串联型直流稳压电源

1、模拟电子技术课程设计报告设计名称：串联型直流稳压电源。学生班级: 学生姓名： 学生学号:设计时间：2018年1月5日一、设计任务和要求1）用晶体管组成设计串联式直流稳压电源电路2 ）要求输出：输出直流电压 Vo= 12V± 0.2V在此基础上电压值可调输出直流电流Io = 0-200mA电网电压（220V>波动范围为10%输出内阻ro< = 0.1 Q输出纹波电压Voac<= 2mV有过流保护3>画出电路图，写总结报告模拟电子技术课程设计二原理与实现思路本设计设计的是直流稳压电源，直流稳压电源一般是由电源变压 器，整流电路，滤波电路，和稳压电路组成。趙压也源框

2、團J1.(b)整流和稳、压过程图1稳压电源框图与整流及稳压过程三.电路方案 理论计算)A. 变压器的设计和选择本次课程设计的要求是输出输出直流电压 Vo = 12V ± 0.2V，输出电压较 低，而一般的调整管的饱和管压降在2-3伏左右，由一叵 为饱和管压降，以饱和管压降旦=3伏计算，为了使调整管工作在放大区，输入电压最小不能小于12V，为保险起见，可以选择 220V-15V的变压器，再由P=UI可知，变压器的功率应该为 0.2A X 12V=2.4w，所以变压器的功 率绝对不能低于2.4w，并且串联稳压电源工作时产生的热量较大，效率不高， 所以变压器功率需要选择相对大些的变压器。结

3、合市场上常见的变压器的型 号，可以选择常见的变压范围为 220V-15V，额定功率5W，额定电流1A的变B. 整流电路的分析与理论计算。整流二极管的伏安特性;正向导通为0，正向电阻为0.-方案一：单相半波整流电路OU2的正半周,DD导通，? +2 Rl E , u O= U2<2) Uo<AV)OD<3)oVftJ1!11$止，承受反向电压，为" U2 ； Uo=0。的估算已知变压器副边电压有效值'一电珂山询6 _懑_3 flvV)Il<A单相半波整流V管数量少。但是因为它只利用了交流电压的半个周期，所以输出电压低，交流分量大 <即脉动大），效率

4、低。因此，这种电路仅适用于整流电流小，对 脉动要求不高的场合方案二：单相桥式整流电路<1 ）工作原理Aed 严Rled 3e B，uO= u2U2的负半周B fD2f RlD 4 A , Uo= -U2<2）估算考虑到电网运波动范围为土 10 %,单相桥式整流电路各与半波整流电賂相比,在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求是一样的，并且还具有输出电压高, 变压器利用率高，脉动小等优点。因此本次电路采用该电路整流。C. 滤波电路的分析与计算。方案1:电容滤波电路原理当变压器的副边电】半周并且数值压负载电阻 RI,流D1，D3导通，i'UcC充电。时，二极管因为在理想情况

5、下，变压器副边无损耗,极管导通电压为零，所以电容两端电压uc与U2相等。见图中曲线的上升段，当 U2上升到峰值后开始下降，电容通过负载电阻放电，其电压uc也开始下降，趋势与u2基本相同。见曲线的下降段，因为电容按指数规律放电，所以当U2下降到一定数值后，Uc的下降速率小于U2的的下降速率，使Uc大于U2从而导致D1，D3反向偏置而变为截止。此后，电容C继续通过RL放电，Uc按指数规律缓慢下降滤波后，输出电压平均值增大，脉动变小<1）:考虑变压器和整流电路的内阻RC大2兀o)tC越大，Rl越大，t放电将越大，曲线越平滑，脉动越小。且二极管平均电流增大,0B小到一定程度，难于选择二极管!无滤

