任务直流稳压电源的设计与制作

1、任务要求任务要求 采用分立元件设计一台串联型直流稳压电源，其功能和技术采用分立元件设计一台串联型直流稳压电源，其功能和技术 指标如下：指标如下： （1）输出电压输出电压U0可调：可调：612v。 （2）输出额定电流）输出额定电流I0500mA。 （3）电压调整率）电压调整率KU0.5。 （4）电源内阻）电源内阻R S 0.1。 （5）纹波电压）纹波电压S 5mV。 （6）过载电流保护：输出电流为）过载电流保护：输出电流为600mA时，限流保护时，限流保护 电路工作。电路工作。 直流稳压电源的设计与制作直流稳压电源的设计与制作 相关知识相关知识 1 1 直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成

2、和功能 2 2 单相整流电路单相整流电路 3 3 滤波电路滤波电路 4 4 稳压电路稳压电路 5 5 集成稳压电源集成稳压电源 直流稳压电源的设计与制作直流稳压电源的设计与制作 一、一、 直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能 整整 流流 电电 路路 滤滤 波波 电电 路路 稳稳 压压 电电 路路 u1 u2u3u4 uo l电源变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。 l整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。 l滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。通常由 电感线圈、电容器和电阻中的1个或几个元器件组成。 l稳压电路: 消除电网波动及负载变

3、化的影响,保持输出电压uo的稳 定。 整流电路的任务：把交流电压转变为直流整流电路的任务：把交流电压转变为直流 脉动的电压。脉动的电压。 常见的小功率整流电路，有单相半波、全常见的小功率整流电路，有单相半波、全 波、桥式和倍压整流等。波、桥式和倍压整流等。 为分析简单起见，把二极管当作理想元件为分析简单起见，把二极管当作理想元件 处理，即二极管的正向导通电阻为零，反处理，即二极管的正向导通电阻为零，反 向电阻为无穷大。向电阻为无穷大。 二、二、 单相整流电路单相整流电路 （一）、（一）、 单相半波整流电路的工作原理单相半波整流电路的工作原理 u2 0 时，二极管时，二极管 导通。导通。 iL

4、u1 u2 a T b D RLuo 忽略二极管正忽略二极管正 向压降：向压降： uo=u2 u1 u2 a T b D RLuo iL=0 u20 时时 D1,D4导通导通 D2,D3截止截止 电流通路电流通路: a D1 RLD4b u20 时时 D2,D3导通导通 D1,D4截止截止 电流通路电流通路: b D2 RLD4a 单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形 u2 D3 D2 D1 D4 RL uo a b 整流输出电压平均值：整流输出电压平均值： Uo=0.9U2 负载电流平均值负载电流平均值: Io= Uo /RL =0.9 U2

5、/ RL 二极管平均电流：二极管平均电流：ID=Io/2 二极管最大反向电压：二极管最大反向电压： DRM 2 2 UU u2 t t uD2,uD3uD1,uD4 t uo 几种常见的硅整流桥外形：几种常见的硅整流桥外形： + A C - + - + - 交直流管脚用错将如何？交直流管脚用错将如何？ 交直流交换接线端后交直流交换接线端后 变为半波整流？变为半波整流？ 造成短路烧毁变压器！造成短路烧毁变压器！ （四）（四）整流电路的主要参数整流电路的主要参数 负载电压负载电压 Uo的平均值为的平均值为: oo tdu U 2 0 2 1 负载上的负载上的(平均平均)电流电流: L o R U

6、I o (1)整流输出电压的平均值整流输出电压的平均值 uo 2 0 t S定义：定义：整流输出电压的基波峰值整流输出电压的基波峰值Uo1M与与Uo平均值平均值 之比。之比。S越小越好。越小越好。 2. 脉动系数脉动系数 670 3 2 22 3 24 2 2 1 . U U U U S o Mo 用傅氏级数对全波整流的输出用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得分解后可得: )6cos 35 4 4cos 15 4 2cos 3 42 (2 2 tttUuo uo 2 0 t 基波基波 基波峰值基波峰值 输出电压平均值输出电压平均值 平均电流平均电流(ID)与反向峰值电压与反向峰值电压(

7、UDRM)是选择整流管是选择整流管 的主要依据。的主要依据。 oD II 2 1 2 2UU RM 例如：例如： 在桥式整流电路中，每个二极管只有半周在桥式整流电路中，每个二极管只有半周 导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流 ID 是负载平均电流的一半。是负载平均电流的一半。 二极管截止时两端承受的最大反向电压：二极管截止时两端承受的最大反向电压： (3)二极管平均电流与反向峰值电压二极管平均电流与反向峰值电压 （选购时：二极管额定电流（选购时：二极管额定电流 2ID) （选购时：（选购时：最大反向电压最大反向电压 2URM) 三、滤波电路 滤波电路

8、的结构特点滤波电路的结构特点: 电容与负载电容与负载 RL 并联，或并联，或 电感与负载电感与负载RL串联。串联。 交流交流 电压电压 脉动脉动 直流电压直流电压 整流整流 滤波滤波 直流直流 电压电压 RL L RLC 返回 1. 电容滤波电路 以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，以单向桥式整流电容滤波为例进行分析， 其电路如图所示。其电路如图所示。 (1)电容滤波原理电容滤波原理 a 桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路 u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C RL未接入时未接入时(忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻) u2 t uo t 设设t1时刻接时刻接

