模拟电子课程设计直流稳压电源的课程设计报告.docx
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模拟电子课程设计直流稳压电源的课程设计报告
模拟电子课程设计
题目名称：
直流稳压电源的设计
姓名：
袁超
学号：
1003741025
班级：
电子101班
2012年1月
1原理与实现思路
在本学期开设的《模拟电子技术基础》第十章中，我们学习了直流稳压电源，通过学习我们了解到，在电子线路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。
小功率稳压电源是由（图1-1）电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。
图1-1集成直流稳压电源结构图
其中，交流电网220V的电压通过电源变压器将变为我们需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。
由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤波，从而得到平滑的直流电压。
但这样的电压还是会随电网电压波动、负载和温度等的变化而变化。
因而在整流、滤波电路之后，还须接稳压电路，保证输出的直流电压稳定。
此次集成直流电源的课程设计，要求输出12V的电压，全部过程都将由我们自行完成，这就需要我们不仅熟悉了解课本上的知识，还要学会将理论知识应用到我们的实践中，并学会利用书籍资料来帮助自己。
因此，动手参与设计直流稳压电源能巩固、深化和扩展我们的理论知识与初步的专业技能，为以后的专业学习打下坚实的基础。
除此之外，通过课程设计，使我们在理论计算、结构设计、查阅设计资料、标准与规范的运用和计算机应用方面的能力得到训练和提高。
通过此次课程设计，培养我们综合运用所学知识分析和解决工程实际问题的能力，培养我们正确的设计思想，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。
2电路方案与理论计算
2.1设计主要性能指标：
输出电压Vo可调，并且Vo可以调到12V
设计要求：
选择适当方案设计电路
选择整流二极管及计算滤波电容
安装调试与测量电路性能
整体电路图
实验工具
电烙铁，万用笔，斜口钳，电路板
原件清单
品名
规格型号
技术要求
数量
整流二极管
1N4001
1N4001
5
三极管
9013
9013
5
大功率三极管
NPN（TP31）
50V,3A
1
红发光二极管
φ3
φ3
2
1/4W电阻
2K
2K
2
1/4W电阻
10K
10K
2
1/4W电阻
5.1K
5.1K
2
1/4W电阻
1.5K
1.5K
2
1/4W电阻
5.6K
5.6K
2
1/4W电阻
8.2K
8.2K
2
1/4W电阻
510欧
510欧
2
1W电阻
2.7欧
2.7欧
1
电位器（可调电阻）
2.5K
2.5K
1
瓷片电容
0.01u
0.01u
3
电解电容
1000u/25v
1000u/25v
2
通用板
80mm*100mm
80mm*1000mm
1
3单元电路原理
集成稳压电源可简化成四部分（图3—1）
图3-1直流稳压电源框图及各级输出波形
3.1电源变压器
电源变压器将来自电网的220V交流电压U1变换为整流电路所需要的交流电压U2。
如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。
变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的输出功率永远小于输入功率。
3.2整流电路
1.单相桥式整流电路如图（3—2）所示，四只整流二极管D1～D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。
单相桥式整流电路的工作原理为简单起见，二极管
用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。
图3—2整流电路图
在v2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。
在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。
其电流通路可用图中实线箭头表示。
在v2的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。
电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。
其电流通路如图中虚线箭头所示。
综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。
图3—3单相桥式整流电路简化图
结合上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图。
图3—4桥式整流电路的工作波形
由图可见，通过负载桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向RL的电流iL以及电压vL的波形都是单方向的全波脉动波形。
电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。
3.3滤波电路
经过整流后得到的脉冲直流纹波还是很大的，所以要经过滤波电路的滤波，滤波电路通常有电容滤波，电感滤波，II型滤波等。
电容滤波适应小电流负载VL＝1.2V2
电感滤波适应大电流负载VL＝0.9V2
LC滤波适应性较强VL＝0.9V2
RC或LC∏型滤波适应小电流负载VL＝1.2V2
图3-5RC滤波电路
由于电感的体积和制作成本等原因，我们多采用电容滤波，其作用是把脉动直流电压U3中的大部分纹波加以虑除，一得到较平缓的直流电压U1
图3-6电容滤波电路中二极管的电流和导通角
3.4稳压电路
由于稳压电路发生波动、负载和温度发生变化，滤波电路输出的直流电压会随着变化。
因此，为了维持输出电压稳定不变，还需加一级稳压电路。
稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）等发生变化时，使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。
稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件组成。
采用集成稳压器设计的电源具有性能稳定、结构简单等优点。
4、参数计算
【1】电压变压器
设计要求输出直流12V±0.2V电压，考虑到调整管压降、市压波动因素，应预留2V电压。
又因为采用全波整流电路，副边输出电压为
=
=11.7V。
采用12V副边输出，功率P=15*0.2W=2.4W.
