串联型直流稳压电源设计电子电路设计课程设计.docx

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串联型直流稳压电源设计电子电路设计课程设计

串联型直流稳压电源设计报告

一、设计任务和要求

要求：

设计并制作一个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、在最大输出电流的时候纹波电压峰值▲Vop-p≤5mv；

二、原理电路设计

（1）方案比较与确定

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，整流后利用电容的充放电效应，用电解电容对其进行滤波，将脉动的直流电压变为更加平滑的直流电压，稳压部分的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的基准电压，电路引入电压负反馈，当电网电压波动引起R2两端电压的变化增大（减小）时，晶体管发射极电位将随着升高（降低），而稳压管端的电压基本不变，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的减小（增大），使得R两端的电压降低（升高），从而达到稳压的效果。

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：

经有中间抽头的变压器输出后，整流部分同方案一一样擦用四个二极管组成的单相桥式整流电路，整流后的脉动直流接滤波电路，滤波电路由两个电容组成，先用一个较大阻值的点解电容对其进行低频滤波，再用一个较低阻值的陶瓷电容对其进行高频滤波，从而使得滤波后的电压更平滑，波动更小。

滤波后的电路接接稳压电路，稳压部分的电路如图2所示，方案二的稳压部分由调整管，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（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，可以发现第一个方案为线性稳压电源，具备基本的稳压效果，但是只是基本的调整管电路，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，可以输出较大的电流。

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的方案。

2、整体电路框图的确定

整体电路的框架如下图所示，先有22V-15V的变压器对其进行变压，变压后再对其进行整流，整流后是高低频的滤波电路，最后是由采样电路、比较放大电路和基准电路三个小的单元电路组成的稳压电路，稳压后为了进一步得到更加稳定的电压，在稳压电路后再对其进行小小的滤波，最后用一个自锁开关实现正负极输出。

整体电路框图

3、电路设计及元器件选择；

（1）、变压器的设计和选择

本次课程设计的要求是输出正负9伏和正负6负的双电压电源，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=9V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12V，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×9V=4.5w，所以变压器的功率绝对不能低于4.5w，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。

（2）、整流电路的设计及整流二极管的选择

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3所示。

图3单相桥式整流电路

实际选用KBP206整流桥

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=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，则处于截止状态的二极管承受的最大反向电压将是，即为34.2v

考虑电网波动（通常波动为10%，为保险起见取30%的波动）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的情况下我们仿真时选择具有四个二极管组成的整流管1B4B42，实际焊接电路时我们选用了KBP206整流桥。

（3）、滤波电容的选择

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15V，当输出电流为0.5A时，我们可以求得电路的负载为18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1667-2750uF，保险起见我们可以取标准值为2200uF额定电压为25V的电容。

滤波电路如上图

（4）、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的三极管，调整管的击穿电流必须大于500mA，又由于三极管CE间的承受的最大管压降应该大于15-6=9V，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。

采样电路由三个电阻组成，如图

参数选择：

实际选用的稳压管为1N4731，理论稳压值为4.224V。

选=1K，令U=6V（和9V），根据公式：

可算出R1约等于430欧，R2约等于1.1K欧。

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

保护电路部分：

用一个自锁开关实现正负极输出，自锁开关接线如下图。

三、仿真结果

仿真电路图

6V档：

9V档：

纹波：

远小于5mv

四、电路调试过程与结果

（1）实物图片

（2）实测数据

实测电压分别为6.05V和9.09V，在误差允许的范围内

（3）误差分析

原件参数不准确，存在误差。

元件清单

名称及标号

型号及大小

数量

变压器

220V-15V

1个

整流桥

KBP206

1个

电容

2200uF

1个

104

1个

电阻

3K

1个

2

1个

3

1个

430

1个

1k

2个

100

1个

运放

LM324

1个

稳压管

1N4731

1个

调整管

TIP41

2个

自锁开关

1个

单刀双掷开关

1个

五．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，理论输出电压分别为6.041V和8.871V，实际输出电压为6.05V和9.09V。

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：

这次模电课程设计从国庆之前就已经听说要做了，而且开了动员大会，听老师解释了各个题目，但是那时完全听不懂，原来自己上学期刚学习过的内容这学期基本上时间忘记了，而且当时不知从那里动手，所以一拖再拖，国庆过去了，亚运停课又忙于各种事，一直到11月底才开始想着怎样去动手。

于是开始跑图书馆，开始在网上查资料，开始请教同学，接着跑去买元件，晚上焊接电路直到二三点，最后还要跑去理学馆调试，没有想到和舍友忙活了一个星期最后是什么波形也没有出来，第一次我们做的是波形发生电路，听说是最难的，但是我们还是做出了实物，但是调试了三四次都没有波形出现，当时就想砸了它，老师也没有检查出什么问题，那可是花了我们一个星期的心血啊！

最后，为了完成课程设计，只能放弃，重新选做串联型直流稳压电源，和绝大多数同学那样，因为这个很容易，所以很快就完成了。

虽然没有完成之前想做的那个题目，但是从这次课程设计实习中，确实学到许多书本上没有学到的东西，实践永远胜于理论，只有付诸实践，才能真正提高自己的能力，纸上谈兵到最后是没有用的！

还有就是学过的知识要及时复习巩固才能更熟练地使用，为自己服务!