串联直流稳压电源模电.docx

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串联直流稳压电源模电

设计一：

串联直流稳压电源

一、设计题目：

串联型直流稳压电源的设计

二、设计目的：

通过该设计加深理解稳压电路的工作原理，性能指标的实际意义，学会对具体电路的设计方法，器件选择，安装调试及指标测试，达到提高工程实践能力的目的。

三、设计指标和要求：

1）设计指标:

输入交流电压220V

输出直流电压9~15V

输出电流Io<=300mA

稳压系数Ro<0.1欧姆

2）设计要求：

稳压电路要加有放大环节以改善稳定性；输出电压在一定范围内连续可调；要加保护电路。

四、总体设计方案：

1．设计思路

根据稳压电源的输出电压Uo、输出电流Io等参数，确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的性能参数，然后合理地选择这些器件。

串联型直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。

基本框图如下：

→→→→

2．设计过程：

根据课程设计题目的要求，我们充分利用了各种资源，查阅了图书馆的书籍和搜索了网络上的资料，精选出几种不同的方案，经过讨论和研究，决定了电路的各个组成部分，如下：

（1）整流电路选择单向桥式整流电路，整流后电压为0.9U2。

（2）滤波电路选择电容滤波，由于电容有维持其两端电压不变的特性，因此，将电容与负载并联，将使负载两端的电压波形比较平滑。

输出直流电压近似为1.2U2。

（3）稳压电路选择串联型直流稳压电路，因为电路在输入直流电压与负载之间串联一个调整三极管，当UI或RL波动引起输出电压Uo变化时，将引起三极管输入电压Ube改变，从而调节Uo,保持输出电压基本稳定，并且电路可以调节输出电压的范围。

其电路组成为：

采样电路，放大电路，基准电压，调整管。

（4）保护电路选择限流型保护电路，由串接在调整管发射极回路中的检测电阻R6和保护三极管Q1组成。

当负载电流超过某一临界值后，R6上压降增大，使Q1导通，将调整管的基极电流分流掉一部分，保护了调整管。

由以上单元电路的选择，得出总电路图如下：

3．元器件的选择：

（1）选择采样电阻R4、R8、R2

因为输出直流电压的范围为9~15V，而由电路得：

Uomax=（R4+R8+R2）*Uz/R2;

Uomin=（R4+R8+R2）*Uz/（R2+R8）；

所以：

令Uomax=15V,Uomin=9V，

并且取稳压管参数为：

Uz=7V,Izmin=5mA，Izmax=33mA;

R2=0.9kOhm；

解得：

R4=0.36kOhm

R8=0.67kOhm

验证得：

Uomax=（R4+R8+R2）*Uz/R2=15.01V；

Uomin=（R4+R8+R2）*Uz/（R2+R8）=8.6V；

符合要求。

（2）变压器的选择

为了保证调整管工作在放大状态，通常使Uce=（3~8）V由于Uce=UI-Uo,因此，整流滤波电路的输出电压，即稳压电路的输入直流电压应为：

UI=Uomax+（3~8）=15+（3~8）=（18~23）v

取UI=23V，则变压器二次电压为：

U2=1.1*UI/1.2=21V

所以变压器的匝数比应为220：

21

（3）调整管的选择

1）集电极最大允许电流ICM:

ICM>=ILmax+IR式中ILmax为负载电流最大值，要求为：

Io<=300mA；

所以：

ICM>=（300+15/（0.9+0.36+0.67））mA=308mA

2）集电极和发射极之间的最大允许的反向电压U（BR）CEO:

在电容滤波电路中，输出电压的最大值可能接近于变压器二次电压的峰值，即UI=1.414U2，考虑电网电压可能有10%的波动，因此，调整管的最大反向电压为：

U（BR）CEO>=1.1*1.414U2=33V

3）集电极最大耗散功率Pcm;

Pcm>=（Uimax-Uomin）Icmax=（1.1*1.2U2-Uomin）*Icmax=5.77W

（4）限流电阻、负载电阻以及滤波电容的选择；

通常使稳压管中的电流略大于其最小参考电流值Izmin,由电路图知：

Iz=（UI-Uz）/R

所以R<=（Uomin-Uz）/Izmin=（8.6-7）/5=0.8kohm；

负载电阻的范围：

30~50ohm.

而滤波电容为了得到较好的滤波效果，在桥式整流情况下，一般满足：

RLC>=（3~5）T/2,所以：

Ｃ的范围为（６００～１６００）ｕＦ

取６００ｕＦ．

（５）保护电路的设计；

保护电路主要组成为串联在调整管发射极回路中的监测电阻Ｒ6和保护三极管Q1，Ｒ6阻值很小，取１ｏｈｍ．

最后，经分析，取Ｑ2三极管的偏置电阻Ｒ1为１ｋｏｈｍ

五．仿真结果：

输入电压波形：

变压器二次电压U2波形：

二极管整流后波形：

滤波后波形：

（1）ＲL＝５０ｏｈｍ时；

（2）ＲL为无穷大时：

输出波形：

（1）Ｒ8最上端时；

（2）Ｒ8在中间时；

（3）Ｒ2在最下端时；

（4）Ｒ8在中间ＲL无穷大时

六、设计总结：

通过这次课程设计，使我在过程中深刻理解了已学的有关模拟电子线路设计的基本方法，进一步加深和巩固了对课程内容的理解和综合应用，提高了分析问题和解决实际问题的能力，为后续专业课的课程设计、生产实践、毕业设计等环节奠定了良好的基础。

在课程设计实践的过程中，锻炼了我查阅资料、选取设计方案和模拟电路理论设计的能力，也培养了我实验和调试的能力。

在搭电路进行实验以及调试的过程中，我遇到了很多挫折和困难，如：

电路连接不准确、元器件选择不准确等。

但在老师和同学的帮助下，我们顺利地连好了电路，并用万用表测出电压，验证了在负载发生变化时，直流稳压电源能够稳压的作用。

在用仿真软件进行仿真时，我也遇到了很多问题，如：

电路连接不准确，元器件参数、型号选择不准确，测试波形时，示波器连线不准确等等，这些看似很小的错误，带来了严重的后果，导致我连了好几遍电路才连对，从中我学会了做实验一定要以严谨的科学态度的道理。

同时，也培养了我的创新精神和分析解决问题的能力，使我对所学知识有了更深的认识和更强的综合应用能力。

最后，在与同组人进行讨论的过程中，我明白了团队合作的重要性，学会了如何与人合作，以达到相互学习，相互提高的目的。