直流稳压电源课程设计

1、目录第一章概述.11.1交流稳压电源的分类及其特点21.2直流稳定电源的种类及选用31.3 简述工作原理5第二章设计任务与要求62.1 设计目的62.2 设计的内容要求72.3 设计的步骤及要求7第三章系统硬件设计.83.1 直流稳压电源设计思路83.2 直流稳压电源原理93.3 单元电路的设计93.4 直流稳压电源及充电器设计总电路图13第四章系统仿真.154.1 仿真电路原理图154.2 仿真结果17第五章系统元件及测试225.1 实验设备及元件225.2 测试要求225.3 测试调整22第六章结论246.1 对于本次课程设计的总结246.2 发展前景246.3 心得体会25电气电子课程设

2、计水建学院 班级：电气121班 姓名： 学号： 指导教师：何自立 ganxuetao摘要： 一般晶体管电路都需要直流电源，而且是稳定的电源，才能正常工作，如收音机，电视机等。不管是用分立元件组成电路，还是用集成电路，其中都少不了放大信号的晶体管。为了保证晶体管能够保证放大信号，必须采用稳定的直流电源供电，稳定的直流电压可由干电池或蓄电池获得，但他们储蓄电量的能力有限，不能供应电器长时间工作。 稳定的直流电源可由交流电经过降压，然后经过稳压获得，这就是常见的稳压电源，他能供电器长时间工作。本课题主要设计一个连续可调稳压电路以及用这个电路对5号和7号电池进行充电，以实现其多功能化。关键字：整流电路

3、 滤波电路 稳压电路 充电电路第一章概述直流稳压电源由稳压电源和充电器两部分组成，是一种将220V工频交流电转换成稳压输出3V、6V的直流稳压电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。 它可作为收音机、收录机、MP3等小型电器的外接电源；充电器可对5号、7号可充电电池进行恒流充电。电源变压器的作用是将220v的交流电压变换为6v的交变电压，以提供整流滤波电路所需电压。整流电路由四个整流二极管按桥式整流方法连接对输入交流电压进行整流。电源的分类及知识1.1交流稳压电源的分类及其特点能够提供一个稳定电压和频率的电源称交流稳定电源。目前国内多数厂家所做的工作是交流电压稳定。下面结合市

4、场有的交流稳压电源简述其分类特点。参数调整（谐振）型这类稳压电源，稳压的基本原理是LC串联谐振,早期出现的磁饱和型稳压器就属于这一类.它的优点是结构简单,无众多的元器件,可靠性相当高稳压范围相当宽,抗干扰和抗过载能力强.缺点是能耗大、噪声大、笨重且造价高。在磁饱和原理的基础上的发育进形成的参数稳压器和我国50年代已流行的“磁放大器调整型电子交流稳压器”（即614型）均属此类原理的交流稳压器。 自耦（变比）调整型1、机械调压型，即以伺服电机带动炭刷在自耦变压器的的绕组滑动面上移动，改变Vo对Vi的比值，以实现输出电压的调整和稳定。该种稳压器可以从几百瓦到几千瓦。它的特点是结构简单，造价低，输出波

5、形失真小；但由于炭刷滑动接点易产生电火花，造成电刷损坏以至烧毁而失效；且电压调整速度慢。2、改变抽头型，将自耦变压器做成多个固定抽头，通过继电器或可控硅（固态继电器）做为开关器10件，自动改变抽头位置，从而实现输出电压的稳定。该种型稳压器优点是电路简单，稳压范围宽（130V-280V），效率高（95%），价格低。而缺点是稳压精度低（#177;810%）工作寿命短，它适用于家庭给空调器供电。大功率补偿型净化型稳压器（含精密型稳压器）它用补偿环节实现输出电压的稳定，易实现微机控制。它的优点是抗干扰性能好，稳压精度高（#177;1%）、响应快（4060ms）、电路简单、工作可靠。缺点是：带计算机，程

