串联反馈型稳压电路设计

1、 模拟电子技术课程设计模拟电子技术课程设计院院 部部 名名 称称 机电工程学院机电工程学院 专专 业业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 班班 级级 学学 生生 姓姓 名名 学学 号号 成绩目录目录第一章第一章 设计目的和要求设计目的和要求.1.1 实验目的1.2 实验要求第二章第二章 电路原理及分析电路原理及分析.2.1 题目分析2.2 电路原理构成2.3 稳压原理与输出电压的调节第三章第三章 电路设计及构成电路设计及构成.3.1 设计思想3.2 原件参数表第四章第四章 仿真分析仿真分析.4.1 静态测量4.2 动态测量第五章第五章 实验结果分析实验结果分析.5.1 误差分析第六章第六章

2、 设计小结设计小结.串联反馈型稳压电路第一章设计要求和目的1.1 实验目的（1） 通过实验进一步掌握稳压电路的工作原理。（2） 学会电源电路的设计与调试方法。1.2 实验要求（1） 性能指示要求：a. 输入 220V 交流电压，具有输出电压可调功能，输出电压范围 318V。b. 电路具有自身保护功能，具有一定的带负载能力。输出电流大于 500mAc. 负载电流为 500mA 时，过流保护电路工作d. 电路具有一定的抗干扰能力（2） 报告要求：a. 作出电路设计与分析b. 检验所设计电路是否满足设计要求。若改变电路或元件参数值，写出原因根系及调整后的电路或元件参数值第二章.题目分析2.1 电路框

3、图 (1) 电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用费用高，一般只用于低功耗便携式的仪器设备中。 整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路v1v2v3v4vo电源变压器: 将交流电网电压 v1 变为合适的交流电压整流电路: 将交流电压 v2 变为脉动的直流电压滤波电路: 将脉动直流电压 v3 转变为平滑的直流电压 v4稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压 vo 的稳定。四个环节的工作原理如下：电源变压器：将电网交流电压（220V 或380V）变换成符合需要的交流电压，此交流电压通过整流后获得电子设备所需的直流电压。因为大多数电子电路使用的电压

4、都不高，这个变压器是降压变压器。 整流电路：利用具有单向导电性能的整流元件，把方向和大小都变化的50HZ 交流电变换成方向不变但大小仍有脉动的直流电。 滤波电路：利用储能元件电容 C 两端的电压（或通过电感 L 的电流）不能突变的性质，把电容 C（或电感 L）与整流电路的负载 RL 并联（或串联） ，就可以将整流电路输出中得大部分脉动成分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电。在小功率整流电路中，经常使用的是电容滤波。 稳压电路：当电网电压或负载电流发生变化时，滤波电路输出地直流电压的幅值也将随之变化，因此，稳压电路的作用是使整流滤波后的直流电压基本上不随交流电网电压和负载的变化而变化。 2.2

5、电路原理构成图中，R1，Rp 和 R2 的作用是对 Uo 的变化进行采样，故称“采样电路” 。限流电阻 R3 和稳压管组成稳压电路，其作用是提供一个基准电压，故称“基准电压环节” 。运放 A 将采样信号与基准电压进行比较获得误差电压，经放大后控制 VT；而且必须具有反向作用，以实现“Ib 随 Uo 做相反变化”这一指导思想，故称运放 A 为“比较放大环节” 。晶体管 VT 的 Uce 由于受基流 Ib 的控制，故称为“电压调整环节” 。2.3.稳压原理与输出电压的调节1. 稳压原理 根据前面的电路图，输出电压与输入电压的关系为 Uo=Ui-Uce 当输入电压 U1 增大（或负载电流 I0 减小

6、时） ，输出电压 U0 将增加，取样电压 Uf 随之增大，而基准电压 Uref 不变，两者经比较放大后的误差使 Ub 和Ib 减小。调整管 T 的极间电压 Uce 增大，是 U0 减小，从而维持输出电压 U0基本不变。当输出电压 U0 减小（或负载电流 I0 增大）时，同样的分析可知输出电压亦将基本保持不变。从反馈的角度看，我们已经知道电压负反馈具有减小输出电阻，稳定输出电压的作用，上述稳定过程实质上就是通过引入很强的电压负反馈来使输出电压维持稳定的。可见输出电压的稳定是依靠调节调整管 VT 的管降 Uce 来实现的2 .输出电压调节范围 采用电路中的电位器 Rp 可以使稳压电源的输出电压在一

