模电课程设计实验报告串联型直流稳压电源.doc

模电课程设计一、 设计题目题目：串联型直流稳压电源二、 设计任务和要求要求：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，同时具备正负极性输出；2、输出电流：额定电流为150mA，最大电流为500mA； 3、在最大输出电流的时候纹波电压峰值Vop-p5mv；三、 原理电路设计：1、 方案比较与确定基本思路：先对输入的220V交流电压进行降压，然后就用单相桥式二极管对电压进行整流。整流后利用电容的充放电效应，对其进行滤波，使输出电压平滑。之后再通过稳压电路的功能使输出直流电压基本不受电网波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性。方案1：220V交流电压经过基本部分降压整流后，将经过稳压部分对其进行稳压，稳压部分如下图，利用稳压管和三极管组成的稳压单元电路，同过D1电压作为三极管Q1的基准电压，电路引入电压负反馈，使电网电压波动不会对Q1的基极电位产生很大的影响，则有可知，变化将导致发射极电流的变化，从而稳定R两端电压，达到稳压的效果。方案二：经过整流后，脉动电流通过滤波电路，其中滤波电路我采用RC型滤波电路，先用电容值较大的电解电容对其进行低频滤波，靠近输出端处使用较低电容值的陶瓷电容进行高频滤波，使滤波后电压能够变得比较平滑和波动小。滤波后接上下图的稳压电路，如图为具有放大环节的串联型稳压电路，其中包括了比较放大电路，基准电压电路，以及采样电路。当采样睇啊路的输出端电压变化时，通过运算放大器的比较放大后，抑制输出电压的变化，从而使输出电压得到稳定。通过对以上两个方案的比较，发现方案一得输出电压不可调，输出电流较小，而第二个方案的输出电压可调，且输出电流能够满足课程设计要求，另外稳压效果较好，所以选择方案二。2、 电路框图电路框架如图所示，先通过变压器对输入的交流电压进行变压，其后再通过整流和滤波，然后接上由比较放大、基准电路和采样电路组成的稳压电路，为了进一步得到更加稳定的电压，再加上基本滤波部分，这样就成为一个能正负输出的稳压电源。3、 电路设计及元器件选择（1）、变压器的选择 本次设计要求为输出电压6V、9V两档，同时具备正负极性输出。输出电压较低，而一般的调整管的饱和压降在2-3V左右，而，当=9V为输出最大电压，为最小的输入电压，为了使调整管工作在放大区，输入电压最小不能小于12V。而由功率公式P=UI，克制，变压器的功率应该为0.5A9V=4.5W，所以变压器的功率不能低于4.5W，并且串联稳压电源工作时效率不高，所以变压器要选择相对较大功率的变压器。结合电路需求和市场实际，我选用了220V-30V，额定功率10W的变压器。（2）、整流电路的设计和整流二极管的选择 输出电流要求的500mA是比较小的，所以整流部分我采用了较为常见的单相桥式整流电路，如图，由四个串并联的二极管组成。二极管的选择:结合参考资料，我们知道二极管的平均电压为，其中为变压器次级交流电压的有效值。可以求得=13.5V而对于全波整流来说，则二极管承受的最大反向电压时为34.2V。而考虑电网的波动，则应该大于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，我们使用了二极管IN4007。（3）、滤波电路设计根据参考资料，我们知道电容的取值应当有一个范围，应为变压器的次级电压为15V，而最大输出电流为500mA，输出电压为9V，此时负载应为18欧，则根据滤波电容的计算公式： 求得滤波电容取值范围，在电路频率为50Hz时，T为20ms，则电容的取值范围就为1667-2750uf，结合实际，我们采用的标准值为2200uf的铝电解电容。同时，由于电路中存在寄生电感和电阻的原因，我们使用10uf的陶瓷电容来进行高频滤波。（4）、稳压电路的设计串联型稳压电路的基本组成部分及其作用：由于输出电流为500mA，为了防止电流过大烧坏调整管，以及经过计算知道调整管的最大关押将应该大于13V，最小功率应该达到6.5W。所以我们选用了中功率三极管TIP41，最大功率为60W，最大电流为6A，能够满足调整管的条件。则负极端就使用相对应的TIP42。而基准电路由5.1V的IN4733A稳压管和1000欧的保护电阻组成。由于要求输出6V和9V两档，则采样电路应该采用可调的会比较准，但由于实际原因，我们的实际采样电路由三个电阻构成，由计算公式：得出，取为5.1V，则算得R1=270欧，R2=510欧，R3=1000欧。（4）、电路总图元件清单名称型号及大小数量变压器220V15V1个二极管IN40074个陶瓷电容10uf2个电解电容2.2mf2个电阻1000欧4个270欧2个510欧2个运放uA7412个稳压二极管IN4733A2个调整管TIP411个TIP421个四、电路调试过程与结果：接入18欧电阻后，理论输出电流和输出电压如图所示6V档输出电压仿真如图 输出电流如图： 9V档输出电压如图： 输出电流如图： 接入18欧电阻后，实测输出电流和输出电压如表9V-9V输出电流519.4mA491.7mA输出电压9.35-8.85仿真结果分析，实际仿真值与理论相差平均为0.147V，接近于设计要求值，造成的原因是由于计算所得电阻在实际规格中不能完全符合，理论需求电阻与实际使用电阻阻值有点偏差造成的。9V档时电源输出电流波形如图电压的直流波形为基本为一条直线，符合要求。而电路输出纹波波形如图纹波在nV级别，比要求的5mV要低得多，而实际测量时，纹波电压达到了12mV，比要求的高，分析原因，可能是实际焊接时工艺问题所致。五、总结 这次的课程设计运用了模拟电路的基本知识，串联直流稳压电源通过变压，整流，滤波，稳压等部分，理论输出6V、9V两档，而实际输出5.87V、9.35V正负两档。作品优点：设计较为简单。输出电压稳定，而且纹波值较小，输出功率