.2~1.4V是稳定的。
选R4
流过T4的电流IC4=(VD-VBE4)/R4,而IC4=IB2MAX+IC3,故可求得:
R4=(VD-VBE4)/IC4
选R3
流过R3的电流IR3≥10IB4,取毫安的数量级,则有
R3=(V1-VD-VD7)/IR3
④取样电路的确定
取样电路由R1、RW1和R2,流过取样支路的电流应大于比较放大管的基极电流,而在电源空载(Io=0)时,要有一定的电流流过T1,以保证T1的HFE1不至于太低。
一般取样支路的电流按输出电流IOMAX的2%左右选取。
当RW1动端调至最下端即RW1阻值最大时,Vo=9V时,则有
(R1//R2)+R2=VOMAX/(2%IOMAX)
取R2:
(R1//RW1)=1:
5;
⑤保护电路的确定
保护电路是由T5和R5组成的限流式保护电路,设保护管T5开始导通时的电压VBE=0.5V,I’omax=100mA时保护电路动作,故保护电路的取样电阻R5为
R5=Vbe/I’omax
R5可在调试时在确定其数值大小。
T5可选3DG型小功率管。
⑥C2、C3、C4的作用及选择
C2接复合调整管的基极和地之间,可选C2=0.033Uf,它的作用是使高频增益衰减而防止震荡的产生。
为了进一步减小稳压电路的动态输出电阻,可在稳压电路的输出端接一个大量的电容C4,本电路中C4=100uF25V。
C4还有滤波作用,而且可以防止负载中的交流成分流进调整管。
电容C3可以进一步减小输出波纹分量,而且可以防止寄生震荡。
本电路取C3=10uF25V
根据以上要求设计出来的元件清单:
名称及标号
型号及大小
数量
变压器
220V-12V
1
二极管
IN4007
7个
电容
电解电容
470uF
1个
100uF
10uF
陶瓷电容
103
电阻
12K
390
700
30K
5.1
可变电阻
10k
三极管
9012
1个
3DG6
3个
3DG6
根据以上要求设计出来的电路图
二、串联型直流稳压电源的调整和测试
1首先检查电路的元件是否有装配错误,特别应检查晶体管、二极管、二极管及电解电容等元件的极性有无接反。
再检查焊点有无漏焊、虚焊,特别应注意焊点之间或线路间有无短接,防止通电后由于某一部分的短路导致原器件损坏。
2空载检查
(1)检查整流滤波部分
把整流滤波部分和稳压部分断开,然后接通电源。
通电后,调节自耦变压器,使V1由小增大,测量Vo1,是否正常,当V1=220V时,VO1是否为设计值,如正常,测试下一步,如不正常,先排除故障再测试。
(2)检查稳压电路
把整流滤波部分和稳压部分联通,断开保护电路,然后接通电源,用万用表检查输出电压是否正常,调节RW1,输出电压应在1.5—9V之间连续可调,否则可适当更换电阻R1的阻值。
测量空载是电路的总电流,此电流应不小于10mA。
如无输出,则说明电路有故障,应排除故障后再继续调试。
3接通保护电路,在稳压电路输出端接假负载RL=56欧姆,可用滑线变阻器或电阻箱作假负载电阻。
将电流串联在负载回路中,电流表量程选在合适的位置。
(1)调Rw1,看输出电压是否随之变化,变化正常则说明电路工作正常,否则,先排除故障再调试。
(2)将输出电压调在额定值4.5V,然后改变Rl数值,使输出电流达到80mA,这时输出电压应基本不降低。
当输出电流升高到100mA后,过流保护电路工作,是输出电压逐渐降低,起到限流保护作用。
(3)将输入电压变化约5%或10%,这时输出电压应稳定在正常值。
如稳定不良,则应检查取样电路,基准电路,输入电压及调整管,比较放大器等各级电压。
比较放大器基极电位太高或太低将引起集电极电位太高或太低,这会造成稳定不良。
原因可能是作基准电压用的二极管基准电压不对或取样电阻,微调电位器阻值不对或损坏。
(4)检查调整管的功能
在输入电压最高,及Vi’=(1+10%)Vi时,调整管的Vce*Io应不大于晶体管所允许的最大功耗Pcm。
在通电15分钟后用手摸时无异常升温现象。
(5)用示波器观察输出是否有寄生振荡,如有高频寄生振荡,可加大防振电容。
4测量稳压系数S和电源内阻r。
(1)测量稳压系数S
在负载电流为额定值时(Io=80mA),分别测V1±
10%V1,即可调节变压器,使V1’=242V和V1”=198V对应的输出电压变化△Vo,将两个结果中大的代入稳压系数公式求解。
(2)测量稳压电源的内阻r。
在V1=220V时,改变负载阻值,测量相应的输出电流的变化量△I。
,读出相应的输出电压的变化量△V。
,相除即得到内阻r。
。
5故障分析
(1)Vo=0,这是由于调整管T1截止或Vi不正常造成的。
首先查整流滤波电路输出电压,如其不正常,则先检查和排除整流滤波电路故障;
如其为正常值,则说明调整管或电路其他部分有故障。
可断开T1基极,观察输出电压有无变化,如Vo升高接近Vi,则说明故障再比较放大级,检查T3是否损坏或断路,各点连接是否正确,找到故障并排除之。
(2)Vo=V1左右时,说明调整管T1饱和,把T3集电极断开,如Vo降到0,表明调整级良好,故障出在比较放大级,检查比较放大部分,找到故障并排除之。
如Vo仍不下降,表明故障在调整管部分,并找到故障并排除。
三、电路的调试及仿真数据
1输入信号:
2整流滤波输出:
3最后输出(有负载):
4同一时刻电压电流输出:
六总结
本课程设计运用了模拟电路的基本知识,通过变压,整流,滤波、稳压等步骤,输出理论可变范围为1.5-9V而实际可调范围为1.6V-9.7V的正负直流稳压电源。
总结如下:
优点:
该电路设计简单。
输出电压稳定,纹波值小,而且使用的元件较少,经济实惠,输出功率大,调整管可承受的范围也很大,。
心得体会:
通过这次课程设计,我对于模电知识有了更深的了解,尤其是对与串联型直流稳压电源方面的知识有了进一步的研究。
同时实物的制作也提升了我的动手能力,实践能力得到了一定的锻炼,加深了我对模拟电路设计方面的兴趣。
理论与实践得到了很好的结合。
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