变压器参数要求：
1.副边输出电压有效值为
=15V
2.功率为3W
【2】整流电路
设计要求最大输出电流为200mA，在全波整流电路中，一对桥臂是由两个二极管构成，故流过每个二级管的电流为100mA。
又因为采用电容滤波电路故整流二极管最大整流平均电流
应大于负载2至3倍取300mA。
在市压10%的波动下
取1.1*300mA约为350mA;反向耐压值
=
=21.3V。
取1.1*21.3V=24V。
整流二极管参数要求：
>350mA
>24v
器件：
1N4001
【3】滤波电路
滤波电路采用电容式滤波电路，他由两部分组成，一个加在整流电路后，另一个加在输出前。
负载
最小值为12/200mA=60Ώ，为满足
=1.2
，需要
，故
=
=（500～833）μF，所以
、
取1000μF水解电
容，耐压值
=1.1
×12V=19.2V，故
取25V耐压值，而
为稳定输出，故耐压值只需要16V。
、
作用是滤去纹波故选用0.01μF瓷片电容。
滤波电容参数要求：
水解滤波电容参数要求：
1.
电容两只
2.电容值1000μF
3.耐压值分别为25V、16V
滤去纹波电容参数要求：
1.瓷片电容两只
2.电容值0.01μF
3.耐压值为25V
4.【4】基准电压电路
基准电压电路作用是为后面比较电路提供一个基准电压，此处采用一个红色发光二极管，其发光后电压稳定在2V，且较稳压二级管适合工作在小电流电路中。
红色发光二极管工作在5～10mA所以限流电阻上下限：
=1.65kΏ
=2.7kΏ
所以
取2kΏ
基准电压电路参数要求：
1.红色发光二极管
基准电压2V；工作电流5～10mA
2.限流电阻
取2kΏ
【5】比较电路
取
=10kΏ
=（15-2-）/1okΏ=13mA
=（2-0.7）/（0.013*2）Ώ=500Ώ
暂取510Ώ
T1T2取9013型
比较电路参数要求：
1.
=10kΏ
2.
暂取510Ώ
3.T1、T2取9013型
【6】调整电路
4.调整电路是串联式直流稳压电源的核心，由于流过集电极电流较大，一般需要一个大功率三级管。
当T4选TIP31C时，电流放大倍数不到100，电流不能放大到要求的200mA故加上T3组成复合调整管。
5.
调整电路参数要求：
6.由T3、T4构成复合管，T4取TIP31C、T3取9013型
7.其中T4耐压50U允许电流3A
【7】保护电路
采用过流保护电路，设保护值为高于25mA时，
=0.7/0.25Ώ=2.8Ώ。
功率P=0.7*0.25W=0.18W，取1W。
在实际情况下导线电阻与
较相近，对电路影响大，必须考虑，经调试取2.7Ώ左右
保护电路参数要求：
取2.7Ώ，功率P取1W
【8】取样电路
=12.8V
=4.8V
取样电路参数要求：
1.5k
=1.5k,滑动变阻器
=2.5K,
=5.6K.
R5,R6和Rw组成输出电压调节电路，输出电压U0=1.25［1+Rw／（R5+R6 ）］
5安装与调试
1.注意事项
焊接时要对每一个功能模块电路进行单个测试，需要时可以设计一些临时电路用于测试；
测试时必须保证焊接正确才能打开电源，以防元器件被烧坏；
按照原理图连接时必须保证可靠接地。
2.测得输出电压的范围
3.1V≤U0≤15.4V
6.课程设计心得体会
之前本以为直流稳压电源设计会很简单，而实际做起来发现并非想象中的那么简单。
但最终还是有所成功的。
现在觉得，作设计就应该有种踏实的态度，简单也好，难做也罢，只要我们静下心来投入到其中，也就成功了一半。
而自己掌握的比较差，但我仔细看了看课本，所以在设计此次电源时，我脑海中就有了最初的单元电路，翻模电课本在结合自己的设计之后我完成了自己的设计。
但是，通过本次设计，懂得了制作过程中电路处理的方法，并了解了直流稳压电源的系统方案论证与选择和各模块方案设计与论证，让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标，也让我们认识到在此次设计电路中所在的问题；而通过不断的努力去解决这些问题。
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