串联型直流稳压电源电路实施方案报告.docx

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串联型直流稳压电源电路实施方案报告

串联型直流稳压电源设计报告

一、计题目

题目：

串联型直流稳压电源

二、计任务和要求

要求：

设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成地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；

三、理电路和程序设计：

1、方案比较

方案一：

先对输入电压进行降压，然后用单相桥式二极管对其进行整流，整流后利用电容地充放电效应，用电解电容对其进行滤波，将脉动地直流电压变为更加平滑地直流电压，稳压部分地单元电路由稳压管和三极管组成（如图1），以稳压管D1电压作为三极管Q1地基准电压，电路引入电压负反馈，当电网电压波动引起R2两端电压地变化增大（减小）时，晶体管发射极电位将随着升高（降低），而稳压管端地电压基本不变，故基极电位不变，所以由

可知

将减小（升高）导致基极电流和发射极电流地减小（增大），使得R两端地电压降低（升高），从而达到稳压地效果.负电源部分与正电源相对称，原理一样.

图1方案一稳压部分电路

方案二：

经有中间抽头地变压器输出后，整流部分同方案一一样擦用四个二极管组成地单相桥式整流电路，整流后地脉动直流接滤波电路，滤波电路由两个电容组成，先用一个较大阻值地点解电容对其进行低频滤波，再用一个较低阻值地陶瓷电容对其进行高频滤波，从而使得滤波后地电压更平滑，波动更小.滤波后地电路接接稳压电路，稳压部分地电路如图2所示，方案二地稳压部分由调整管，比较放大电路，基准电压电路，采样电路组成.当采样电路地输出端电压升高（降低）时采样电路将这一变化送到A地反相输入端，然后与同相输入端地电位进行比较放大，运放地输出电压，即调整管地基极电位降低（升高）；由于电路采用射极输出形式，所以输出电压必然降低（升高），从而使输出电压得到稳定.

图2方案二稳压部分单元电路

对以上两个方案进行比较，可以发发现第一个方案为线性稳压电源，具备基本地稳压效果，但是只是基本地调整管电路，输出电压不可调，而且输出电流不大，而第二个方案使用了运放和调整管作为稳压电路，输出电压可调，功率也较高，可以输出较大地电流.稳定效果也比第一个方案要好，所以选择第二个方案作为本次课程设计地方案.

2、电路框图

整体电路地框架如下图所示，先有22V-15V地变压器对其进行变压，变压后再对其进行整流，整流后是高低频地滤波电路，最后是由采样电路、比较放大电路和基准电路三个小地单元电路组成地稳压电路，稳压后为了进一步得到更加稳定地电压，在稳压电路后再对其进行小小地率波，最后得到正负输出地稳压电源.

变压电路

全波整流

正极滤波电路

负极滤波电路

稳压

电路

比较放大

采样电路

基准电压

稳压

电路

基准电压

比较放大

采样电路

输出滤波电路

输出滤波电路

正极输出端

负极输出端

共地端

3、电路设计及元器件选择；

（1）、变压器地设计和选择

本次课程设计地要求是输出正负9伏和正负6负地双电压电源，输出电压较低，而一般地调整管地饱和管压降在2-3伏左右，由

，

为饱和管压降，而

=9V为输出最大电压，

为最小地输入电压，以饱和管压降

=3伏计算，为了使调整管工作在放大区，输入电压最小不能小于12V，为保险起见，可以选择220V-15V地变压器，再由P=UI可知，变压器地功率应该为0.5A×9V=4.5w，所以变压器地功率绝对不能低于4.5w，并且串联稳压电源工作时产生地热量较大，效率不高，所以变压器功率需要选择相对大些地变压器.结合市场上常见地变压器地型号，可以选择常见地变压范围为220V-15V，额定功率12W，额定电流1A地变压器.

（2）、整流电路地设计及整流二极管地选择

由于输出电流最大只要求500mA，电流比较低，所以整流电路地设计可以选择常见地单相桥式整流电路，由4个串并联地二极管组成，具体电路如图3所示.

图3单相桥式整流电路

二极管地选择：

当忽略二极管地开启电压与导通压降，且当负载为纯阻性负载时，我们可以得到二极管地平均电压为

：

=

=

=0.9

其中

为变压器次级交流电压地有效值.我们可以求得

=13.5v.

对于全波整流来说，如果两个次级线圈输出电压有效值为

，则处于截止状态地二极管承受地最大反向电压将是

，即为34.2v

考虑电网波动（通常波动为10%，为保险起见取30%地波动）我们可以得到

应该大于19.3V，最大反向电压应该大于48.8V.在输出电流最大为500mA地情况下我们可以选择额定电流为1A，反向耐压为1000V地二极管IN4007.

（3）、滤波电容地选择

当滤波电容

偏小时，滤波器输出电压脉动系数大；而

偏大时，整流二极管导通角θ偏小，整流管峰值电流增大.不仅对整流二极管参数要求高，另一方面，整流电流波形与正弦电压波形偏离大，谐波失真严重，功率因数低.所以电容地取值应当有一个范围，由前面地计算我们已经得出变压器地次级线圈电压为15V，当输出电流为0.5A时，我们可以求得电路地负载为18欧，我们可以根据滤波电容地计算公式：

C=（3～5）

来求滤波电容地取值范围，其中在电路频率为50HZ地情况下，T为20ms则电容地取值范围为1667-2750uF，保险起见我们可以取标准值为2200uF额定电压为35V地铝点解电容.

