可调串联型稳压电路DIY.docx
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可调串联型稳压电路DIY
串联型晶体管稳压电路
一、设计任务和要求：
任务：
设计并制作由晶体管组成的可调串联型直流稳压电路
要求：
1、输出电压5V~15V
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；
二、电路设计方案分析与论证：
直流稳压电源原理框图如图：
1、方案一：
先对交流输入电压进行降压，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作用对其进行滤波，滤波电路由电容和电阻组成，先用一个“π”型滤波器对其进行低频滤波，再用一个较低阻值的陶瓷电容对其进行高频滤波，从而使得脉动的直流电压变为更加平滑，波动更小的直流电压，滤波后，紧接着是稳压，稳压部分是由取样环节，基准环节，比较放大环节和调整环节组成。
当取样环节的输出端电压升高（降低）时取样出的电压将这一变化送到比较放大环节的输入端，然后与由稳压管构成的基准环节电位进行比较放大，放大后的电压驱动调整管（大功率晶体管）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。
考虑到输出电流500mA，我们选了功率较大TIP122调整管（65W）。
2、方案二：
在变压整流模块和稳压电路中的取样，比较放大环节还是采用方案一的设计思路。
到了阻容模块时，首先对整流后的输入信号进行大幅度滤波，接着串联一电阻后接入小容量的“π”型滤波。
采用Q1，Q2组成复合调整管，Q1是大功率管与负载串联，用于调整输出电压。
稳压在6.8v,是方案一的两倍多，且该换为D880调整管（60V3A10W）
3、论证：
方案一，经过了反复的调试修改最终能实现5v—15v的调节，但输出的可调不稳定！
这就导致了不能稳压可调。
由于调整管功率（65W）较大且实际电路达不到这一数值，所以输出电流值是通过示波器调试得到的，也只有300mA!
为此经过讨论设计方案二，针对方案一的缺点，我们对稳压电路的调整环节进行改进，采用复合式调整管同时换用较小些功率管（10W），这样就能通过管子发热得到上下限的输出电流500mA！
同样经过多次的调试，结果能实现稳压可调！
缺点是可调范围降为8v—14v，但能基本达到要求。
总之，两方案各有优缺点！
三、电路设计及原理：
方案一,电路设计：
（1）、变压整流模块；由公式P=UI可知，变压器的功率应该为0.5A×10V=5.0w，所以变压器的功率绝对不能低于5.0w，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。
结合实际电路设计，我们选择常见的变压范围为220V-15V，额定功率10W，额定电流1A的变压器。
由于输出电流最大只要求500mA，电流不算高，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1N4007（额定电流为1A，反向耐压为1000V）组成，具体电路如下图所示。
（2）、阻容滤波模块；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。
所以电容的取值应当有一个范围，由当前的电路设计为保险起见我们取标准值为100uF，额定电压为,50V的电解电容。
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104来滤去这些高频信号。
我们是选择了“π”型滤波电路，如下图：
（3）、稳压电路的设计
稳压电路由四部分构成：
调整环节，基准稳压环节，比较放大环节和取样环节。
当取样环节的输出端电压升高（降低）时，取样会将这一变化送到比较放大的输入端，然后与基准电位进行比较放大，放大后的输出电压，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。
由于输出电流要达到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，而在市场上容易买到的中功率三极管TIP122，它的最大功率为65W,最大电流5A，所能承受的最大管压降为100V，能满足对调整管的要求。
在取样环节中应选择合适的电位器，达到合适的比例，才能准确的输出可调电压（5v—15v）。
固采样电路由两个定值电阻和一个电位器组成，根据公式：
求出。
其中RW可视为下端比较放大输入端的电阻。
整体稳压电路的设计如下图
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的电解电容和一个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。
方案二，电路设计：
（1）、变压整流模块；由于同是采用的方案一的思路，而这一思路在方案一中已详细说明。
在这里就不详述了！
（2）、阻容滤波模块；首先对整流后的输入信号进行大幅度滤波，接着串联一电
阻后接入小容量的“π”型滤波。
如上原理图所示。
（3）、稳压电路的设计；Q1、Q2组成复合调整管，Q1是大功率管与负载串联，用于调整输出电压，Q3为比较放大管，它是将稳压电路输出电压的变化量放大送至复合调整管，控制其基极电流，从而控制Q1的导通程度；D5为Q3的发射极提供稳定的基准电压。
RP1,R5组成输出电压的取样电路，将其变化量的一部分送入基极，调节RP1可调节输出电压的大小。
如下图
四、仿真结果：
方案一；a,变压整流模块输出的全波。
（其峰值约25v，有效值18v左右）
b,阻容滤波模块输出的波纹。
（其电压值15v左右）
c,稳压电路输出模块。
（有两图表示其可调范围5v—15v）
五、实物调试结果：
方案一；元件清单
名称及标号
型号及大小
数量
变压器
220V-15V
1
二极管
IN4007
4个
电容
电解电容
100uF
2个
10uF
2个
陶瓷电容
104
1个
电阻
270
1个
680
2个
510
1个
5k
1个
1k
1个
10
2个
可变电阻
10k
1个
稳压管
IN4728A
1个
调整管
TIP122
1个
A,变压整流模块输出的全波。
（其峰值约18v有效值15v左右）
B,阻容滤波模块输出的波纹。
（其电压值约20v）
C,稳压电路输出模块。
（有两图表示其可调范围5v—15v）
方案二；元件清单
相关的实物抓图；
大电容滤波输出图
稳压输出组图
六、问题与解决
方案一：
1、经过π型滤波后，出来的波形效果差？
解决方法：
加大电容量（把原来的10uf换成100uf）其后又加了104的瓷片电容。
2、输出可调稳压范围小（9v-14v）？
解决方法：
根据理论分析调整取样环节中电阻值比例，又选择了合适的稳压管稳压3.3v
3、稳压效果差，输出可调不稳定？
解决方法：
在取样环节中的电位器中间抽头接入一电解电容（47uf）效果好了一点，但是没有根本性解决问题。
方案二：
1、电路较难些有相关复合管的问题？
解决方法：
经过上网查询相关复合管的资料和浏览一些书籍
2、增大可调输出范围？
解决方法：
把原有的稳压管（6.8v）替换成现有的稳压管（3.3v），实现了输出范围的增大，但是输出可调稳定性降低了。
七、总结：
本此项目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5V-15V而实际可调范围为8V-14V的直流稳压输出电源。
就是说还存在着相关问题有待解决！
我们的电路设计基本符合理论。
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，。
缺点是输出可调稳定性差，还缺少一个电压保护电路，当电路由于偶然原因出现高的电压脉冲时，有可能对电路造成危害，使得电路故障率提高。
心得体会：
通过这次项目设计，我们对于模电知识有了更深的了解，尤其是对与线性直流稳压电源方面的知识有了进一步的研究。
同时实物的制作更加增强了我们的兴趣，实践能力得到了一定的提高。
又一次增强了我们的团队合作能力，锻炼了我们不怕吃苦的精神！
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