串联稳压电源课程设计

1、串联模拟稳压电源课程设计报告一、实验课题用分离元件设计一个串联模拟稳压源二、实验目的（1）掌握串联负反馈稳压源的工作原理；（2） 了解直流串联稳压电源；（3）通过电路参数调整，加深理解直流串联稳压电源的工作原理；（4）学会分析和排除故障的方法。三、实验仪器与元件直流稳压源1台、数字式万用表1块、面包板1块、滑动变阻器1块、电阻5只、NPNE极管3只、电容3只、8V稳压管1只、导线 若干。（型号下面再提）四、实验原理1、原理分析如图4 2 8是串联负反馈稳压电路电路图，其中T1-T2是复合 调整管，D1和R2组成基准电压，T2为比较放大器，R3R5组成取 样电路，R6是负载。其电路组成框图见图4

2、2 2。假设由于某种原因引起输出电压 UO降低时，通过R3R5的取样电路， 引起T2基极电压（UT2） o成比例下降，由于T2发射极电压（S e受 稳压管D1的稳压值控制保持不变，所以T2发射结电压（5） be将减 小，于是T2基极电流（It2）b减小，T2发射极电流（叫）e跟随减小， T2管压降（UT2）ce增加，导致其发射极电压（UT2） c上升，即调整管T1基极电压(UTO b将上升，T1管压降(Uh) ce减小，使输入电压U 更多的加到负载上，这样输出电压UO就上升。调整过程可以用下面的 变化关系图表示：UO J f ( UT2) oJ f UDi 恒定 f ( UT2) BE J f

3、 ( I T2)B( ( I T2) E( ( UT2) ce7(Ur2)cT (Un) bT (Uti) CE( uoT当输出电压升高时整个变化过程与上面完全相反，变化关系图表示：U47 (UT2)oT f UDl 恒定一(Ur2)BeT (It2)bT (It2)e17 ( Ut2) CE Jf U Ur2) C(f (UTl) B(f (UTl) ce UOj取件电路图42N毕耽负 反馈稳压电源框图在串联负反馈稳压电源的整个稳压控制过程中，由于增加了比较放大电路T3,输出电压UO的变化经过T3放大后再去控制调整管T1-T2的 基极，使电路的稳压性能得到增强。T3的(3值越大，输出的电压稳

4、 定性越好。16图4W E；使用复合调整管的事联负反保稳压电源电路图仿真图滑动变阻器的滑片指到最上端时112N2222C1A/ul-PntiQ,JPrMs'V 100V 寸川nVEti) W 货邮10 DV iflMrfcAI (p t) 731 M IIW - 133 itAI闻:1打2C2 10nF滑动变阻器最下端时1丰 47iiF8 VLri¥： 13.0 V皿.11：Kuy 士 A-2W LIOg 刈此C3二 10eF.如-侬 !， (P- 研 *值 二修-#> l?rmV ，ifl-ov 0: l£.<3 V 8 mA p： i re tviA

5、 w)! 201 M 午 gi 2. q.: 100 Mz V，.仿真结果图2、相关理论(1)电容能储存电荷，可作为瞬时电源，同时能隔直通交，是获得 较稳定的恒压源不可缺少的元件。(2)在串联负反馈稳压电源的整个稳压控制过程中，由于增加了比 较放大电路T2,输出电压UO的变化经过T诚大后再去才5制调整管T1 的基极，使电路的稳压性能得到增强(3)当输出电流不能达到要求时，可以通过采用 复合调整管的方法来增加输出电流。复合管都是由一个小功率三极管 T2和一个大功率 三极管T1连接而成。复合管就可以看作是一个放大倍数为 B ti B 12, 极性和T2一致，功率为(Pti) pcm的大功率管，而其