9、通电源通电源 t1 整流电路为整流电路为 电容充电电容充电 充电结束充电结束 没有电容没有电容 时的输出时的输出 波形波形 a u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C uc 2 02UU RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻) u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C u2 t uo t 无滤波电容无滤波电容 时的波形时的波形 加入滤波电容加入滤波电容 时的波形时的波形 uo t u2上升，上升， u2大于电容大于电容 上的电压上的电压uc，u2对电容充电，对电容充电， uo= uc u2 u2下降，下

10、降， u2小于电容上的电压。小于电容上的电压。 二极管承受反向电压而截止。二极管承受反向电压而截止。 电容电容C通过通过RL放电，放电， uc按指数按指数 规律下降，时间常数规律下降，时间常数 = RL C u2 t uo t 只有整流电路输只有整流电路输 出电压大于出电压大于uc时，时， 才有充电电流。才有充电电流。 因此二极管中的因此二极管中的 电流是脉冲波。电流是脉冲波。 二极管中的二极管中的 电流电流 u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C u2 t uo t 电容充电时，电容充电时， 电容电压滞后电容电压滞后 于于u2。 RLC越小，输越小，输 出电压越低。

11、出电压越低。 u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (考虑整流电路内阻考虑整流电路内阻) 上一页下一页 (2)电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点 (a) 输出电压输出电压 平均值平均值Uo与时间常数与时间常数 RLC 有关有关 RLC 愈大愈大 电容器放电愈慢电容器放电愈慢 Uo(平均值平均值)愈大愈大 一般取一般取)105(TCR L (T:电源电压的周期电源电压的周期) 或取或取) 53(T/2CR L (T:电源电压的周期电源电压的周期) (T:电源电压的周期电源电压的周期) 所以：所以：C(35)T/2RL 电容

12、耐压：电容耐压：VC 2 22U（半波整流半波整流电容滤波电路）电容滤波电路） 电容耐压：电容耐压：VC 2 2U（全波整流全波整流电容滤波电路电容滤波电路） 近似估算近似估算: Uo=（11.1）U2 Io= ID=Uo/RL= （ （11.1）U2 /RL (c) 二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压 2 22UU RM 半波整流半波整流电容滤波电路电容滤波电路 注意：注意：选择二极管时，允许通过的最大整流电流平选择二极管时，允许通过的最大整流电流平 均值均值IF ID ， ，允许承受的最高反向电压 允许承受的最高反向电压UR URM (b) 负载上直流电压和二极管电流负载上直

13、流电压和二极管电流 流过二极管瞬时电流很大，流过二极管瞬时电流很大，RLC 越大越大 Uo越高越高 负载电流的平均值越大负载电流的平均值越大 ; 整流管导电时间越短整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大的峰值电流越大 (c) 二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压(桥式）桥式） 2 2UU RM 近似估算近似估算: Uo=1.2U2 Io= Uo/RL=1.2U2 /RL 注意：注意：选择二极管时，允许通过的最大整流电流平选择二极管时，允许通过的最大整流电流平 均值均值IF ID ， ，允许承受的最高反向电压 允许承受的最高反向电压UR URM 全波全波(桥式）整流桥式）整流电容滤波

14、电路电容滤波电路 (b) 负载上直流电压和二极管电流负载上直流电压和二极管电流 L OD R U II 2 2 .1 2 12 (d) 二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压 2 22UU RM 2. 电感滤波电路 电路结构电路结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L 就构成了电感滤波电路。就构成了电感滤波电路。 u2u1 RL L uo 电感滤波原理 对谐波分量对谐波分量: f 越高，越高，XL 越大越大,电压大部分降在电压大部分降在XL上。上。 因此，因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。在输出端得到比较平滑的直流电压。 Uo=0.9U2 当忽略

15、电感线圈的直流电阻时，输出平均电压当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压 约为：约为： u2u1 RL L uo 对直流分量对直流分量: XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上上 3. RC 型滤波器 改善滤波特性的方法：改善滤波特性的方法：采取多级滤波采取多级滤波 uo R u2u1 C1C2 uo1 RL RC 型型滤波器滤波器 XC2R，交流分量绝大部分降在，交流分量绝大部分降在R上，上，RLR， 直流分量绝大部分降在直流分量绝大部分降在RL上。由于在上。由于在R上损失一部上损失一部 分直流能量，只适用于负载电流小的场合。分直流能量，只适用于负载电流小的场合

16、。 UC1=1.2U2，UO=UC1RL/（RL+R） 4. LC 型滤波器 改善滤波特性的方法：改善滤波特性的方法：采取多级滤波采取多级滤波 LC 型型滤波器滤波器 L的直流电阻小，的直流电阻小，L直流压降很小，负载的直流电压直流压降很小，负载的直流电压 UO=UC1=1.2U2，对输出电压的交流分量，对输出电压的交流分量， XL XC2， ， L交流压降很大，负载上交流压降很小。在 交流压降很大，负载上交流压降很小。在 负载电流大或小时均有良好滤波。负载电流大或小时均有良好滤波。 四、稳压电路 稳压电路的作用稳压电路的作用: : 交流交流 电压电压 脉动脉动 直流电压直流电压 整流整流滤波