6、波电容时B=n。（）有滤波电容时岸<故其峰值很大!<3）电容的选择及Uo<AV ）的估算<4）优缺点简单易行，Uo<AV ）高，C足够大时交流分量较小；不适于大电流负载。方案2 :电感滤波电路A6方案三：倍压+ L、时，感生W2O1 门 1电感对直流分1充电: A七D4CL B,ui正半周Co PdC14 A,最终fO+的方向阻止电流的减小，从而增大二极管的导»0O对交流分量的感抗为cdL卜析时的两个要点设负载开路()U2负半周，U I加Cl上电压对C2充电:D .稳压电路的分析串联型稳压电路的方框图如下:方案一：稳压管稳压电路1. 稳压管的伏安特性和主

7、要参数阴极&阳极稳定电压Uz：稳压管的击穿电压 稳定电流lz：使稳压管工作在稳压状态的最小电流最大耗散功率Pzm :允许的最大功率，PzM= IZM Uz动态电阻9工作在稳压状态时，rz=AU / IA.稳压管稳压电路的工作原理220 ¥因 50 JzD厂比4-+T1H=lFo7rtnu<1 ）输出电压Uo = Uz<3 ）稳压系数简单易行，稳压性能好。适用于输出电压固定、输出电流变化范围较小的场 合。稳压管稳压电路的设计 <1）Ui的选择 U尸<23） Uz<2）稳压管的选择Uz Uo Izm Iz > I LmaX- ILmin<

8、3）限流电阻的选择保证稳压管既稳压又不损坏电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小 当电网电压波动引起 R2两端电压的变化增大 减小）时，晶体管发射极电 位将随着升高 降低），而稳压管端的电压基本不变，故基极电位不变，所二、串联型稳压电路.基本调整管稳压电路<稳压原理：电路引入电2.具有放大环节的串联型稳压电路压负反馈，稳定输出电压斗卜n稳压原理：若因为某种原因使 输出电压的调节范围Uo增大则 UoU nU b U o J联型稳压电路的基本组成及其作用二一二 附整管：是电路的一Uce随Ui和负载产生变化以稳定Uo。一基谁电压：是Uo的参考电压。取样电阻：对Uo的取样，与基准电压共同

9、决定 Uo。综合上述结合上述分电路，有以下两种可选方案:1，先对输入电压进行降压，然后用单相桥式二极管对其进行整流，整流后利用电容的充放电效应，用电解电容对其进行滤波，将脉动的直流电压变 为更加平滑的直流电压，稳压部分的单元电路由稳压管和三极管组成<如图1），以稳压管D1电压作为三极管Q1的基准电压，电路引入电压负反馈，以由I 可知 将减小升高）导致基极电流和发射极电流的减小增大），使得 R两端的电压降低 升高），从而达到稳压的效果。负 电源部分与正电源相对称，原理一样。2，利用电源变压器将电网 220V, 50HZ交流电降压后给整流电路。整流电路用桥式整流电路。滤波器通常采用无源元件R

10、,L,C构成不同类型的滤波电路，本设计为小功率电源，采用电容输入式滤波电路。稳压电路采用串联 式反馈式稳压电路，比较电路采用三极管组成的差分放大电路，提高电路 的稳定性。过流保护电路，串联式稳压电路中，调整管与负载串联，当输 出电流过大时或者输出短路时，调整管会被损坏，因此可采取一定保护措 施。串联型稳压电路的基本结构所示 T1,T2为差分放大电路放大管T3为复 合管，T4调整管C3为稳压电容。C2, C4为高次谐波滤波电路,C1为滤波电容。发光二级管为基准电压，RW,R6为取样电阻，R4为保护电阻。当电网电压升高引起V1增加，或负载电流Io减少时，都会引起Vo增加。R4T4 2.7 Q /1

11、WD1-D4:1N4001T1-T3,T5: 9013T4:50V,3AA2U oD%ul ± VOT2CD2D4：VKz1 IRTT5R5'K5BT2THC4/AmB2 o >V LC对以上两个方案进行比较，可以发现第一个方案为线性稳压电源，具备基本的稳压效果，但是只是基本的调整管电路，输出电压不可调，而且输出电流不 大，而第二个方案使用了比较电路和调整管作为稳压电路，输出电压可调，功率也较高，可以输出较大的电流。稳定效果也比第一个方案要好，所以选择第 二个方案作为本次课程设计的方案。四.安装与调试A.单元电路设计与参数计算【1】电压变压器设计要求输出直流12V

