可调直流稳压源设计

.可调直流稳压源 姓名：周剑 目 录 一、设计目的 二、设计任务及要求 三、设计步骤. 四、总体设计思路 五、各部分功能模块介绍（功能描述） 六、测试要求 七、设计报告要求 八、注意事项 九、心得体会 一、设计目的1学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。2学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。3培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。二、设计任务及要求 1设计并制作一个连续可调直流稳压电源，主要技术指标要求：输出电压可调：Uo=+6V+12V最大输出电流：Iomax=800mA输出电压变化量：Uo15mV稳压系数：SV0.0032设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。3自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，交指导教师审核。4.批准后，进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能参数。5、实验设备及元器件 元器件清单名称及标号 型号及大小 数量变压器 220 V-15V 1个极性电容 1000uF/25V 1个 100uF/25V 1个普通电容 100pF 1个电阻 3k 1个5.6k 1个510 3个 620 2个 2 1个可变电阻 470 1个470 1个稳压管 IN4735 1个桥式整流二极管2N4922 4个NPN三极管BU406 1个NPN三极管CS9013 1个三、设计步骤 1电路图设计（1）确定目标：设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出直流稳压电源方框图。（2）系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形式。（3）参数选择：根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。（4）电路图：原理电路图、模块电路图、仿真图、实物图 原理电路图 图1降压电路整流电路滤波电路稳压电路直流稳压电源方框图 图2 仿真图 图3 输出波形图 图2电路安装、调试（1）为提高学生的动手能力，学生自行设计印刷电路板，并焊接。（2）在每个模块电路的输入端加一信号，测试输出端信号，以验证每个模块能否达到所规定的指标。（3）重点测试稳压电路的稳压系数。（4）将各模块电路连起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。四、总体设计思路 1串联调整型稳压电源设计原理1.1基本方案介绍 本设计电路分为降压电路、整流电路、滤波电路和调压稳压电路四大部分，稳压电路部分又由基准电压源、输出电压采样电路、电压比较放大电路、过流保护电路和输出电压调整电路组成。1.1.1降压电路 本电路使用的降压电路是单相交流变压器，选用电压和功率依照后级电路的设计需求而定。1.1.2整流电路整流电路的主要作用是把经过变压器降压后的交流电通过整流变成单个方向的直流电。但是这种直流电的幅值变化很大。它主要是通过二极管的截止和导通来实现的。常见的整流电路主要有全波整流电路、桥式整流电路、倍压整流电路。我们选取单相桥式整流电路实现设计中的整流功能。1.1.3滤波电路采用电容滤波电路。由于电容在电路中也有储能的作用，并联的电容器在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑。由于本电路后级是稳压电路，因此可以使用电容滤波电路进行简单滤波。1.1.4稳压电路串联型线性稳压电路的本质是一个具有深度负反馈的电压反馈型功率放大器，一般由基准电压源、输出电压采样电路、电压比较放大电路、过流保护电路和输出电压调整电路组成。1.2总体设计方案晶体管串联型直流稳压电源的典型电路方框图如图2所示。它由整流滤波电路、串联型稳压电路、辅助电源和保护电路等部分组成。2直流稳压电源原理直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图2。其中：（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL， 在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即 。电路中的每只二极管承受的最大反向电压为 (U2是变压器副边电压有效值)。 五、各部分功能模块介绍（功能描述）1主要原器件介绍（1）变压器的设计和选择本次课程设计的要求是输出为6V12V的稳压电源，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，而12V为输出最大电压，6V为最小的输出电压，以饱和管压降=3V计算，为了使调整管工作在放大区，输入电压最小不能小于15V，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1A15V=15w，所以变压器的功率绝对不能低于15w，由于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20W，额定电流2A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1A，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，具体电路如图所示。对于全波整流来说，如果两个次级线圈输出电压有效值为，则处于截止状态的二极管承受的最大反向电压将是，即为42.42v考虑电网波动（通常波动为10%，为保险起见取30%的波动）我们可以得到实际的应该大于22.1V，最大反向电压应该大于55.2V。在输出电流最大为1A的情况下我们可以选择额定电流为2A，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，当输出电流为1A时，我们可以求得电路的负载为18时，我们可以根据滤波电容的计算公式：C=(35)T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则电容的取值范围为6671222uF，保险起见我们可以取标准值为1000uF额定电压为25V的电解电容。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100pF的陶瓷电容来作为高频滤波电容。（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。由于输出电流较大，达到1A，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1A，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，最小功率应该达到=6.5W。我们可以选择适合这些参数最大功率为60W,最大电流超过6A，所能承受的最大管压降为100V。基准电路由3V的稳压管和10K的保护电阻组成。由于输出电压要求为3V-6V、6V-9V和9V-12V，因此采样电路的采样电阻应该可调，则采样电路由一个电阻和三个可调电阻组成。求出其中的输入端的电阻，输出端与共地端之间的电阻。.所以求的电路的输出电压为6V-12V。可以输出6V-12V的电压，运放选用工作电压在15V左右前对电压稳定性要求不是很高的运放，由于AD704JN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行供电。为了使输出电压更稳定，输出纹波更小，需奥对输出端进行再次滤波，可在输出端接一个5uf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， 六、测试要求 1测试并记录电路中各环节的输出波形。2测量稳压电源输出电压的调整范围及最大输出电流。3测量输出电阻Ro。4测量稳压系数。用改变输入交流电压的方法，模拟Ui的变化，测出对应的输出直流电压的变化，则可算出稳压系数SV.（注意：用调压器使220V交流改变10。即Ui=15V）5用毫伏表可测量输出直流电压中的交流纹波电压大小，并用示波器观察、记录其波形。6分析测量结果，并讨论提出改进意见。七、设计报告要求 1设计目的。2设计指标。3总体设计框图，并说明每个模块所实现的功能。4功能模块，可有多个方案，并进行方案论证与比较，要有详细的原理