17、滤波 有波纹的有波纹的 直流电压直流电压 稳压稳压 直流直流 电压电压 返回 稳压电源类型稳压电源类型: 以下主要讨以下主要讨 论线性稳压论线性稳压 电路。电路。 稳压管稳压管 稳压电路稳压电路 开关型开关型 稳压电路稳压电路 线性线性 稳压电路稳压电路 常用稳压电路常用稳压电路 ( (小功率设备小功率设备) ) 电路最简单，电路最简单， 但是带负载能但是带负载能 力差，一般只力差，一般只 提供基准电压，提供基准电压， 不作为电源使不作为电源使 用。用。 效率较高，效率较高， 目前用的也目前用的也 比较多，但比较多，但 因学时有限，因学时有限， 这里不做介这里不做介 绍。绍。 1. 稳压电路的

18、主要性能指标 (1)稳压系数稳压系数 S（越小越好）（越小越好） 稳压系数稳压系数S反映电网电压波动时对稳压电路的影反映电网电压波动时对稳压电路的影 响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化 量与输入电压的相对变化量之比。量与输入电压的相对变化量之比。 I I o o U U U U S (2)输出电阻输出电阻Ro （越小越好）（越小越好） 输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。 定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出 电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等

19、效电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效 电路的内阻。电路的内阻。 2. 串联反馈式稳压电路 (1)电路结构的一般形式 串联式稳压电路的组成：串联式稳压电路的组成： （1）基准电压；）基准电压； （2）比较放大；）比较放大； （3）输出电压取样电路；（）输出电压取样电路；（4）调整元件）调整元件 UO T + _ UI 比较放大比较放大 基基 准电压准电压 Uo取样 取样 UR FUO RL 调整元件调整元件 + + 基准电压基准电压: 为比较放大电路提供一稳定性较高的直流基准电压为比较放大电路提供一稳定性较高的直流基准电压VREF （VZ），使比较放大器输入信号能完全反映输出电压的变化。

20、基），使比较放大器输入信号能完全反映输出电压的变化。基 准电压准电压VREF通常由稳压管提供。（选稳压管的原则：通常由稳压管提供。（选稳压管的原则： VREF 即即VZ 一般为输出电压的一半左右，或一般为输出电压的一半左右，或VZ U0min,且温度系数且温度系数Z和电阻和电阻 rZ尽量要小）。尽量要小）。 调整环节：调整环节： 调整环节是电路的核心，一方面给负载提供大电流，另一方调整环节是电路的核心，一方面给负载提供大电流，另一方 面降落并调整电路输入输出电压差。调整管在任何情况下必须工面降落并调整电路输入输出电压差。调整管在任何情况下必须工 作在放大区。当作在放大区。当U0=U0max时，

21、调整管的最小管压降时，调整管的最小管压降VCEmin必须大必须大 于其饱和压降于其饱和压降VCES（一般取（一般取VCEmin=34V）。当负载电流最小时，）。当负载电流最小时， 调整管也不能进入截止区，否则不能完成调节作用。调整管也不能进入截止区，否则不能完成调节作用。 比较放大比较放大: 高增益直接耦合放大器（可为集成运放，或共射、差动电路）高增益直接耦合放大器（可为集成运放，或共射、差动电路）AV 越大越好，控制调整管的作用越强。越大越好，控制调整管的作用越强。 输出电压取样电路：输出电压取样电路： 采集输出电压的变化量。采集比（分压比）采集输出电压的变化量。采集比（分压比）n (一般为

22、一般为0.5 0.8 R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI UB2 因调整管与负载接成射极输出器形式，因调整管与负载接成射极输出器形式， 为深度串联电压负反馈，故称之为：为深度串联电压负反馈，故称之为： 串联反馈式稳压电路。串联反馈式稳压电路。 若因输入电压变化或负载变化而使若因输入电压变化或负载变化而使 UO加大加大,比较放大电路使比较放大电路使UB1变大变大,从而从而 使使UO降低降低. UO T1 + _ UI 比较放大比较放大 基基 准电压准电压 Uo取样 取样 UR FUO RL 调整元件调整元件 + + UB1 +UI Uo

23、 RL R3 比较放大比较放大 T1调整管调整管 R3 、 T2比较放大比较放大 R1 、 RW 、R2采样电阻采样电阻 R 、 UZ基准电压基准电压 (2)一种实际的串联式稳压电源一种实际的串联式稳压电源 R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI UB2 稳压原理稳压原理 UoUB2UBE2=（UB2-UZ） UC2 （UB1 ）Uo 当当 UI 增加或输出电流减小使增加或输出电流减小使 Uo升高时升高时 R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI UB2 UC2 （UB1 ） UCE1

24、 (3) 输出电压的确定和调节范围输出电压的确定和调节范围 因为：因为： O U 2BEZ UU+ 22W RR+ 21W RRR+ 2 22 21 BEZ W W O UU RR RRR U+ + + 所以：所以： 22 21 Z W W U RR RRR + + 忽略忽略UBE2 R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI UB2 例：例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k ，求，求 输出电压的调节范围。输出电压的调节范围。 R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI

25、UB2 2 21 Z W W Omin U RR RRR U + + 4=6V 4.74.7 + 4.7 4.7+ 4.7 2 21 Z W Omax U R RRR U + 4=12V 4.74.7 + 4.7 4.7 (4) 实际的稳压电源采取的改进措施实际的稳压电源采取的改进措施 1. 比较放大级采用差动放大器或集成运放比较放大级采用差动放大器或集成运放 2.2.调整管采用复合三极管调整管采用复合三极管 3. 采用辅助电源采用辅助电源(比较放大部分的电源比较放大部分的电源) 4. 用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益 5. 内部加短路和过热保护电路内部

26、加短路和过热保护电路 R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI UB2 集成化集成化集成稳压电源集成稳压电源 五、集成稳压电源 特点：体积小特点：体积小,可靠性高可靠性高,使用灵活使用灵活,价格低廉价格低廉 内部电路：串联型晶体管稳压电路内部电路：串联型晶体管稳压电路 （一）固定三端稳压器（一）固定三端稳压器 类型：类型：W （CW） 7800系列系列 稳定正电压稳定正电压 W （CW） 7900系列系列 稳定负电压稳定负电压 输出电压：输出电压：5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V 输出电流：输出电流：78M/ 79M-500

27、mA 78/ 79-1.5A 78L/ 79L-100mA 1端端: 输入端输入端 2端端: 公共端公共端 3端端: 输出端输出端 W7800系列稳压器外形及接线图系列稳压器外形及接线图 1 2 3 + _ W7805 UI + _ Uo 1 3 2 CI 0.11 F Co 1F +10V +5V 注意：注意：输入与输出端输入与输出端 之间的电压不之间的电压不 得低于得低于3V！ 1端端: 公共端公共端 2端端: 输入端输入端 3端端: 输出端输出端 W7900系列稳压器外形及接线图系列稳压器外形及接线图 1 2 3 + W7905 UI + Uo 2 3 1 CI 0.11 F Co 1F

28、 -10V -5V 集成稳压电源应用电路 u2u1 C1 300F U1=220V U2=8V UC1=1.2 U2 =9.6V Uo=5V + _ Co W7805 + _ Uo 13 2 1F RL CI 1 F 固定三端稳压器的典型应用固定三端稳压器的典型应用 U0=UZ+UXX（注意选择适当（注意选择适当R值，使稳压管工作值，使稳压管工作 在稳压区）在稳压区） 静态电流静态电流IQ=58mA, 要求要求I1=UXX/R15IQ 则则U0=UXX+（I1+IQ）R2=（1+R2/R1）UXX （故（故U0 UXX） IiI01 R1=UBE/IR=UBE/ (Ii-IB)= UBE/ (

29、I01-IB) )= UBE/ (I01-IC/ ) I0=IC+I01 若想连续取比若想连续取比1A以上的电流，可采用下图所示以上的电流，可采用下图所示 的加接三极管增大电流的方法的加接三极管增大电流的方法 VT1称为扩流功率管，应选大功率三极管。称为扩流功率管，应选大功率三极管。VT2为过流保护三极管，正常为过流保护三极管，正常 工作时该管为截止状态。三极管工作时该管为截止状态。三极管VT1的直流电流放大倍数的直流电流放大倍数 必须满足必须满足 Ii/I0。 另外，另外，Ii的最大值由的最大值由VT1额定值决定，要更大电流，可将三极管接成达林顿额定值决定，要更大电流，可将三极管接成达林顿

30、管。输出电流为管。输出电流为IL=I0+Ii 特点特点国产型号国产型号最大输出最大输出 电流（电流（A） 输出输出 电压（电压（V） 对应国对应国 外型号外型号 正压输出正压输出 CW117L/217L317L CW117M/217M317M CW117/217/317 CW117HV/217HV317HV W150/250/350 W138/238/338 W196/296/396 0.1 0.5 1.5 1.5 3 5 10 1.237 1.237 1.237 1.257 1.233 1.232 1.2515 CW对应变为对应变为LM 即可即可 负压输出负压输出 CW137L/237L33

31、7L CW137M/237M337M CW137/237/337 0.1 0.5 1.5 1.237 1.237 1.237 CW对应变为对应变为LM 即可即可 （二）可调式三端集成稳压器（二）可调式三端集成稳压器 1 2 3 TO-220封装封装 CW117/217/317 1端端: 输出调整端输出调整端 2端端: 输出端（输出端（U0） 3端端: 输入端输入端（UI） CW137/237/337 1端端: 输出调整端输出调整端 2端端: 输入端（输入端（-UI） 3端端:输出端（输出端（-U0） TO-3封装封装 1端端: 输出调整端输出调整端 2端端: 输入端（输入端（UI） 外壳外壳:

