串联稳压电源课程设计.docx

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串联稳压电源课程设计

串联模拟稳压电源课程设计报告

1、实验课题

用分离元件设计一个串联模拟稳压源

二、实验目的

（1）掌握串联负反馈稳压源的工作原理；

（2）了解直流串联稳压电源；

（3）通过电路参数调整，加深理解直流串联稳压电源的工作原理；

（4）学会分析和排除故障的方法。

3、实验仪器与元件

直流稳压源1台、数字式万用表1块、面包板1块、滑动变阻器1块、电阻5只、NPN三极管3只、电容3只、8V稳压管1只、导线若干。

（型号下面再提）

4、实验原理

1、原理分析

如图4－2－8是串联负反馈稳压电路电路图，其中T1-T2是复合调整管，D1和R2组成基准电压，T2为比较放大器，R3～R5组成取样电路，R6是负载。

其电路组成框图见图4－2－2。

假设由于某种原因引起输出电压UO降低时，通过R3～R5的取样电路，引起T2基极电压（UT2）O成比例下降，由于T2发射极电压（UT2）E受稳压管D1的稳压值控制保持不变，所以T2发射结电压（UT2）BE将减小，于是T2基极电流（IT2）B减小，T2发射极电流（IT2）E跟随减小，T2管压降（UT2）CE增加，导致其发射极电压（UT2）C上升，即调整管T1基极电压（UT1）B将上升，T1管压降（UT1）CE减小，使输入电压UI更多的加到负载上，这样输出电压UO就上升。

