串联型直流稳压电源设计报告.docx
《串联型直流稳压电源设计报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《串联型直流稳压电源设计报告.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
串联型直流稳压电源设计报告
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的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、方案比拟
方案一：
先对输入电压进展降压，然后用单相桥式二极管对其进展整流，整流后利用电容的充放电效应，用电解电容对其进展滤波，将脉动的直流电压变为更加平滑的直流电压，稳压局部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，电路引入电压负反应，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〕，而稳压管端的电压根本不变，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〕，从而到达稳压的效果。
负电源局部与正电源相对称，原理一样。
图1方案一稳压局部电路
方案二：
经有中间抽头的变压器输出后，整流局部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展低频滤波，再用一个较低阻值的陶瓷电容对其进展高频滤波，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，稳压局部的电路如图2所示，方案二的稳压局部由调整管，比拟放大电路，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展比拟放大，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方案二稳压局部单元电路
对以上两个方案进展比拟，可以发发现第一个方案为线性稳压电源，具备根本的稳压效果，但是只是根本的调整管电路，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、电路框图
整体电路的框架如下列图所示，先有22V-15V的变压器对其进展变压，变压后再对其进展整流，整流后是上下频的滤波电路，最后是由采样电路、比拟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展小小的率波，最后得到正负输出的稳压电源。
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，电流比拟低，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
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
，那么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的情况下我们可以选择额定电流为1A，反向耐压为1000V的二极管IN4007.
〔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那么电容的取值范围为1667-2750uF，保险起见我们可以取标准值为2200uF额定电压为35V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。
〔4〕、稳压电路的设计
稳压电路组要由四局部构成：
调整管，基准稳压电路，比拟放大电路，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展比拟放大，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，到达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，最小功率应该到达
=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。
负极的调整管那么选择与之相对应的的中V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那么容易造成误差，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的滑阻两旁防止当滑
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展供电。
正稳压电路的正极和负极分别如下列图
为了使输出电压更稳定，输出纹波更小，需奥对输出端进展再次滤波，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，
四、画出系统的电路总图
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、电路的调试及仿真数据
正负输出的可调的最大值和最小值电压数据如下列图：
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列图
电压的直流电波形为标准的直线，到达设计的要求
而实际测量时也是这样，输出波形根本为一条直线
电路输出纹波波形
纹波电压在2.5mV左右，比要求的5mV要低，而实际测量时，纹波的电压只有0.9mV，远远低于所要求的5mV，所以符合要求。
六总结
优点：
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，。
缺点：
电压缺少一个保护电路，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。
改良：
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的瞬间高电压对电路元件的破坏。
另外，ua741芯片较为古老，性能不稳定，已跟不上时代的需要所以运放可以重新选择性能更好，更稳定的芯片。
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。
同时实物的制作也提升了我的动手能力，实践能力得到了一定的锻炼，加深了我对模拟电路设计方面的兴趣。
理论与实践得到了很好的结合。
升级会员 