32、输出端（输出端（U0） TO-3封装封装 1端端: 输出调整端输出调整端 2端端: 输出端（输出端（-U0） 外壳外壳: 输入端（输入端（-UI） 可调三端稳压器的典型应用可调三端稳压器的典型应用 C1：抵消输入长接线的电感效应，防自激：抵消输入长接线的电感效应，防自激 C2：改善负载的瞬态响应，消除高频噪声：改善负载的瞬态响应，消除高频噪声 C3：进一步减小纹波（几百：进一步减小纹波（几百uF) C4：旁路电阻：旁路电阻R2上纹波，改善稳压器输出的上纹波，改善稳压器输出的 纹波抑制特性（纹波抑制特性（10 uF左右）左右） D1/D2 :防止输入端短路时防止输入端短路时C3反向放电损坏稳反向

33、放电损坏稳 压器压器 (a)图中图中 U01.25（1+RP/R1） (b)图中（更正：图中（更正：337） U0-1.25（1+RP/R1） 正压系列：正压系列：W3l 7系列稳压块能在输出电压为系列稳压块能在输出电压为 1.25V37v的范围内连续可调外接元件只需一的范围内连续可调外接元件只需一 个固定电阻和一只电位器。其芯片内也有过流、个固定电阻和一只电位器。其芯片内也有过流、 过热和安全工作区保护。最大输出电流为过热和安全工作区保护。最大输出电流为1.5A。 其典型电路如图所示。图中电阻其典型电路如图所示。图中电阻R1与电位器与电位器RP 组成电压输出调节电器，输出电压组成电压输出调节

34、电器，输出电压U0的表达式为：的表达式为： U01.25（1+RP/R1）。）。R1一般取一般取120 240 ， 输出端与调整压差为稳压器的输出端与调整压差为稳压器的基准电压基准电压(典型值为典型值为 1.25V),所以流过所以流过R1的泻放电流为的泻放电流为5 10mA。 任务实施任务实施 一、方框图一、方框图 根据任务要求，我们要设计的直流稳压电源的应该由电源根据任务要求，我们要设计的直流稳压电源的应该由电源 变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，如图所示。变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，如图所示。 二、稳压电源的主要性能指标：二、稳压电源的主要性能指标： 1、输出电压、输出电

35、压U。和输出电压调节范围。和输出电压调节范围 2、最大负载电流、最大负载电流I0m 3、输出电阻、输出电阻R。 输出电阻输出电阻R。定义为：当输入电压。定义为：当输入电压UI(指稳压指稳压 电路输入电压电路输入电压)保持不变，由于负载变化而引保持不变，由于负载变化而引 起的输出电压变化量与输出电流变化量之比，起的输出电压变化量与输出电流变化量之比， 即即 4、稳压系数、稳压系数S(电压调整率电压调整率) 稳压系数定义为：当负载保持不变，输出电压相稳压系数定义为：当负载保持不变，输出电压相 对变化量与输人电压相变化量之比，即对变化量与输人电压相变化量之比，即 由于工程上常把电网电压波动正负由于工

36、程上常把电网电压波动正负10做为做为 极限条件，因此也有将此时输出电压的相对变极限条件，因此也有将此时输出电压的相对变 化量化量 U0/U0做为衡量指标，称为电压调整率做为衡量指标，称为电压调整率KU。 5、纹波电压、纹波电压 输出纹波电压是指在额定负载条件下，输出输出纹波电压是指在额定负载条件下，输出 电压中所含交流分量的有效值电压中所含交流分量的有效值(或峰值或峰值)。 三、电路三、电路 四、工作原理四、工作原理 如图所示，如图所示，220v交流电经双交流电经双18v变压器产生两组变压器产生两组18v的低压交的低压交 流电，流电，VD1、VD2和和C1构成全波整流滤波电路，产生构成全波整流

37、滤波电路，产生20v的直流的直流 电压，电压，VT4，VD3、 VD4和和R2为恒流源负载，为恒流源负载，VT5和和和和R0为过为过 流保护电路，流保护电路，VT1和和VT2为电压调整器，为电压调整器，VT3 、VD5、R3、RPI、 R5和和R4构成输出电压取样比较电路，构成输出电压取样比较电路，RP1调节输出电压大小。调节输出电压大小。 稳压过程稳压过程：当：当 UI 增加或输出电流减小使增加或输出电流减小使 Uo升高时升高时 Uo UB3 UBE3=（UB3-UZ） UC3 （UB2 ）Uo UCE1 U0调整调整： RP1向上向上 UB3UBE3=（UB3-UZ） UC3 （UB2 ）

38、UCE1 Uo 过流保护过程过流保护过程： VT5和和Ro为过流保护电路，为过流保护电路，Ro阻值比较小阻值比较小(大约为大约为1 欧欧)。当输出电流。当输出电流I0较小时，在较小时，在Ro上产生的电压较小，上产生的电压较小， 不足以使不足以使VT5导通，因此其不起作用。当输出电流导通，因此其不起作用。当输出电流I0过过 大时，在大时，在Ro上产生的电压增大，上产生的电压增大， VT5导通，导通，UC5=VB2下下 降，降，VCE1增大，使增大，使U0下降，起保护作用。下降，起保护作用。 五、电路参数计算五、电路参数计算 1、电源变压器、电源变压器T。 若要求调整管若要求调整管VT1不进入饱和

