精品线性可调直流稳压电源.docx

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精品线性可调直流稳压电源

宁波大红鹰学院

《模拟电子技术》

课程设计报告

课题名称：

线性可调直流稳压电源

分院：

机械与电气工程学院

教研室：

电气工程及其自动化

班级：

11电自3

姓名：

XXX

学号：

xxxxxxxxxx

指导教师：

XXXXX

二○一三年十二月

线性可调直流稳压电源

一、设计任务

1、课题名称：

线性可调直流稳压电源

2、设计要求

①输出电压：

Vo=4.5～12.0V；

②最大输出电流：

Iomax≥1A；

③输出纹波：

VP-P≤10mV；

④电压调整率：

Ku≤5%（最大输出电流时）；

⑤电流调整率：

Ki≤3%。

（输出为12V时）。

二、硬件设计

1、直流稳压电源设计思路

（1）电网供电电压交流220V（有效值）50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。

（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向脉动直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。

（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。

（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给电压表。

2、直流稳压电源原理

（1）、直流稳压电源 

直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。

图1直流稳压电源的方框图

①电源变压器：

是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。

②整流电路：

利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电 

③滤波电路：

可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。

④稳压电路：

稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。

（2）、整流电路

①直流电路常采用二极管单相全波整流电路

图2单相桥式整流电路

②工作原理

设变压器副边电压u2=

U2sinωt，U2为有效值。

  在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。

正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。

图3单相桥式整流电路简易画法及波形图 

在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即 

电路中的每只二极管承受的最大反向电压为 （U2是变压器副边电压有效值）。

（3）、滤波电路——电容滤波电路原理图

采用滤波电路可滤除整流电路输出电压中的交流成分，使电压波形变得平滑。

常见的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。

在整流电路的输出端，即负载电阻RL两端并联一个电容量较大的电解电容C，则构成了电容滤波电路，如图4所示电路，由于滤波电容与负载并联，也称为并联滤波电路。

图4单相桥式整流电容滤波电路

从图3可以看出，当u2为正半周时, 电源

通过导通的二极管VD1、VD3向负载RL供电，并同时向电容C充电（将电能存储在电容里，如t1～t2），输出电压

u0=uc≈u2；u0达峰值后u2减小，当u0≥u2时，VD1、VD3提前截止，电容C通过RL放电，输出电压缓慢下降（如t2～t3），由于放电时间常数较大，电容放电速度很慢，当uc下降不多时u2已开始下一个上升周期，当u2＞u0时，电源u2又通过导通的VD2、VD4向负载RL供电，同时再给电容C充电（如t3～t4），如此周而复始。

电路进入稳态工作后，负载上得到如图中实线所示的近似锯齿的电压波形，与整流输出的脉动直流（虚线）相比，滤波后输出的电压平滑多了。

显然，放电时间常数RLC越大、输出电压越平滑。

若负载开路（RL=∞），电容无放电回路，输出电压将保持为u2的峰值不变。

 输出电压的估算：

        显然，电容滤波电路的输出电压与电容的放电时间常数τ=RLC有关，τ应远大于u2的周期T，分析及实验表明，当  

τ=RLC≥（3～5）T /2

时，滤波电路的输出电压可按下式估算，即  

UO≈1.2U2

整流二极管导通时间缩短了，存在瞬间的浪涌电流，要求二极管允许通过更大的电流，管子参数应满足  

IFM＞2IV=IO

在已知负载电阻RL的情况下，根据式子选择滤波电容C的容量，即                             

C≥（3～5）T /2RL

若容量偏小，输出电压UO将下降，一般均选择大容量的电解电容；电容的耐压应大于u2的峰值，同时要考虑电网电压波动的因素，留有足够的余量。

电容滤波电路的负载能力较差，仅适用于负载电流较小的场合。

（4）、稳压电路

图5稳压电路原理图

①电路的构成：

同相比例运算电路的输入电压为稳定电压，且比例系数可调，所以输出电压就可调；同时为了扩大输出电流，集成运放输出端加晶体管，并保持射极输出形式，就构成具有放大环节的串联型稳压电路。

用两个TIP41组成的复合管做调整管，电阻R1与稳压管D3构成基准电压电路，电阻R2、R3和R4为输出电压的采样电阻，集成运放LM358作为比较放大电路。

调整管、基准电压电路、采样电阻和比较放大电路构成串联型稳压电路的基本部分。

电容C1、C2和C3起到滤波作用。

②稳压原理：

由于某种原因（如电网电压波动或负载电阻的变化等）使输出电压U0升高（降低），采样电路将这一变化趋势送到A的反相输入端，并与同相输入端电位UZ经行比较放大；A的输出电压，即调整管的基极电位降低（升高）；因为电路采用射极输出形式，所以输出电压U0必然降低（升高），从而使U0得到稳定。

U0↑→UN↑→UB↓→U0↓

或

U0↓→UN↓→UB↑→U0↑

电路是靠引入深度电压负反馈来稳定输出电压的。

原理图

图6线性可调直流稳压电源原理图

实物

图7线性可调直流稳压电源正面

图8线性可调直流稳压电源反面

仿真结果：

①输出电压：

Vo=4.09～12.2V

②最大输出电流:

I0max≥1A

③输出纹波：

VP-P≤10mV

④电压调整率：

Ku=0%≤5%（最大输出电流时）

⑤电流调整率：

Ki=0.15%≤3%。

（输出为12V时）

实验结果：

1输出电压：

Vo=4.4～12.4V

2最大输出电流：

I0max=1.033A≥1A

③输出纹波：

VP-P≤10mV

3电压调整率：

0.08%≤Ku≤1.3%≤5%（最大输出电流时）

4电流调整率：

0.08%≤Ki≤1.25%≤3%。

（输出为12V时）

方案总结

图9最先设计方案

最先设计的方案稳压模块集成运放输出端通过电阻R3分压再通过调整管是输出端稳压。

通过焊好电路板测试时发现不能进行稳压，电压会随着负载的变化而变化，调整管射极输出端受到负载影响，稳定性较差。

优化设计方案后将电阻R1和R2去掉换成晶体管TIP41后稳压模块的稳定性受到的影响降低。

图10优化后方案

三、主要元器件

图11LM358

图12TIP41

图13IN4007

图14ZPD3.3V

四、元器件清单

元件

试验

R1

0.98kΩ

R2

2.5kΩ

R4

0.98kΩ

R3电位器

10.22kΩ

C1

1000uF

C2

1000uF

C3

1000uF

C4

1000uF

C5

1000uF

C6

1000uF

二极管

1N4007

表1元器件

五、课程设计总结

通过此次课程设计，使我对模拟电子技术方面的知识有更加深的认识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识领悟不够透彻和经验不足。

实践出真知，通过亲自动手操作，使我对书本上的知识更加看重，以前觉得书本上的知识就是应付考试就够了，但通过实际自己动手设计方案就发现书本上的知识非常有用，实践需要理论指导。

过而能改，善莫大焉。

在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。

最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的步骤。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后经过多次试验后优化方案解决了稳定性差的问题。

课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升。

设计让我感触很深。

使我对抽象的理论有了具体的认识。

通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用仪器、仪表；了解了电路的连线方法；以及如何提高电路的性能等等，掌握了可调直流稳压电源构造及原理。

我认为，在这次课程设计中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。

回顾起这次课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

课程设计过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。

果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。

此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教，从书本和网络上寻找解决的办法，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。