正压线性直流稳压电源论文

引言稳压电源的分类方法繁多，按输出电源的类型分有直流稳压电源和交流稳压电源，本文所讨论的就是线性直流稳压电源，该电路的功能是在输入直流电压为15V24V时，输出一个6V12V的电压，电压稳定度2，同时输出电流大于或大于200MA。线性稳压电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出。该类电源优点是稳定性高，纹波小，可靠性高，易做成多路，输出连续可调的成品。缺点是体积大、较笨重、效率相对较低。直流稳压电源引可广泛应用于国防、科研、大专院校、实验室、工矿企业、电解、电镀、直流电机、充电设备等。（1可用于各种电子设备老化，如PCB板老化，家电老化，各类IT产品老化，CCFL老化，灯管老化。2适用于需要自动定时通、断电，自动记周期数的电子元件的老化、测试。3电解电容器脉冲老练。4电阻器，继电器，马达等测试老练。5整机老练；电子元器件性能测试，例行试验。1、设计要求本项目要求完成一个分立元件正压线性可调稳压电路的设计，电路中供给的直流电压在12V24V之间变化，输出电压可调范围6V12V,由一个滑动变阻器调动，输出电流IO不能太小，至少要大于或等于200MA，即要求输出电压可调范围在6V12V，同时输出电流IO200MA，电压稳定度2，则说明完成本项目的电路图设计。设计前，要初步了解正压线性可调稳压电路的基本工作原理及主要的作用，熟悉直流、交流稳压电源之间的相同点和不同点，尽可能多地了解会对正压线性可调稳压电路功能造成不良影响的原因。设计过程中，要求掌握EDA设计技术，比如基于PROTEL99工具或其他的流行CAD工具的技术。绘制电路原理图及PCB图时要求能够运用PROTEL99进行描绘，并注意运用PROTEL99软件时应注意的细节问题（如元器件放置好后用LOCK先将其锁定再开始布线；元件和走线不能太靠近放；高频数字电路的走线尽量细、短一些等等）。在绘制好电路图之后要在电脑上进行仿真实验，以确保电路图的准确性。在连接电元器件时要注意区分端口的输入和输出，不要弄混淆以造成不必要的错误。设计结束后，应先到实验室进行调试并记录实验数据，如有错误应查阅资料查找造成错误的原因、提出修改方案及时更正修改。最后要认真分析本项目各阶段过程中所遇到的问题、查找产生问题的原因以及如何解决遇到的问题，最后总结经验教训，避免再次犯相同的错误，并写好最后的课程设计论文。2、设计构思及理论21、设计思路首先，因为是用分立元件做电路，电路的设计就不能用7805一类的集成芯片，而是需要利用电容电阻，三极管来搭建电路。这样搭建的电路具有小巧，便携的优点，其次要设计的电路是直流电压转直流电压，则不需要变压器的变压，整流桥对交流电的整流、滤波电路等。整理好我们本次作品的设计思路，我们就可以开始设计电路了。线性稳定电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出。设计直流稳压电路有以下一些指标1、输出电压范围符合直流稳压电源工作条件情况下，能够正常工作的输出电压范围。该指标的上限是由最大输入电压和最小输入输出电压差所规定，而其下限由直流稳压电源内部的基准电压值决定。2、最大输入输出电压差该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所允许的最大输入输出之间的电压差值，其值主要取决于直流稳压电源内部调整晶体管的耐压指标。3、最小输入输出电压差该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所需的最小输入输出之间的电压差值。4、输出负载电流范围输出负载电流范围又称为输出电流范围，在这一电流范围内，直流稳压电源应能保证符合指标规范所给出的指标。此外还有一些指标，如极限指标1、最大输入电压是保证直流稳压电源安全工作的最大输入电压。2、最大输出电流是保证稳压器安全工作所允许的最大输出电流。22、设计构思的理论依据1、设计模块图1基本模块图2输出波形2、工作原理当电网电压升高或负载减轻,均可引起输出电压U0增加,经取样电压分压后,UF增加,则U0UB减小,也使BJT的IC减小,UCE增加,使UO下降,接近原有值趋于稳定,反之亦然。