6、驱动电流只要求(I T2)B。五、设计实例(1)电路指标直流输出电压UO: 10V15V;直流输入电压ui : 25V; 最大输出电流Io： 200mA电压调整率Si优于7%(2)各元器件的作用及参数计算图鼻一工一客.使用复告调整管的*酷危反箭稳压电源电路图a、滤波部分C1的作用：滤波须考虑滤波电容的电容量C1和其耐压 卜值电容量为 X0.5XT+ R,系数 一般取5, T=0.02S, R为等 效负载。当最不利的情况下，即输出电压为 15V,负载电流为200mA寸：C1=5X0.5 XT+ (UO+ Io)=5X0.5 X0.02S+ (15V-0. 2A)=666p F、Vci=25V,实

7、际上普通电容都是标准电容值，只能选取相近的容量。耐压可选择25V以上，一般为留有余量并保证长期使用中的安全，可将滤波电容的耐压值选大一点。b、调整部分T1-T2的作用：增加输出电流调整部分主要是计算 调整管T1和T2的集电极-发射极反向击穿电压(BVl) CEO,最大允许集电极电流(Iti) CM,最大允许集电极耗散功率(Ri) CMb在最不利的情况下，负载断路，滤波后的出电压全部加到调整管 T1上，这时调整管T1的集电极一发射极反向击穿电压(BMi) ceo为：(BVi) CEO= 25V当负载电流最大时最大允许集电极电流(Iti) cm为：(Iti) g 200mA考虑到放大取样电路需要消

8、耗少量电流，同时留有一定余量，可取(Iti) cm为 300mA这样大允许集电极耗散功率(Pri) cm为：(Pri) CM= ( ( LB1)OMAL UJOmIn) X ( I T1)CMb以上均要考虑到留有一定余量最后查询晶体管参数手册后选择调整管T1。同理：调整管T2各项参数的计算原则与T1类似，下面给出各项参数的计算过程。(BV2) CEO= (BVi) CEO= 25V(I T2)CM= ( I T1)CM+ B T1(R2) CM= ( ( UJBl) OMAL UJOmIn) X ( I T2)CM同样要考虑到留有一定余量。然后查询晶体管参数手册选择调整管T2。则此时T2所需要

9、的基极驱动电流为：(I T2)MAX ( I T2)CM+ 廿 T1般复合调整管有四种种连接方式C心国 4 2 78 复告区的 四不中连梯方丈C基准电源部分D1和R2的作用：提供一个基准电源，R2起限流作用。主要确定稳压管D5和限流电阻R2的参数。稳压管D5的稳压值应该小于最小输出电压UOmin,但是也不能过小，否则会影响稳定度。这里选择稳压值为 8V。为保证稳定度，稳 压管的工作电流ID5应该尽量选择大一些。而其工作电流ID5= (IT3)Ce+ I R2,由于(I T3)CE在工作中是变化值，为保证稳定度取I R2> > ( I T3)CE,贝J I D5- I R2o这里初步

10、确定Ir2min= 8mA则R2为：R2= ( UOmin- UD5)+ I R2MIN= (10V- 8V) + 8mA= 250 Q实际选择时要偏大点当输出电压UO最高时， I R2MAXJ :I R2MA UOmW R2这时的电流I R2MM、于稳压管D5的最大工作电流，可见选择的稳压管能够安全工 作。d、取样部分R3R5的作用：控制输出电压主要计算取样电阻R3 R4 R5的阻值。由于取样电路同时接入T3的基极，为避免T3基极电流It3b对取样电路分压比产生影响，需要让I T3B> > I R3。另外为了保证稳压电源空载时调整管能够工作在放大区，需要让I R3大于调整管T1的

11、最小工作电流( I T1)CEMINo 假设取 I R3MIN= 10mA则可得：R3+ R4+ R5= U)min+ I r3min= 10V- 10mA= 1KQ当输出电压UO=10V时：心十 (UT3)BE= (R4+ R5)+ (R升 R4+ R5) XUq(R4+ R55) = (UD5+ (Un) be) X ( R升 R4+ R5) +U0= (8V+ 0.7V)X 1000 Q + 10V= 870 Q当输出电压UO=15V时：UD5+ (lh) BE= R> (R升 R4+ R5)XUoR5= (Ub5+ (53)be) X (R升 R4+ R5) +Uo= (8V+