6、控交换机等非线性负载时有低频振荡现象；输入侧电流失真度大，源功率因数较低；输出电压对输入电压有相移。对抗干扰功能要求较高的单位，在城市里应用为宜，计算机供电时，必须选用计算机总功率的2-3倍左右稳压器来使用。因具有稳压、抗干扰，响应速度快、价格适中等优点，所以应用广泛。开关型交流稳压电源它应用于高频脉宽调制技术，与一般开关电源的区别是它的输出量必须是与输入侧同上频、同相的交流电压。它的输出电压波型有准方波、梯型波、正弦波等，市场上的不间断电源（UPS）抽掉其中的蓄电源和充电器，就是一台开关型交流稳压电源的稳压性好，控制功能强，易于实现智能化，是非常具有前途的交流稳压电源。但因其电路复杂，价格较

7、高，所以推广较慢。1.2直流稳定电源的种类及选用直流稳定电源按习惯可分为化学电源，线性稳定电源和开关型稳定电源，它们又分别具有各种不同类型：1、化学电源我们平常所用的干电池、铅酸蓄电池、镍镉、镍氢、锂离子电池均属于这一类，各有其优缺点。随着科学技术的发展，又产生了智能化电池；在充电电池材料方面，美国研制人员发现锰的一种碘化物，用它可以制造出便宜、小巧、放电时间长，多次充电后仍保持性能良好的环保型充电电池。线性稳定电源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，靠调整管之间电压降来稳定输出。由于调整管静态损耗大，需要安装一个很大的散热器给它散热。而且由于变压器工作在工频（50

8、Hz）上,所以重量较大。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。这类稳定电源又有很多种，从输出性质可分为稳压电源和稳流电源及集稳压、稳流于一身的稳压稳流（双稳）电源。从输出值来看可分定点输出电源、波段开关调整式和电位器连续可调式。2、开关型直流稳压电源与线性稳压电源不同的一类稳电源就是开关型直流稳压电源，它的电路型式主要有单端反激式，单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性电源的根本区别在于它变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹。功能管不是工作在饱和及截止区即开关状态；开关电源因此而得名。开关电源的优点是体积

9、小，重量轻，稳定可靠；缺点相对于线性电源来说纹波较大（一般1%VO(P-P),好的可做到十几mV(P-P)或更小）。它的功率可自几瓦几千瓦均有产品。价位为3元十几万元/瓦，下面就一般习惯分类介绍几种开关电源：（1）AC/DC电源该类电源也称一次电源，它自电网取得能量，经过高压整流滤波得到一个直流高压，供DC/DC变换器在输出端获得一个或几个稳定的直流电压，功率从几瓦几千瓦均有产品，用于不同场合。属此类产品的规格型号繁多，据用户需要而定通信电源中的一次电源（AC220输入，DC48V或24V输出）也属此类.DC/DC电源在通信系统中也称二次电源，它是由一次电源或直流电池组提供一个直流输入电压，经

10、DC/DC变换以后在输出端获一个或几个直流电压。（2）通信电源通信电源其实质上就是DC/DC变换器式电源，只是它一般以直流48V或24V供电，并用后备电池作DC供电的备份，将DC的供电电压变换成电路的工作电压，一般它又分中央供电、分层供电和单板供电三种，以后者可靠性最高。（3）电台电源电台电源输入AC220V/110V，输出DC13.8V,功率由所供电台功率而定,几安几百安均有产品.为防止AC电网断电影响电台工作,而需要有电池组作为备份,所以此类电源除输出一个13.8V直流电压外,还具有对电池充电自动转换功能。（4）模块电源随着科学技术飞速发展，对电源可靠性、容量/体积比要求越来越高，模块电源

11、越来越显示其优越性，它工作频率高、体积小、可靠性高，便于安装和组合扩容，所以越来越被广泛采用。目前，目前国内虽有相应模块生产，但因生产工艺未能赶上国际水平，故障率较高。DC/DC模块电源目前虽然成本较高，但从产品的漫长的应用周期的整体成本来看，特别是因系统故障而导致的高昂的维修成本及商誉损失来看，选用该电源模块还是合算合算的，在此还值得一提的是罗氏变换器电路，它的突出优点是电路结构简单，效率高和输出电压、电流的纹波值接近于零。（5）特种电源高电压小电流电源、大电流电源、400Hz输入的AC/DC电源等，可归于此类，可根据特殊需要选用。开关电源的价位一般在2-8元/瓦特殊小功率和大功率电源价格稍