7、定范围内调节。因为运放工作在线性区，并为理想运放则,可得U-=U+=Uz若电位器 Rp 滑动端位于最上端和最下端，将分别得到最小和最大的输出电压，即 Uomin=（R1+Rp+R2）Uz/(Rp+R2) Uomax=（R1+Rp+R2）Uz/R2所以，输出电压的调节范围为 （R1+Rp+R2）Uz/(Rp+R2)Uo（R1+Rp+R2）Uz/R23 调整管 VT 极限参数 由于调整管与负载串联，在忽略采样电路分流作用的情况下，流过调整管的电流近似等于负载电流。因而调整管的最大集电极电流应大于最大负载电流，即 Ic maxIo max由于电网电压的波动会使稳压电路的输入电压产生相应的变化，输出电

8、压又有一定的调节范围，故调整管在稳压电路输入电压最高且输出电压最低时的管降最大，其值应小于调整管的击穿电压，即 Uce max=Ui maxUo minUce（br）当调整管管降最大且负载电流也最大时，调整管的功耗最大，集电极功耗，即 Pc maxIo max（Ui maxUo min）Pc m在任何时刻同时满足上述三个公式，调试管才能安全工作。4 基准电压源电路 基准电压 Uref 是稳压电路的一个重要组成部分，它直接影响稳压电路的性能。为此要求基准电压源输出电压稳定性高，温度系数小，噪声低。目前常采用带隙基准电压源集成组件，国产型号有 CJ336，CJ329,国外型号有MC1403 AD5

9、80 等，一般这类带隙基准电压源可以输出 1.205V 的基准电压，而且电压稳定，输出电阻低，温度稳定好。这类带隙基准电压源还能方便的转换成 1.210V 等多档稳定性极高的基准电压。第三章设计思想及其电路构成3.1 设计思想（1） 从串联电路的分压设想 如果设想有一个可变电阻和负载电阻 RL 串联，将可达到稳压的目的，如图 a 所示。但是由于电网电压和负载的变化都是十分复杂，而且往往带有很大的偶然性，所以用人工去调节可变电阻 R 使 Uo 维持不变的做法是不现实的。因此人们想到了用晶体管代替可变电阻的想法，如图 b 所示（2）晶体管其可变电阻的作用这一点可以从图 c 中找到答案。例如，当基极

10、电流为较小的 Ib1 时，此时的管压降 Uce1 却较大；反之，Uce2 较小。由此可见工作在放大区的晶体管可视为一个可变电阻，并且它的直流电阻 Rce=Uce/Ib 的大小是受基流 Ib 的控制。 这样由图 b 可知，显见，为保证 Uo 稳定不变应使 Ib 随 Uo 做相反的变化。3.2 元件的参数表 元件名称元件数量元件型号元件参数交流电压1V1220V，50Hz变压器1T1100mH,1500uH二极管1电容器1C1200uF电容器1C2100uF电阻1RL7电阻1R13k电阻1R2800电阻1R350k滑动变阻器1Rp10k三极管1Q1四仿真分析4.1 静态测量RP1 的阻值（）RP1

11、 的百分比（）电压 V0（V）电流 I0（A）002k204k406k608k8010k1004.2 动态测量 1、在输入端加上一个 220V,50HZ 交流电，用把信号源加在输入端，测量桥式整流过后两端的波形，用示波器显示出来。 上图为二次端输出波形,为正弦函数. 上面的是输出的直流电压,下面的锯齿波是经过整流后的波形,反映了整流器的调试整流的作用,将交流变成直流.2.输出端负载电压变化在整流电路之后的输出端的电压的变化没有起伏且恒定不变.,它的输出波形图是一条平滑的直线.效果理想第五章实际测量值与理论值的分析5.1 误差分析 (1) 理论值：Umax=18V Umin=3V 实际测量值：U

12、max=18.101V Umin=3.105V (2)误差率: Umax%=(18.101-18)/18=0.56% Umin%=（3.105-3）/3=3.5%两者均在误差范围内，因此实验的测量值符合要求。第六章设计小结1 通过这次稳压电源的设计,使我巩固和加深了在模拟电子技术课程中所学的理论知识，对整流电路,滤波电路,稳压电路等的认识更加深刻,并学会查阅相关手册和资料，提高了分析问题，解决问题的能力。2 采用分模块的设计顺序可以优化设计流程，使之更符合逻辑性。但是需要注意的是，在其中每个环节必须认真进行，如果某模块电路没有设计好，或者存在错误，则总的电路必然会受到影响,所以在设计过程中我们要保持认真严谨的态度。3 这次课程设计是一次理论联系实际的过程，在设计中遇到了许许多多的实际问题，在理论上正确的结果在模拟时可能出现各种各样意料之外的结果，这就需要我们在设计的过程中从实际出发，尽可能的考虑到实际情况。另外，在遇到问题时要学会用理论联系实际的