12、0.7V) X 1000Q + 15V = 580Q理论值为：R5=580Q、R4=19(n、R3=130Q。但实际选择时可改变I R3MIN的大小取值。e、放大部分T3的作用:T3为比较放大器与 R1构成负反馈网络主要是计算限流电阻R1和比较放大管T3的参数。由于这部分电路的电流比较小，主要考虑 T3的放大倍数B和集电极一发射极反向击穿电压(BW) CE6这里需要T3工作在放大区，可通过控制 T3的集电极电流(It3)c来达到。而(It3)c是由限流电阻R1控制，并且有：I R1 = (I T3)c+ ( I T2)B一方面，为保证T1能够满足负载电流的要求，要求满足IR1> (IT2

13、)B；另一方面，为保证T3稳定工作在放大区，以保证电源的稳定度，其集电极电流(IT3)C不能太大。这里可以选Iri为1mA当输出电压最小时，则 R1为：R1= ( (UB1)O-UO- (Uh) be (Ut2)be) +Iri= (25V 10V-0.7V 0.7V) +1mA= 13.6 KQ实际选择时课偏大。当输出电压最大时，IR1为：Iri= ( (UBi) O-UO- (Uh) BE (Ur2)be) +R1= (25V 6V 0.7V-0.7V) +13.6KQ = 1294mAf、其他元件C2的作用：此电容的作用是为防止发生自激振荡影响电路工作的稳定性。C3的作用：电容C3是为提

14、高输出电压的稳定度，特别对于瞬时大电流可以起到较好的抑制作用。六、测试数据分析A.数据测试方法(1)连接好电路后，输入电压调为 25V,同时调节滑动变阻器使输出电压为10V(2)在此情况下，滑动变阻器不变，使输入电压分别为以下数据，同时记录输出电压(3)再将输入电压调为25V,同时调节滑动变阻器使输出电压为 13V(4)重复步骤(2)(5)最后将输入电压调为25V,同时调节滑动变阻器使输出电压为15V(6)重复步骤(2)所得表格如下输入电压/V俞出电压/V23. 009. 9112. 814. 85 1r 24. 0024. 5024. 8025. 0025. 509. 969. 989. 9

15、910. 00L0. 0312. 9212. 9812. 98F 13. 00r 13. 0814.93 irL4. 96 IF14,98 rr 15. 00L5. 0325. 8010. 04r 13. 1015, 06 ,26. 0010. 0513. 1115, 13 127. 0010. 09r 13. 1515.13B.数据分析从上面表格中随机选择几组数据计算输出电压的变化量uo以及输入电压的变化量 Ui(2)然后根据公式P*100%,计算出多组以值 Ui计算出w的平均值最后将w值与7%：匕较，若小于7%说明本次实验较完美表格如下A 5A. Co1. 0r 0. 05 r 0. 12

16、1,0. 080. 510. 02,0. 061k 0. 030. 310. 21l Cl 01h o. 00 10. 01, 0. 02 1k 0. 02l 0. 020. E"0- 03' 0. OS 1'Ci. 030. 3"0. 01Q. 021,0. 030. 21"0. 01, 0. oi 1,0. 071. o 1'CL Q& "0. 04'0. 00计算结果为“r AUo （百分率）0. 20.14/6=2.30%r0.30.09/6=0.40%FCL 50_25/6=4.17%11MTTCl33/6=5.50。.从表格可以看由：电压调整率§优于7%七、调试中所遇到的问题及解决方法A.所遇到的问题该电路不能稳压。输出电压达不到要求。 输出电压不稳定，上下波动较大。实验室里找不到理论计算出的元器件。B.解决方案（对以上问题一一解答） 使用部分元件撤离法，一步一步的检查，最后发现是三极管 被击穿。 这是我调节取样电路部分，改变 R3和R5的阻值，采用的方 法是“逐步尝试法”。 通过改变电容的大小最终得以解决。 这一步最麻烦，必须得理论联系实际，主要采用的方法是“逐 步尝试法”，多次试验后，最终得出了满意的答案。八、总结在假期的充分准备下，我对实验原理以及相关参数的设定都掌握