12、高，可达11-13元/瓦。1.3 简述工作原理电路电源由变压器T降压，二极管VD1VD4整流，三端稳压集成块A1稳压及电C1,C2滤波后供给， 通电后可输出稳定的9V直流电压供给充电器使用。电压比较器由时基电路A2组成，在它的控制端5脚由一个稳压二极管VS（稳定电压为5.6V），所以将电路的复位电平定在5.6V。发光二极管VL为充电指示器。1节5号镍镉电池正常工作电压为1.2V，充电终止电压为1.4V左右。G为4节待充的镍镉电池，所以充电终止电压为41.4V=5.6V。将电池装入充电支架后，合上电源开关S，便可开始充电。电路工作过程：由于电容C3两端电压不能突变，刚通电时，A2的2脚为低电平，

13、A2被触发置位，3脚输出高电平，此高电平经电位器RP、二极管VD5向电池G充电，改变RP值可以调节充电电流的大小。此时A2的7脚被悬空，VL发光指示电路在充电。随着充电不断进行，G两端电压逐渐升高，当升至5.6V时，A2复位，3脚输出低电平，充电自动终止，同时A2内部放电管导通，7脚输出低电平，VL熄灭表示充电结束。 第二章设计任务与要求ZX2018C型直流稳压电源及充电器设计2.1 设计目的1. 通过本次课题的设计,掌握模拟电路系统的设计方法，设计步骤。2. 学会直流稳压电源及充电器的设计方法和性能指标测试方法。3. 培养实践技能以及分析和解决实际问题的能力。2.2 设计的内容要求设计并制作

14、一个连续可调直流稳压电源及充电器，主要技术指标要求 （1） 输出电压：交流220V，直流3V，6V（2） 最大输出电流：500mA（3） 电池充电器：左通道（E1,E2）充电电流5060MA(普通充电)；右通道（E3,E4）充电电流110130mA（快速充电）（4） 稳压电源和充电器可同时使用，但两者电流之和不能超过500mA1. 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。2. 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。3. 批准后，进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能参数。2.3 设计的步骤及要求1. 电路图设计（1）设计

15、整个系统是由那几个模块组成，各个模块的信号传输，并画出组成系统方框图。（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）总电路图：2.电路安装与调试（1）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个输入信号，测试输出端信号，以验证每个模块电路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）将各模块电路连接起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。第三章系统硬件设计3.1 直流稳压电源设计思路（1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压

16、降低获得所需要交流电压。（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。3.2 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6V、9V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1。图1直流稳压电源方框图其中：（1）电源变压器：电源变压器的作用是将220v的交流电压变换为9v的交变电压，以提供整流滤波电路所需电压。整流电

17、路由四个整流二极管按桥式整流方法连接对输入交流电压进行整流。（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。3.3 单元电路的设计（1）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，且方向是一致的。电路的输出波形为正弦波。图2整流电路图3

18、输出波形在桥式整流电路中，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)。（2）滤波电路把经过桥式整流电路得到的直流电压的纹波滤去，但其输出电流电压不太稳定，内阻和纹波较大。C1、C2为滤波电容。如图4所示图4滤波电路图5仿真波形（3）在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。稳压电路的基本组成：又T1和T2组成的复合管（调频管）、又R2和LED1组成的过流保护、由R3和LED2组成的稳压电路、由T3组成的放大器、由R4和R5加R6组成的取样电路

19、。在设计中，由于滤波电路输出电压和电流不是太稳定，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.11.2)U2，直流输出电流： （I2是变压器副边电流的有效值。），稳压电路可以采用复合管稳压电路。其组成框图如图6所示整流电路复合管比较放大器基准电压取样电路保护电路图6稳压电路方框图具有放大环节的串联型晶体管稳压电路是由调整元件比较放大，基准电压和取样电路等几部分组成稳压电路原理图如图7所示图7稳压电路原理图T1、T2是复合管作为电压调整管，LED2为发光