39、区，则滤波输出即稳不进入饱和区，则滤波输出即稳 压输入端电压压输入端电压 UIminU0max+(UI-U0)min+URIP+UI U0max:稳压输出最大值稳压输出最大值 (UI-U0)min：稳压器输入输出最小电压差（：稳压器输入输出最小电压差（210V， 典型值典型值3V） URIP： ：滤波器输出电压的纹波电压值 滤波器输出电压的纹波电压值 URIP=U0+(UI-U0)min 10 UI： ：电网电压波动引起输入电压变化 电网电压波动引起输入电压变化 UI =U0+(UI-U0)min+ URIP 10 UImin=12+3+（12+3)10+ 12+3+（12+3)10 =15+

40、1.5+1.65=18.1518V UI=UImin/(1- 10)=20V （滤波输出）（滤波输出） UImax=UI （1+10）=22V 变压器副边电压：变压器副边电压：U2=UI/1.2=16.7V 考虑整流二极管和变压器考虑整流二极管和变压器T的降压等因素，取的降压等因素，取 U2=18V 总之，电源变压器的次级为带中心抽头的双总之，电源变压器的次级为带中心抽头的双18v绕绕 组，输出电流是电源额定电流组，输出电流是电源额定电流I0的的1.5倍倍( I0=500mA), 即即副边电流副边电流 ： I2 =5001.5=750mA 取变压器效率为取变压器效率为B=P2/P1=0.8，则

41、变压器容量为，则变压器容量为 P1=P2/B=U2I2/B=180.75/0.8=16.9W，故选容量，故选容量 为为20W的变压器的变压器 2、整流二极管、整流二极管VD1与与VD2 IF=IDM1.5 （I0/2）=1.5 250mA=350mA 所以所以VD1与与VD2选选IN4001 3、滤波电容、滤波电容C1 根据电容根据电容c1的表达式的表达式 已知输入交流电的周期已知输入交流电的周期 T=1/f=0.02S RLmin=UImin/II （即滤波输出电压（即滤波输出电压/滤波输出电流，滤波输出电流，III0） C1=4 T/2RLmin=1667uF 耐压：耐压： 所以所以C1选

42、用选用2200 uF/25V铝电解电容铝电解电容 VUUU RM 9 .25%)101 (222 max2 + VUUU RM 8 .51%)101 (22222 2 + 24 5005 . 1 18 5 . 10 Im min mAI U R in L min 2 )53( 1 LR T C 4 4、调整管、调整管VT1VT1 U U(BR)CEO1 (BR)CEO1 UCE1max=UImax-U0min=UImax=22V ICM11.5I0=750mA PCM1 1.5I0UCE1max=16.5W 因此，调整管因此，调整管VTl选用选用D880三极管，参数为三极管，参数为:U U(B

43、R)CEO (BR)CEO=60V =60V， ICM=3A，PCM=30w,并测得并测得 ， rbe140 。 5、其他小功率管、其他小功率管VT2、VT3、 、 VT5 U U(BR)CEO (BR)CEO UCEmax=22V ICM11.5I0/ =15mA PCM 1.5I0UCE1max / =330mW 因此，因此，VT2，VT3 、VT5选用选用9013，其，其U U(BR)CEO (BR)CEO 30V， ICM=300mA， PCM=700mw，并测，并测 =100 50 1 1 1 6、基准电路、基准电路UZ与与R3。 根据根据UZU0min=6V，IZmin6mA和和a

44、 aZ Z、 、r rZ Z尽量要小的原则， 尽量要小的原则， 选用选用2CW11稳压管，其参数为：稳压管，其参数为：Uz3.24.5V, IZmin 10mA，IZmax55mA。由。由 min min0 3 max max0 Z Z Z Z I UU R I UU 得得 148 R3215 因此，因此，R3选取选取200 的电阻。的电阻。 7、取样电路、取样电路R5，RRP1 R4。 当负载开路时，提供调整管当负载开路时，提供调整管VT1，的泄流通路，故通过取，的泄流通路，故通过取 样电路的最小电流为样电路的最小电流为2I010mA。 设设R=RR=R4 4+R+R5 5+R+RP1 P1

45、=U =U0min 0min/ 2 / 2I I0 0=600 =600 38.0 76.0 max0 )( min min0 )( max + + U UUz n U UUz n onBE onBE 38.0 76.0 514 4 min 514 41 max + + + RRR R n RRR RR n P P P 因为取样比因为取样比 又因为取样比又因为取样比 RP1” =R RP1 P1（最上 （最上 端时）端时）U U0 0=U=U0min 0min 154 14 0 )( 3 0 154 14 3 RPRR RPR U UUz n U RPRR RPR UUzU onBE BEBE

46、 + + + + + + 所以：所以：R4=RR4=Rn nmin min=228 =228 RP1=R RP1=Rn nmax max=228 =228 因此，因此，RoRo选取选取1.2 /1W1.2 /1W的电阻的电阻 R R5 5=R-R=R-R4 4-R-RP1 P1=144 =144 所以所以, ,选取选取R R4 4220 ,R220 ,R5 5130 ,R130 ,Rp1 p1=240 , =240 ,功率为功率为1 1 8W8W。 8、保护电路、保护电路Ro。 当输出电流为当输出电流为600mA并流过检测电阻并流过检测电阻R0，使，使UR0UBE（ （on)时， 时， VT5

