模电课程设计报告串联型直流稳压电源.docx

1、模电课程设计报告串联型直流稳压电源综合设计性实验报告 课程名称 模拟电子技术课程设计 实验名称 串联型直流稳压电源 一、题目名称：串联型直流稳压电源要求：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-p5mv；二、方案设计及电路框图1、方案比较方案一：如图1，先对输入电压进行降压，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效应，用电解电容对其进行滤波，将脉动的直流电压变为更加平滑的直流电压，稳压部分的单元电路由稳压管和三极管组成（如图2）

2、，以稳压管D1电压作为三极管Q1的基准电压，电路引入电压负反馈，当电网电压波动引起RL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），而稳压管端的电压基本不变，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），从而达到稳压的效果。负电源部分与正电源相对称，原理一样。图1 方案一的稳压部分电路方案二：经有中间抽头的变压器输出后，整流部分同方案一一样采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电解电容对其进行低频滤波，再用一个较低阻值的陶瓷电容对其进行高频滤

3、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，稳压部分的电路如图3所示，方案二的稳压部分由调整管，比较放大电路，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行比较放大，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 方案二稳压部分单元电路对以上两个方案进行比较，可以发现第一个方案为线性稳压电源，具备基本的稳压效果，但是只是基本的调整管电路，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

4、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图3，先有22V-15V的变压器对其进行变压，变压后再对其进行整流，整流后是高低频的滤波电路，最后是由采样电路、比较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行小小的率波，最后得到正负输出的稳压电源。图3 串联型直流稳压电路方框图三、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伏的双电压电源，输出电压较低，而一般的调整管的饱和管压降在2-3

5、伏左右，而 12-3=9V为输出最大电压，6V 为最小的输入电压，以饱和管压降 为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,故可以选择220V-15V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，电流比较低，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4所示。图4 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 0.9V其中15V为变压器次级交流电压的有效值。我们可以求得 U0=150.9=13.5v。对于全波整流来说，如果

6、两个次级线圈输出电压有效值为15V ，则处于截止状态的二极管承受的最大反向电压将是15 ，即为21.1V。 考虑电网波动（通常波动为10%，为保险起见取30%的波动），最大反向电压应该大于27.4V。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

7、，当输出电流为0.5A时，我们可以求得电路的负载为30 欧，我们可以根据滤波电容的计算公式：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则容的取值范围为1250-2083uF，保险起见我们可以取标准值为2200uF额定电压为35V的铝电解电容 （4）稳压电路的设计稳压电路组要由四部分构成：调整管，基准稳压电路，比较放大电路，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行比较放大，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。

8、由于输出电流较大，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，又由于三极管CE间的承受的最大管压降应该大于12-6=3V，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10V，最小功率应该达到 100.5=5W。综合以上参数，我们可以选用功率三极管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。负极的调整管则选择与之相对应的的中功率三极管TIP42。基准电路由1个4.3v IN4731A的稳压管进行稳压和4.7K的保护电阻组成。由于输出电压要求为6伏和

9、9伏，如果采样电路取固定值则容易造成误差，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：如上图，把R2= 10（ 相当于公式中的R1）,R7=1k（相当于公式中的R2）,R3=620,=4.3V代入以上公式可求的电路的输出电压为4.255-11.118V。可以输出6V和9V的电压，运放选用工作电压在12V左右前对电压稳定性要求不是很高的运放，由于LM358的工作电压可达+15V- 15V，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行供电。为了使输出电压更稳定，输出纹波更小，需再对输出端进行再次滤波

10、，可在输出端接一个47uf的电解电容，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(5)保护电路过流保护电路能够在稳压管输出电流超过额定值时，限制调整管发射极电流在某一数值或使之迅速减少，从而保护调整管不会因电流过大而烧坏。在过流时使调整管发射极电流迅速减小到较小数值的电路，称为截流型过流保护电路。如下图（a）所示为截流型过流保护电路，T1为调整管，Ro为电流采样电阻，它与T2,R1和R2构成保护电路，当Io增大，UBE2将随之增大。未过流时，UBE2 Uon ，使T2截止。当Io增大到一定数值或输出端短路时，T2导通，对调整管T1的基极分流，使Io减少，从而导致输出电压Uo减

11、少；此时虽然UB随Uo的下降而下降，但是Uo下降的幅值大于UB，使得T2的电流进一步增大，T1的电流进一步减少，最终减少到较小数值。输出特性如下图（b）所示。通常，在截流型过流保护电路启动后，均有一个正反馈过程，使输出电流迅速减少。四、总体的电路图五、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图：理论值为4.215-11.117V，而实际的测量值存在很小的误差，原因是由于可调电阻的实际调节范围偏大，导致输出电压偏大。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，仿真数据如上。电路输出直流电的波形图如下图电压的直流电波形为标准的直线，达到设计的要求而实际测量时也

12、是这样，输出波形基本为一条直线电路输出纹波波形纹波电压在1.8mV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、总结本课程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，总结如下：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，也有保护电路，当电路由于偶然原因出现较大的电流时，有可能造成损害，所以使得电路故障率降低了。缺点：对电阻的选择，我们有的极端，因为刚做出实物时发现有问题所以不断地修改采样电路的电阻（把R2=R11=10欧），最终尽管修改好问题了

13、，修改太多了，我们只好保留。只因没有1.5欧电阻了，所以这个电路中的R4=R12=1.5欧的电阻用两个4.7欧的电阻并联得到，与实际有点不符。改进：可以在稳压电路那里接一个调整管的安全工作区保护电路。这样可使调整管既不因过电流而烧坏，又不因为过压而击穿。保护电路将更好！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，希望以后有空还是再做做开关直流电源，让自己更熟悉这方面的知识。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，思考问题也更加细心，和思考问题的思维也得到了一定的提升，又一次觉得自己的焊接技术还好，做出来的

14、实物也相当满意，这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，但在做仿真实验很成功的同时，做出实物却有比较大的误差，所以仿真还是存在一定的错误，需要自己再耐心的思考和修改！而这个过程中跟组员合作也是一个合作能力的培训，曾我们大家的意见不一致时大家不停地争论，而最后还是能得到最完美的结论！同时在做课程设计过程中，遇到不懂的地方，又让我们明白到请教的重要性！所以很感谢师兄的指导。（七）装配图（正反面）附录：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IN4007DIODE-0.44个稳压管IN4731D0-412个电解电容2200uFRB.3/.62个47uFRB.2/.42个电阻4.7KAXIAL-0.32个620AXIAL-0.32个2kAXIAL-0.32个10AXIAL-0.32个100AXIAL-0.32个4.7AXIAL-0.34个电位器1kSip32个运放LM358DIP82个保护三极管8050TO-941个8550TO-921个调整管TIP41TO2201个TIP42TO2201个注：两个4.7欧电阻并联作用相当于仿真中1.5欧的电阻。参考文献：1、童诗白、华成英，模拟电子技术基础 2、铃木雅臣晶体管电路设计