3、输出电压的调节由于深度串联负反馈的特点,ID0,UU,即UZUF通过调节RP，我们可以将输出电压调节在既定的范围,当RP与R2的比值为一个适当的比值时，就能够有效的调节电压，若是比值太大，则调节幅度过大，若是比值太小，则调节幅度不明显，不利于输出电压的观察。图3参考设计电路4限流电阻的计算式（1）0IMAXIMIN0ZAXZINUUR（）（）（）3、系统电路的设计及原理说明31、系统框图及说明下图为高通滤波器测试的系统框图它是由控制模块和测试模块两部分组成。图5正压直流稳压电源的系统框图控制模块主要输出12V至24V电压接到测试板上，以启动电路板的工作，进而控制测试板的通断。本模块将控制系统的各模块是否处于正常的工作状态，对测试板的测试有重要的作用。测试前，可先输入一个比较小一点的电压测试电路的好坏，以免硬件被烧坏。测试模块本模块主要由自己设计制作的实验板以及一台万用表构成，信号电压通过测试板然后用万用表测出读数，使万用表显示输出信号的相关信息（输出电压及输出电流）。测试时，应该及时记下所测到的数据，以便随后的实验数据分析使用。32、电路设计说明根据正压直流稳压电源的设计原理以及原理草图，并结合国家相关的图纸有关规定，得出以下的电路原理图。下图是用PROTEL99所画出模块完整的电路原理图控制模块测试模块图6电路原理图原理图分析分立元件的可调直流稳压电源，电路比较简单。电压可在15V15V之间连续可调,R3和R2组成取样电路，因放大倍数有限,内阻比用集成电路要大,虽然增加三极管可加大放大倍数、降低内阻，但电路会变得复杂。绘制好原理图之后就可以着手制作电路板。首先是根据原理图得出电路线路的PCB图。对于PCB图的绘制最重要是布线，布线的注意事项详细见4、工程设计中对PCB图设计的描述。下图为根据电路原理图得出的电路PCB图（由PROTEL99绘制而得）图7电路PCB图33、关键元器件的介绍本电路的核心器件为滑动变阻器RP的作用根据UIR，在I不变的条件下，通过调节滑动变阻器阻值的大小，可以达到控制输出电压大小的目的。三极管三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，三极管在放大信号时，首先要进入导通状态，即要先建立合适的静态工作点，也叫建立偏置，否则会放大失真。在三极管的集电极与电源之间接一个电阻，可将电流放大转换成电压放大。图88050NPN三极管管脚表一（元件清单）说明型号R1固定电阻2KR2固定电阻100R3滑动电阻10KQ1NPNS8050Q2NPNTIP41C1电解电容100UF4、工程设计本设计的原理图、PCB图均采用PROTEL99进行绘制，在绘制过程中应注意的问题有（1）原理图常见错误A创建封装时给管脚定义了I/O属性；B创建元件或放置元件时修改了不一致的GRID属性，管脚与线没有连上；C创建的工程文件网络表只能部分调入PCB生成NETLIST时没有选择为GLOBAL（2）PCB的设计流程分为网表输入、规则设置、元器件布局、布线、检查、复查、输出六个步骤；（3）设计PCB版图先应考虑的问题A先放置与结构有关的固定位置的元器件，这些器件放置好后用软件的LOCK功能将其锁定，使之以后不会被误移动。再放置线路上的特殊元件和大的元器件，最后放置小器件；B元器件和走线不能太靠边放；C由于本次设计是有关高通滤波器的电路，所以高频数字电路走线尽量细一些、短一些；D走线拐角尽可能大于度，杜绝度以下的拐角，也尽量少用度拐角；5、制作（特点）叙述在绘制PCB图之前就应该确定好电路中芯片的构成，不要混淆芯片引脚的输入跟输出；由于本项目是关于高通滤波器的设计，所以器件、走线不能太靠近，而且布线要尽量细、短一点，使线路对器件的不良影响尽量减少；但是布线细短与器件间的距离和制作工艺是相矛盾的，布线越细，将电路图附板子上的时候线路就就容易断，也更容易产生别的线路问题，特别是在钻孔的时候，布线过小则很容易将电路截断；再加上线路小了，焊接器件的时候也容易将器件的引脚接在一起，从而发生错误造成实验结果达不到预期的目的。