另外，由于实际电阻或电路中可能存在寄生电感和寄生电容等因素，电路中极有可能产生高频信号，所以需要一个小地陶瓷电容来滤去这些高频信号.我们可以选择一个104地陶瓷电容来作为高频滤波电容.滤波电路如上图.

（4）、稳压电路地设计

稳压电路组要由四部分构成：

调整管，基准稳压电路，比较放大电路，采样电路.当采样电路地输出端电压升高（降低）时采样电路将这一变化送到A地反相输入端，然后与同相输入端地电位进行比较放大，运放地输出电压，即调整管地基极电位降低（高）；由于电路采用射极输出形式，所以输出电压必然降低（升高），从而使输出电压得到稳定.由于输出电流较大，达到500mA，为防止电流过大烧坏调整管，需要选择功率中等或者较大地三极管，调整管地击穿电流必须大于500mA，又由于三极管CE间地承受地最大管压降应该大于15-6=9V，考虑到30%地电网波动，我们地调整管所能承受地最大管压降应该大于13V，最小功率应该达到

=6.5W.我们可以选择适合这些参数，并且在市场上容易买到地中功率三极管TIP41，它地最大功率为60W,最大电流超过6A，所能承受地最大管压降为100V，远远满足调整管地条件.负极地调整管则选择与之相对应地地中功率三极管TIP42.基准电路由5.1V地稳压管和4.7V地保护电阻组成.由于输出电压要求为6伏和9伏，如果采样电路取固定值则容易造成误差，所以采样电阻最好应该做成可调地，固采样电路由两个电阻和一个可调电阻组成，根据公式：

求出.其中

为运放正反相输入端地电阻，

为输出端正极（负极）与共地端之间地电阻，

为稳压管地稳压值.固可以取330、和1.5k地固定电阻置于1k地滑阻两旁避免当滑

为0.所以根据此公式可求地电路地输出电压为5.772-9.622V.可以输出6V和9V地电压，运放选用工作电压在15V左右前对电压稳定性要求不是很高地运放，由于uA741地工作电压为正负12V-正负22V，范围较大，可以用其作为运放，因为整流后地电压波动不是很大，所以运放地工作电源可以利用整流后地电压来对其进行供电.正稳压电路地正极和负极分别如下图

为了使输出电压更稳定，输出纹波更小，需奥对输出端进行再次滤波，可在输出端接一个10uf地点解电容和一个103地陶瓷电容，这样电源不容易受到负载地干扰.使得电源地性质更好，电压更稳定，

四、画出系统地电路总图

元件清单

名称及标号

型号及大小

封装形式

数量

变压器

220V-15V

无

1

二极管

IN4007

DIODE-0.4

4个

电容

电解电容

2200uF

RB.3/.6

2个

10uF

RB.2/.4

2个

陶瓷电容

104

RAD-0.2

2个

103

RAD-0.1

2个

电阻

4.7K

AXIAL-0.3

2个

330

AXIAL-0.3

2个

1.5k

AXIAL-0.3

2个

可变电阻

1k

Sip3

2个

运放

uA741

DIP8

2个

稳压管

5.1v

DIODE-0.4

2个

调整管

TIP41

TO220

1个

TIP42

TO220

1个

五、电路地调试及仿真数据

正负输出地可调地最大值和最小值电压数据如下图：

理论值为，而实际地测量值是在，造成0.89V地可调误差，原因是由于可调电阻地实际调节范围偏大，导致输出电压偏大.

调节可变电阻，可以得到课程设计所要求输出地6V和9V地电压，仿真数据如下：

电路输出直流电地波形图如下图

电压地直流电波形为标准地直线，达到设计地要求

而实际测量时也是这样，输出波形基本为一条直线

电路输出纹波波形

纹波电压在2.5mV左右，比要求地5mV要低，而实际测量时，纹波地电压只有0.9mV，远远低于所要求地5mV，所以符合要求.

六总结

本课程设计运用了模拟电路地基本知识，通过变压，整流，滤波、稳压等步骤，输出理论可变范围为5.772V-9.622V而实际可调范围为5.78V-10.45V地正负直流稳压电源.总结如下：

优点：

该电路设计简单.输出电压稳定，纹波值小，而且使用地元件较少，经济实惠，输出功率大，调整管可承受地范围也很大，.

缺点：

电压缺少一个保护电路，当电路由于偶然原因出现高地电压脉冲时，有可能对电路造成危害，使得电路故障率提高.

改进：

可以在稳压电路那里再接一个过保护电路电路.减少接电或断电时产生地瞬间高电压对电路元件地破坏.另外，ua741芯片较为古老，性能不稳定，已跟不上时代地需要所以运放可以重新选择性能更好，更稳定地芯片.

心得体会：

通过这次课程设计，我对于模电知识有了更深地了解，尤其是对与线性直流稳压电源方面地知识有了进一步地研究.同时实物地制作也提升了我地动手能力，实践能力得到了一定地锻炼，加深了我对模拟电路设计方面地兴趣.理论与实践得到了很好地结合.

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