调整过程可以用下面的变化关系图表示：

UO↓→（UT2）O↓→UD1恒定→（UT2）BE↓→（IT2）B↓→（IT2）E↓→（UT2）CE↑

→（UT2）C↑→（UT1）B↑→（UT1）CE↓→UO↑

当输出电压升高时整个变化过程与上面完全相反，变化关系图表示：

UO↑→（UT2）O↑→UD1恒定→（UT2）BE↑→（IT2）B↑→（IT2）E↑→（UT2）CE↓

→（UT2）C↓→（UT1）B↓→（UT1）CE↑→UO↓

在串联负反馈稳压电源的整个稳压控制过程中，由于增加了比较放大电路T3，输出电压UO的变化经过T3放大后再去控制调整管T1-T2的基极，使电路的稳压性能得到增强。

T3的β值越大，输出的电压稳定性越好。

仿真图

滑动变阻器的滑片指到最上端时

滑动变阻器最下端时

仿真结果图

2、相关理论

（1）电容能储存电荷，可作为瞬时电源，同时能隔直通交，是获得较稳定的恒压源不可缺少的元件。

（2）在串联负反馈稳压电源的整个稳压控制过程中，由于增加了比较放大电路T2，输出电压UO的变化经过T2放大后再去控制调整管T1的基极，使电路的稳压性能得到增强

（3）当输出电流不能达到要求时，可以通过采用复合调整管的方法来增加输出电流。

复合管都是由一个小功率三极管T2和一个大功率三极管T1连接而成。

复合管就可以看作是一个放大倍数为βT1βT2，极性和T2一致，功率为（PT1）PCM的大功率管，而其驱动电流只要求（IT2）B。

五、设计实例

（1）电路指标

1　直流输出电压UO：

10V～15V；

2　直流输入电压

：

25V；

3　最大输出电流IO：

200mA；

4　电压调整率

优于7%。

（2）各元器件的作用及参数计算

a、滤波部分

C1的作用：

滤波

须考虑滤波电容的电容量C1和其耐压VC1值

电容量为

×0.5×T÷R，系数

一般取5，T=0.02S，R为等效负载。

当最不利的情况下，即输出电压为15V，负载电流为200mA时：

C1＝5×0.5×T÷（UO÷IO）＝5×0.5×0.02S÷（15V÷0.2A）≈666μF、

VC1＝25V，实际上普通电容都是标准电容值，只能选取相近的容量。

耐压可选择25V以上，一般为留有余量并保证长期使用中的安全，可将滤波电容的耐压值选大一点。

b、调整部分

T1-T2的作用：

增加输出电流

调整部分主要是计算调整管T1和T2的集电极－发射极反向击穿电压（BVT1）CEO，最大允许集电极电流（IT1）CM，最大允许集电极耗散功率（PT1）CM。

在最不利的情况下，负载断路，滤波后的出电压全部加到调整管T1上，这时调整管T1的集电极－发射极反向击穿电压（BVT1）CEO为：

（BVT1）CEO＝25V

当负载电流最大时最大允许集电极电流（IT1）CM为：

（IT1）CM＝200mA

考虑到放大取样电路需要消耗少量电流，同时留有一定余量，可取（IT1）CM为300mA。

这样大允许集电极耗散功率（PT1）CM为：

（PT1）CM＝（（UB1）OMAX－UOMIN）×（IT1）CM。

以上均要考虑到留有一定余量

最后查询晶体管参数手册后选择调整管T1。

同理：

调整管T2各项参数的计算原则与T1类似，下面给出各项参数的计算过程。

（BVT2）CEO＝（BVT1）CEO＝25V

（IT2）CM＝（IT1）CM÷βT1

（PT2）CM＝（（UB1）OMAX－UOMIN）×（IT2）CM

同样要考虑到留有一定余量。

然后查询晶体管参数手册选择调整管T2。

则此时T2所需要的基极驱动电流为：

（IT2）MAX＝（IT2）CM÷βT1

一般复合调整管有四种种连接方式

C、基准电源部分

D1和R2的作用：

提供一个基准电源，R2起限流作用。

主要确定稳压管D5和限流电阻R2的参数。

稳压管D5的稳压值应该小于最小输出电压UOMIN，但是也不能过小，否则会影响稳定度。

这里选择稳压值为8V。

为保证稳定度，稳压管的工作电流ID5应该尽量选择大一些。

而其工作电流ID5＝（IT3）CE＋IR2，由于（IT3）CE在工作中是变化值，为保证稳定度取IR2＞＞（IT3）CE，则ID5≈IR2。

这里初步确定IR2MIN＝8mA，则R2为：

R2＝（UOMIN－UD5）÷IR2MIN＝（10V－8V）÷8mA＝250Ω

实际选择时要偏大点

当输出电压UO最高时，IR2MAX为：

IR2MAX＝UOMAX÷R2

这时的电流IR2MAX小于稳压管D5的最大工作电流，可见选择的稳压管能够安全工作。

d、取样部分

R3～R5的作用：

控制输出电压

主要计算取样电阻R3、R4、R5的阻值。

由于取样电路同时接入T3的基极，为避免T3基极电流IT3B对取样电路分压比产生影响，需要让IT3B＞＞IR3。

另外为了保证稳压电源空载时调整管能够工作在放大区，需要让IR3大于调整管T1的最小工作电流（IT1）CEMIN。

假设取IR3MIN＝10mA。

则可得：

R3＋R4＋R5＝UOMIN÷IR3MIN＝10V÷10mA＝1KΩ

当输出电压UO＝10V时：

UD5＋（UT3）BE＝（R4＋R5）÷（R3＋R4＋R5）×UO

（R4＋R5）＝（UD5＋（UT3）BE）×（R3＋R4＋R5）÷UO＝（8V＋0.7V）×1000Ω÷10V＝870Ω

当输出电压UO＝15V时：

UD5＋（UT3）BE＝R5÷（R3＋R4＋R5）×UO

R5＝（UD5＋（UT3）BE）×（R3＋R4＋R5）÷UO＝（8V＋0.7V）×1000Ω÷15V＝580Ω

理论值为：

R5=580Ω、R4=190Ω、R3=130Ω。

但实际选择时可改变IR3MIN的大小取值。

e、放大部分

T3的作用:

T3为比较放大器与R1构成负反馈网络

主要是计算限流电阻R1和比较放大管T3的参数。

由于这部分电路的电流比较小，主要考虑T3的放大倍数β和集电极－发射极反向击穿电压（BVT1）CEO。

这里需要T3工作在放大区，可通过控制T3的集电极电流（IT3）C来达到。

而（IT3）C是由限流电阻R1控制，并且有：

IR1＝（IT3）C＋（IT2）B

一方面，为保证T1能够满足负载电流的要求，要求满足IR1＞（IT2）B；另一方面，为保证T3稳定工作在放大区，以保证电源的稳定度，其集电极电流（IT3）C不能太大。

这里可以选IR1为1mA，当输出电压最小时，则R1为：

R1＝（（UB1）O－UO－（UT1）BE－（UT2）BE）÷IR1＝（25V－10V－0.7V－0.7V）÷1mA＝13.6KΩ

实际选择时课偏大。

当输出电压最大时，IR1为：

IR1＝（（UB1）O－UO－（UT1）BE－（UT2）BE）÷R1＝（25V－6V－0.7V－0.7V）÷13.6KΩ≈1294mA

f、其他元件

C2的作用：

此电容的作用是为防止发生自激振荡影响电路工作的稳定性。

C3的作用：

电容C3是为提高输出电压的稳定度，特别对于瞬时大电流可以起到较好的抑制作用。

6、测试数据分析

A.数据测试方法

（1）连接好电路后，输入电压调为25V，同时调节滑动变阻器使输出电压为10V

（2）在此情况下，滑动变阻器不变，使输入电压分别为以下数据，同时记录输出电压

（3）再将输入电压调为25V，同时调节滑动变阻器使输出电压为13V

（4）重复步骤

（2）

（5）最后将输入电压调为25V，同时调节滑动变阻器使输出电压为15V

（6）重复步骤

（2）

所得表格如下

B.数据分析

（1）从上面表格中随机选择几组数据计算输出电压的变化量

UO以及输入电压的变化量

（2）然后根据公式µ=

*100%,计算出多组µ值

（3）计算出µ的平均值

（4）最后将µ值与7%比较，若小于7%则说明本次实验较完美

表格如下

计算结果为

从表格可以看出：

电压调整率

优于7%。

7、调试中所遇到的问题及解决方法

A.所遇到的问题

1　该电路不能稳压。

2　输出电压达不到要求。

3　输出电压不稳定，上下波动较大。

4　实验室里找不到理论计算出的元器件。

B.解决方案（对以上问题一一解答）

1　使用部分元件撤离法，一步一步的检查，最后发现是三极管被击穿。

2　这是我调节取样电路部分，改变R3和R5的阻值，采用的方法是“逐步尝试法”。

3　通过改变电容的大小最终得以解决。

4　这一步最麻烦，必须得理论联系实际，主要采用的方法是“逐步尝试法”，多次试验后，最终得出了满意的答案。

8、总结

在假期的充分准备下，我对实验原理以及相关参数的设定都掌握得非常透彻。

同时我们小组相互讨论，猜测老师要提的问题，在我的带动下，我们组顺利通过了预答辩。

在调试过程中，也遇到了不少问题，在老师的帮助下更多的是自我思考与测试，很快就将结果调出来了。

在后面几节课中，我为我们小组讲一些主要的原理，为最终答辩做准备，同时帮助其他同学完成调试任务。

通过这次模电课程设计，加强了我们的动手能力，同时培养了我们独立思考、勇于克服困难、团队协作的精神，大家互帮互助在其中得到了很大的加强。

我们不再是单体的，而是一个整体，团结的整体，老师的教学让我们学到很多，而我们自己从实践中也摸索着学到了很多。