20、二极管同时又有稳压管的作用，提供基准电压，R3是它的限流电阻，它们在一起组成稳压电路。电阻R4/R5和R6组成分压器，其作用是把输出电压的变化量取出一部分，加到由T3组成的放大器的输入端，所以叫做取样电路。T3是比较放大管，R1是它的集电极负载电阻，也是T2的基极偏置电阻，它将基极的取样电压与发射极的基准电压进行比较并将其差值进行放大。从T3集电极输出的信号直接加到复合管T1和T2的基极。T3输出电流控制电压调整管c、e极间等效电阻的大小。C1、C2、C3是滤波电容。C2、T1、T2、R1又组成有源电子滤波电路。稳压电路的过程是这样的：当输出电压U0上升时，电路将发生如下变化：取样电路从输出电

21、压中取样，使T3基极电位Ub3上升，因稳压管LED2的作用使T3发射极电位Ue3不变，则T3发射结正反偏置电压Ube3上升，使T3基极电流Ib3增加， T3集电极电流Ic3增加，流过R1的电流I增大，R1上压降增大使复合管基极电位Ub1下降，使T1发射结正向偏置电压Ube1下降， T1基极电流Ib1下降，使T1的c、e间等效电阻R增加， T1的c、e极间电压Uce1增加，从而输出电压U0下降，达到稳压的目的。同理，当输出电压U0下降时，有下述变化过程U0 Ub3 Ube3 Ib3 Ic3 Ub1 Ube1 Ib1 R Uce1U0 同样，当电网电压变化使输出电压U0变化时，稳压电路也有上述过程

22、U0Ub3 Uc3 Ub1 U0调节电路中S1的大小可以改变输出电压U0的大小S1Ub3 Uc3Ub1 U0当放大器的放大倍数越大时，输出 电压的稳定度就越高。 （4）直流稳压电源充电器部分从桥式整流电路输出的直流经过电阻R7后，在VT4集电极产生压降，对电池进行普充。快充部分原理与普充电路原理相同，但由于R9阻值比R7阻值小，而桥式整流电路输出电压一定，因此在快充电路产生的电流大。普冲是R7部分，快冲为R9部分，两者的区别是快冲电流远远大于普冲电流。在充电电路中VD5和VD6起到了保护电路的作用，例如，当电池充满电时，VD5阴极电压为3V，远远大于阳极电压，VD5截止；LED3和LED4是充

23、电显示作用，二极管电压为稳定时，恒亮，显示电池已充满。充电器原理图如图8所示图8充电器原理图3.4 直流稳压电源及充电器设计总电路图总电路图如图9所示图9 ZX2018C型直流稳压电源及充电器设计总电路图图10整流滤波稳压电路仿真波形图第四章系统仿真4.1 仿真电路原理图在multisim中画出电路原理图进行仿真 左边变压器的原副边匝数之比为220：7.5 如图11 由于原件库里没有单刀三制开关，所以用两个单刀双制开关进行替代。图12和图13为电路图总体视图。图11 加220V 50HZ 交流电压 变压器匝数比为270:7.5图12 图13用MULTISIM进行仿真的总电路图4.2 仿真结果1

24、.整流电路，正负半周内部都有电流流过的负载电阻R10，且方向是一致的。电路的输出波形如图14和图15所示。图14 整流电路的输出波形图15整流电路示波器截图2.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。如图图16 滤波电路仿真波形图17 滤波电路示波器截图3.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。通过稳压电路输出的波形将更为稳定，如图18和图19所示。图18 稳压电路输出仿真波形图19 稳压电路示波器波形截图第五章系统元件及测试5.1 实验设备及元件 万用表 示波器 交流毫伏表 二极管 三极管 变压器 电