47、导通，限流保护电路开始工作。此时，导通，限流保护电路开始工作。此时， WRIP I U R R onBE 43.02.16.0 2.1 10600 7.0 2 0 2 0 3 0 )( 0 0 作业作业1：任务要求：任务要求 采用分立元件设计一台串联型直流稳压电源，其功能和技术采用分立元件设计一台串联型直流稳压电源，其功能和技术 指标如下：指标如下： （1）输出电压输出电压U0可调：可调：918v。 （2）输出额定电流）输出额定电流I0500mA。 （3）电压调整率）电压调整率KU0.5。 （4）电源内阻）电源内阻R S 0.1。 （5）纹波电压）纹波电压S 5mV。 （6）过载电流保护：输出

48、电流为）过载电流保护：输出电流为600mA时，限流保护时，限流保护 电路工作。电路工作。 直流稳压电源的设计与制作直流稳压电源的设计与制作 作业作业2：任务要求：任务要求 设计一台直流稳压电源，其功能和技术指标如下：设计一台直流稳压电源，其功能和技术指标如下： （1）输出电压输出电压U0分别为：分别为：+9v和和-9V。 （2）输出额定电流）输出额定电流I01.5A。 （3）电压调整率）电压调整率KU0.5。 （4）电源内阻）电源内阻R S 0.1。 （5）纹波电压）纹波电压S 5mV。 直流稳压电源的设计与制作直流稳压电源的设计与制作 子任务二子任务二 稳压电源电路稳压电源电路的电路仿真的电

49、路仿真 任务目标任务目标 任务要求任务要求 相关知识相关知识 任务实施任务实施 任务一任务一 直流稳压电源的设计与制作直流稳压电源的设计与制作 任务目标任务目标 能够正确操作计算机及相应的仿真软件对直流稳压能够正确操作计算机及相应的仿真软件对直流稳压 电源电路进行模拟仿真，测量电路的主要参数，分析评价电源电路进行模拟仿真，测量电路的主要参数，分析评价 仿真结果，完成电路原理图的修改、定稿。仿真结果，完成电路原理图的修改、定稿。 任务要求任务要求 （1）熟练使用用）熟练使用用PROTEUS软件软件 （2）用）用PROTEUS软件仿真仿稳压电源电路，并进行参数软件仿真仿稳压电源电路，并进行参数 测

50、试及参数的调整。测试及参数的调整。 （一）（一）PROTEUS ISIS电路仿真软件概述电路仿真软件概述 Proteus ISIS是英国是英国Labcenter公司开发的电路公司开发的电路 分析与实物仿真软件。它运行于分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作操作 系统上，可以仿真、分析系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器各种模拟器 件和集成电路件和集成电路。 特点：特点： （1）实现了单片机和实现了单片机和SPICE电路仿真相结合电路仿真相结合 （2）支持主流单片机系统的仿真支持主流单片机系统的仿真 （3）提供软件调试功能提供软件调试功能 （4）具有强大的原理图绘制功能具有强大

51、的原理图绘制功能 运行环境：运行环境： lCPU：1.5GHz； lRAM：256MB； l硬盘：硬盘：40GB； l操作系统：操作系统：Windows XP； （二）（二）PROTEUS ISIS工作界面简介工作界面简介 工作界面包含：工作界面包含：标题标题 栏、菜单栏、标准工栏、菜单栏、标准工 具栏、模式选择工具具栏、模式选择工具 栏、状态栏、元件列栏、状态栏、元件列 表、方向工具栏、仿表、方向工具栏、仿 真按钮、预览窗口、真按钮、预览窗口、 原理图编辑窗口原理图编辑窗口。界界 面如右图所示。面如右图所示。 主菜单主菜单 主菜单包含了主菜单包含了Proteus的所有命令操作，的所有命令操作

52、， 按功能分有按功能分有12组菜单项，如组菜单项，如下图所示下图所示 1、File菜单菜单 New Design是新建设计命令，该命令运行时将打是新建设计命令，该命令运行时将打 开一个对话框，根据需要选择新建设计的模板开一个对话框，根据需要选择新建设计的模板。 Open Design命令是打开一个已经存在的设计命令是打开一个已经存在的设计。 主菜单主菜单 Save Design为保存设计。为保存设计。 Save Design As是另存为。是另存为。 Save Design As Template是保存为模板命令是保存为模板命令 2、View菜单菜单 Redraw为刷新显示内容命令为刷新显示内

53、容命令。 Grid为栅格打开和关闭切换命令为栅格打开和关闭切换命令。 Snap设置捕捉栅格的间距命令设置捕捉栅格的间距命令。 Pan为视图移动命令为视图移动命令。 Zoom为视图的缩放命令为视图的缩放命令。 主菜单主菜单 3、Edit菜单菜单 Undo是撤销命令是撤销命令。 Redo是恢复命令是恢复命令。 Cut to clipboard是剪切到剪贴板命令是剪切到剪贴板命令。 Copy to clipboard是复制到剪贴板命令是复制到剪贴板命令。 Paste from clipboard为从剪贴板中粘贴为从剪贴板中粘贴。 主菜单主菜单 4、Tool菜单菜单 Real Time Annotat

