串联直流稳压电源的设计.docx
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串联直流稳压电源的设计
串联直流稳压电源的设计
学生姓名：
李帅学号：
08050445X24
学院：
中北大学信息商务学院
专业：
电气工程及其自动化
指导老师：
付巍
2011年1月5日
目录
1引言
1课程设计目的
了解设计性实验的基本要求和步骤，进一步掌握模拟电子技术中线性直流稳压电源方面的知识，提升动手能力和实践能力，加深对模拟电路设计方面的兴趣。
使理论与实践得到充分的结合。
2课程设计要求
2.1本题目由学号为13～24的学生完成。
2.2设计一个串联直流稳压电源。
要求输入交流电压：
U=220V，f=50Hz，输出直流电压：
U=5V，输出直流电流：
I＜1A。
小功率直流电源一般由交流电源、变压器、整流、滤波和稳压电路几个部分组成。
2.3所设计的电路在Multisim仿真软件中，进行测试。
3课程设计内容
3.1使用的元器件
变压器，二极管，电容，集成运算放大器，电阻，可变电阻，稳压管，调整管。
3.2设计过程
3.21变压器的设计
本次课程设计的要求是输出正负5伏和正负5伏的双电压电源，输出电压较低，而一般的调整管的饱和管压降在2-3伏左右，由
，
为饱和管压降，而
=5V为输出最大电压，
为最小的输入电压，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8V，为保险起见，可以选择220V-15V的变压器，再由P=UI可知，变压器的功率应该为0.5A×5V=2.5w，所以变压器的功率绝对不能低于2.5w，并且串联稳压电源工作时产生的热量较大，效率不高，所以变压器功率需要选择
图1单相桥式整流电路
相对大些的变压器。
结合市场上常见的变压器的型号，可以选择常见的变压范围为220V-15V，额定功率12W，额定电流1A的变压器。
3.22整流电路的设计及整流二极管的选择
由于输出电流I<1A电流比较低，所以整流电路的设计可以选择常见的单相桥式整流电路，由4个串并联的二极管组成，具体电路如图1所示。
二极管的选择：
当忽略二极管的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的平均电压为
：
=
=
=0.9
其中
为变压器次级交流电压的有效值。
我们可以求得
=9v。
对于全波整流来说，如果两个次级线圈输出电压有效值为
，则处于截止状态的二极管承受的最大反向电压将是
，即为25.5v
考虑电网波动（通常波动为10%，为保险起见取30%的波动）我们可以得到
应该大于11.7V，最大反向电压应该大于33.15V。
在输出电流I<1A的情况下选择额定电流为1A，反向耐压为1000V的二极管IN4007.
3.23滤波电容器的选择
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10V，当输出电流为0.5A时，我们可以求得电路的负载为8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375-625uF，保险起见我们可以取标准值为500uF额定电压为8V的铝点解电容。
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，所以需要一个小的陶瓷电容来滤去这些高频信号。
我们可以选择一个104的陶瓷电容来作为高频滤波电容。
滤波电路如上图。
3.34稳压电路的设计
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。
当采样电路的输出端电压升高（降低）时采样电路将这一变化送到A的反相输入端，然后与同相输入端的电位进行比较放大，运放的输出电压，即调整管的基极电位降低（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1A，为防止电流过大烧坏调整管，需要选择功率中等或者较大的三极管，调整管的击穿电流必须大于1A，又由于三极管CE间的承受的最大管压降应该大于5V，考虑到30%的电网波动，我们的调整管所能承受的最大管压降应该大于8V，最小功率应该达到
=0.5W。
我们可以选择适合这些参数，并且在市场上容易买到的中功率三极管TIP41，它的最大功率为60W,最大电流超过6A，所能承受的最大管压降为100V，远远满足调整管的条件。
负极的调整管则选择与之相对应的的中功率三极管TIP42。
基准电路由5.1V的稳压管和4.7V的保护电阻组成。
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的，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的电阻，
为输出端正极（负极）与共地端之间的电阻，
为稳压管的稳压值。
固可以取330、和1.5k的固定电阻置于1k的滑阻两旁避免当滑
为0.所以根据此公式可求的电路的输出电压为3.895-6.252V。
可以输出5V和5V的电压，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的运放，由于uA741的工作电压为正负12V-正负22V，范围较大，可以用其作为运放，因为整流后的电压波动不是很大，所以运放的工作电源可以利用整流后的电压来对其进行供电。
正稳压电路的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的点解电容和一个103的陶瓷电容，这样电源不容易受到负载的干扰。
使得电源的性质更好，电压更稳定，
3.35画出系统的电路总图
3.3流程图
3.4设计过程中遇到的困难和解决方法
遇到的困难：
设计过程中容易缺失器件和步骤导致结果发生错误，并且在器件数据的选择上经常出现误差，存在计算错误。
解决方法：
设计过程应谨慎严密，充分考虑元器件的使用方法和阈量，注意选取元件公式的计算。
3.5电路仿真过程与遇到的困难和解决方法
3.6在Multisim仿真软件中的电路图和结果
调节可变电阻，可以得到课程设计所要求输出的6V和9V的电压，仿真数据如下：
电路输出直流电的波形图如下图
电压的直流电波形为标准的直线，达到设计的要求
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
4心得体会
5参考文献
[1]康华光编《电子技术基础模拟部分》,北京高等教育出版社,2001年1月版
[2]张宪编《电子电路制作指导》，北京化学工业出版社，2005年8月版
[3]张友汉编《电子技术基础教学参考书》,北京高等教育出版社,2005年6月版
[4]杨刚编《模拟电子技术基础实验》,北京电子工业出版社,2003年11月版
[5]电子技术基础模拟部分（第5版）华中科大康光华主编
[6]电子技术基础实验指导书（第1版）新疆大学电气工程学院编
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