因此要权衡好两者的关系，使制作出来的电路不仅美观易懂，而且更加实用不易产生线路的不良影响，效果最好。在本次电路板的制作过程中，让我印象最深的错误就是将电路PCB图附到铜板上的时候由于不注意，使得电路线断开，使得最后只能重新重复电路线附铜板的过程。通过这次的制作，能使我吸取教训，在以后的电路板制作过程中更多地注意细节性的问题，不再犯重复的错误。6、调试测试分析1、调试方案将所设计的电路接上一台稳压直流电源，作用是输出15V至24V的直流电压，随后调动滑动变阻器的阻值，并且用万用表测出输出电压U0输出电流I0，记录不同输入电压范围内的输出电压和电流值，做成表格。2、测试所用仪器一、一台实验室的直流稳压电源，负责输出需要的电压。二、万用表一台，供测量输出电压电流使用。表二（实验数据）输入电压单位V输出电压单位V1506412411606513201706614021806514871906615672006516532106517352206618132306618992406520103、实验分析由所测的10组数据可知，所设计的直流稳压电路在输入为15V24V之间时，其可调电压范围为064V201V，可调范围比目标范围要大（目标可调范围6V12V）故可以实现功能。此外，在输出处外接一10欧姆的电阻，测得输出电流范围为70MA101A之间，大于目标电流的200MA,故基本符合目标要求，设计电路成功。结论在实际做成的电路板中，由于设计的电路稍微有些误差，导致输出数值与设计指标有些出入，像之前的电路三极管不能得到足够的电压导通从而不能正常工作，经过改良，可以尝试以下电路。改良方案图9改良后的电路串联反馈型晶体管稳压电路如上图所示。图中，UI为电网电压经变压、整流、滤波后的输出电压值；VT1为调整管，VT2为放大管，VD为稳压管，内阻为R。假设，VT1的参数为RBE1，1；VT2的参数为RBE2，2。求输出电阻时，负载应该开路RL，输入端的信号源若为定势源时，视信号源处短路US0，但保留RS；若为恒流源时，视信号源处开路IS0，但保留RS。由输出端加电压US，得到电流IS，于是可求得输出电阻用以衡量稳压电源稳压特性的指标是质量指标。在电子线路中常用的质量指标有稳压系数输出电阻和纹波电压等。对于稳压电源来说，稳压电源的输出电压越稳定、输出电阻越小、稳压系数越低，稳压电源的稳压效果就越好。7、结束语这次进行的课程设计给我留下了太多记忆深刻的东西，学到了很多课本上学不到的知识。首先，这次课程设计，让我了解了不少有关直流稳压电源的相关知识，也让我对一些分立的元器件有了更深层次的认知，直流电源是我们生活、社会生产和国防事业中相当重要的电子器件，值得我们深入研究其次，我能够运用数字电路，模拟电路等学科所学的知识，并结合网络，图书馆搜集到的各种各样的材料，进行分析，比较，取舍，对整体电路的各部分功能有了一个深入的了解。了解了直流稳压的方法，加深了对电路的理解。另外，通过亲自动手进行电路板的焊接，了解了电路板制作的基本过程。最后也学会了写论文的基本格式及写论文的方法。再次，这次课程设计使我有了一次通过理论联系实际，来解决实际问题的经历，它培养了自己分析问题，解决问题的能力，以及上网检索信息的能力。其实学到的知识其实是次要的，重要的是我们探索知识的过程，这个过程便是一个人自主学习能力的体现，它将影响着我今后的发展。谢辞本课程设计的顺利完成，首先得益于一路辅导本人的课程设计指导老师赵秋明老师。是赵老师细心的与我们讲解、耐心的同我们沟通，本人才能顺利完成课程设计一的各方面工作，再一次的衷心感谢赵秋明老师。其次，则得益于大学几年来一路授予本人知识的所有老师，使本人有了完成论文所要求知识的积累；使本人有能设计出方案并调制成功的能力。在此对所有老师表示感谢。再次，则得益于周围热心帮助本人的同学们。正是有同学们的帮助，本人才能在完成课程设计过程中感到轻松，让本人感觉到制作课程设计是一件很快乐的事情。在与他人的交流和讨论中我受益匪浅，同时也被同学们刻苦钻研的精神所深深感染。乐于助人，耐心的解答我提出的问题，对我的课程设计论文提出了许多中肯的修改意见，并对一些技术上的细节给予了很大的帮助。最后，再次感谢所有对此课程设计提供帮助的各位导