25、容 电阻5.2 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R。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，则可算出稳压系数Sv。5. 用毫伏表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，记录波形。6. 分析测量结果，并提出改进意见。5.3 测试调整1测试接通电源，绿色通电指示灯（LED1）亮；2)空载电压：空载时测量通过十字插头输出的直流电压，其值应略高于额定电压；3）输出极性：拨动S2开关，输出极性应相应变化；4）负载能力：当负载电流在额定值150mA左右时，输出电压的误差小于10%；5）

26、过载保护：当负载电流增大到一定值时LED1绿色指示灯逐渐变亮，LED2逐渐变暗，同时输出电压下降。当电流增大到500mA左右时保护电路起作用，LED1亮，LED2灭。若负载电流减小则电路恢复正常；6）充电电流:充电通道内不装电池，置万用表于直流电流档，当正负表笔分别触及所测通道的正负极时（两节电池为一组），被测通道充电指示灯亮，所显示的电流值即为充电电流值。也可用仪器测量1、2、3的测试点。2调整若稳压电源负载在150mA时，输出电压误差大于规定值的10%时，3伏档更换R4，6伏档更换R5，阻值增大电压升高，阻值减小电压降低；2）若要改变充电电流值，可更换R7（R9），阻值增大，充电电流减小。

27、阻值减小，充电电流增大。附 元件清单表序号名称型号规格位号数量序号名称型号规格位号数量1二极管1N4001VD1-66支18负极弹簧片4个2三极管9013VT1、32支19主线路板1块3三极管8050VT21支20负极线路板1块4三极管8550VT4、52支21电源插座1块5发光二极管3绿色LED1、22支22直流电源插座2、1DC1个6发光二极管3红色LED3、42支23功能指示不干胶2孔1张7电解电容470F/16VC11支24产品型号不干胶30461张8电解电容22F/10VC21支25电源插头线1m1根9电解电容100F/10VC31支26十字插头输出线0.8m1根10电阻1、9.11

28、00R2、R9R4各1支27短导线10cm6根11电阻330、470R6、R5各1支28热塑套管2cm2根12电阻15、24R11、R72支29外壳上盖、下盖1套13电阻560R8、R102支30透明盖、塑料腰条各1个14电阻1KR1、R32支31自攻螺丝2.552粒15变压器220V，5.5WT1支32自攻螺丝2.5104粒16直脚开关12、22S1、S2各1支33自攻螺丝362粒17正极片4个34装配说明1份第六章结论6.1 对于本次课程设计的总结直流稳压电源和充电器是由整流电路、滤波电路、稳压电路、充电电路组成电源变压器把220V的交流电变成9V的交流电，通过整流桥把交流电变成直流电，然

29、后通过滤波电路和稳压电路得到稳定平滑的直流电，可以供给我们日常生活中一些小型电子产品的外接电源，并且可以对5号、7号电池进行充电，给我们的日常生活带来了方便。但是本电路仍具有一些缺点，下面我根据设计过程中遇到的一些问题，提出一些改进措施（仅供参考）电网电压波动引起波动时，将通过放大管集电极电阻R1影响复合管的基极电位，并引起输出电压U0的波动。由于引进带辅助电源的串联稳压电路。当环境温度 的变化引起放大管VT3静态工作点漂移时，将引起输出电压的不 稳定。由此引进差动放大器电路代替VT3进行比较放大。增加集电极负载电阻R1可增加放大电路的放大倍数，但同时会使复合管将不到合适的静态工作点，而使稳压

30、电流不能正常工作。由此我们可以采用恒流源负载代替R1.当负载电流过大或负载短路时，流过复合管的额定功耗值而烧坏，因此我们引入限流型、载流型等保护电路。6.2 发展前景直流稳压电源目前还不能完全被取代。 1、因为开关电源等谁然优势显著，但现在很难做到大功率的输出稳压。另外，电子元件数目多也就修理繁琐故障率大。 2、在一些高空牌匾以及外用设备上远远不如直流耐用。还有开关电源等频率高一般几十道几百千赫，对这一频率的信号（音频）源造成干扰大。所以在功放和一些家电设备上也不适合。 市场很大，前景光明。 6.3 心得体会电子课程设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的直流稳压电源与充电器的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验