54、ion为实时标注为实时标注。 Wire Auto Router为自动布线为自动布线。 Properties Assignment Tools为属性设置工具为属性设置工具。 Global Annotation为全局标注为全局标注。 Bill of Material为材料清单为材料清单。 主菜单主菜单 5、Design菜单菜单 Edit Design Properties为编辑设计属性命令为编辑设计属性命令。 Edit Sheet Properties为编辑当前页面属性为编辑当前页面属性。 New Sheet为新建页面为新建页面。 Remove Sheet为删除页面为删除页面。 Next Shee

55、t为下一页命令为下一页命令。 Goto Sheet为跳转某一页。为跳转某一页。 主工具栏主工具栏 该工具栏包含四部分，分别为该工具栏包含四部分，分别为File Toolbar、 View Toolbar、Edit Toolbar和和Design Toolbar，工具栏的显示与隐藏可通过，工具栏的显示与隐藏可通过“View” 下的下的Toolbar命令实现命令实现。下面介绍各按钮的作。下面介绍各按钮的作 用：用： 类别图标对应菜单命令功能 File Toolbar New Design新建一个设计文件 Open Design打开已有的设计文件 Save Design保存设计文件 Print打印文

56、件 主工具栏主工具栏 类别图标对应菜单命令功能 View Toolbar Redraw刷新显示内容 Grid栅格显示或隐藏切换按钮 Zoom In放大 Zoom Out缩小 Zoom All缩放到整图 Zoom to Area缩放到区域 主工具栏主工具栏 类别图标对应菜单命令功能 Edit Toolbar Undo撤销 Redo恢复 Cut to clipboard剪切到剪贴板 Copy to clipboard复制到剪贴板 Paste from clipboard从剪贴板中粘贴 Block Copy块复制 Block Move块移动 Block Delete块删除 Pick Devices从

57、库中选取器件 Design Toolbar New Sheet新建页面 Remove Sheet删除页面 模式选择工具栏模式选择工具栏 该工具栏包含三部分，分别是主模式图标、该工具栏包含三部分，分别是主模式图标、 部件图标和部件图标和2D图形图标，具体功能如图形图标，具体功能如下下表所表所 列。列。 类别图标功能 主模 式图标 选择模式 选择元器件 在原理图中放置节点 放置或修改连线标号 输入或修改文本 创建或修改子电路模式 模式选择工具栏模式选择工具栏 类别图标功能 部件图 标 终端模式（如输入、输出） 图表模式（如直流扫描、交 流扫描、瞬态分析） 激励源模式（如直流电源、 正弦交流信号源）

58、 电压探针模式 电流探针模式 虚拟仪器模式（如示波器、 电压表、电流表） 2D图形 图标 2D图形直线模式 2D图形文本模式 预览窗口预览窗口 该窗口有两个作用该窗口有两个作用： （1）当在元件列表中选中一个元件时，它会显当在元件列表中选中一个元件时，它会显 示该元件的预览图示该元件的预览图。 （2）当你的鼠标焦点落在原理图编辑窗口时当你的鼠标焦点落在原理图编辑窗口时， 它会显示整张原理图的缩略图它会显示整张原理图的缩略图 元件列表元件列表 该列表用于显示你已经选用的所有元器件。该列表用于显示你已经选用的所有元器件。 举例，当你选中模式工具栏中举例，当你选中模式工具栏中 “components

59、”，单击，单击“P”按钮会打开挑选按钮会打开挑选 元件对话框，选择一个元件，单击元件对话框，选择一个元件，单击“OK”后，后， 该元件会在元件列表中显示，以后要用到该元该元件会在元件列表中显示，以后要用到该元 件时，只需在元件列表中选择即可。件时，只需在元件列表中选择即可。 方向工具栏方向工具栏 该软件提供了旋转、镜像控制按钮，来改该软件提供了旋转、镜像控制按钮，来改 变对象的方向变对象的方向。 类别按钮功能 旋转 按钮 对元件列表中被选中的对象以90 间隔顺时针旋转 对元件列表中被选中的对象以90 间隔逆时针旋转 编辑 框 该编辑框可输入90的整数倍，对 元件列表中被选中的对象以相应的角 度

60、逆时针旋转 镜像 按钮 对元件列表中被选中的对象进行水 平镜像旋转 对元件列表中被选中的对象进行垂 直镜像旋转 仿真工具栏仿真工具栏 交互式电路仿真是交互式电路仿真是Proteus软件的一个重要软件的一个重要 部分，用户可以通过仿真过程实时观测到电路部分，用户可以通过仿真过程实时观测到电路 的状态和各个输出，仿真工具栏主要用于交互的状态和各个输出，仿真工具栏主要用于交互 式仿真过程的实时控制式仿真过程的实时控制。 类别按钮功能 仿真控 制按钮 开始仿真 单步仿真， 可以暂停仿真，再次按下可继 续被暂停的仿真。 停止仿真，所有可动状态停止， 模拟器不占用内存 设计电路的仿真设计电路的仿真 PRO