12、77; 0.2V电压，考虑到调整管压降、市压波动因素，应预 留2V电压。又因为采用全波整流电路，畐他输出电压为匡二.丄I =11.7V采用12V副边输出，功率 P=15*0.2W=2.4W.变压器参数要求：1. 副边输出电压有效值为=15V2. 功率为3W【2】整流电路设计要求最大输出电流为 200mA在全波整流电路中，一对桥臂是由两个二极 管构成，故流过每个二级管的电流为100mA又因为采用电容滤波电路故整流二极管最大整流平均电流应大于负载2至3倍取300mA在市压10%勺波动 下“I取1.1*300mA约为350mA反向耐压值 _1 1.1*21.3V=24V。整流二极管参数要求：-I &

13、gt;350mA上 >24v器件：1N4001【3】滤波电路滤波电路采用电容式滤波电路，他由两部分组个加在整流电路后，另一个加在输出前。负载 小值为12/200mA=6（?，为满足凹=1.2丨，需II ，故-I = -I =<500833）卩=二 _J=21.3V。成，一xl 最要F,所以、 取1000卩F水解电容，耐压值 =1.1 X 12V=19.2V,故 取25VT4R42.7 Q/1W耐压值，而叵为稳定输出，故耐压值只需要D116V0 D2 、T5是滤去纹波故选用0.01卩F瓷片电容W滤波电容参数要求：水解滤波电容参数11C1 C2+1.电容两只2.电容值1000卩FD1求

14、:R1I丁4D33.耐压值分别为25V 16V滤去纹波电容参数要求：C2iC瓷片电容两只C1D1-D4+1N40'3,暉:9013 0OV,3A0 .a la叮40弓2. 电容值0.01卩FD33. 耐压值为25VE AR2 丄一110K)T T2dR3R22.7 怫1W、T1 T2T5/ R3 红510R5,B 5.6KfR55.6KBW12.5KR61.5KC3 CD4510QW12.5K -C3C41.d1-D4.】基准n4压0电路其0光后电压稳定在2V,且较稳压二级管适合工作在小电流电路基准电压电路作用是为后面比较电路提供一个基准电压，此处采用一个红色发 光二极管，中。红色发光

15、二极管工作在510mA所以限流电阻上下限：=1.65k?所以F取Ak?D1D3C3D1卜电路参数要求1C1二极管|=2.7k?%基准DC 基准电压2V;工作电流6. 限流电阻取2EA+ V OT3VAR；0 1卫1C4R3 D10 QT4T2 R L1N40015: 901350V,3A需曲】比较电路T4:50V,3A取列=10k?! I =(15-2->/1ok ?=13mA对=(2-0.7>/(0.013*2>?=500?对暂取510?T1 T2 取 9013 型比较电路参数要求:/DiD2五.六.列=10k?% 对 D取 5±0?R1T4七.W 6】 八.WD

16、2BT1、T2 取 C013 型R1C1C2C1 C2+V D3调整电路是串联式直流稳压电源的核心，因为 流过集冰14（一般需要一个大功j率三级管1-当恿Do T4:大到要求的200mA故加上T3组成复合调选0徘31占V,3A ED45貨3 AR4A T4 2.7 Q /1W6W1510Q2.5K彳斯T1.5K Y+T1D寸，电流放大倍数不到100,整管0 Q电流不能放R61.5K+ VOC4调整电路参数要求：,.由构成复合管，T4取TIP31C、T3取9013型T1-T3,T5: 9013T4- 十一0V 3A其中T4耐压50U允许电流3A【7】保护电路九.D1-D4:1冬中T4耐压50U允

17、许电流3A采用过流保护电路，设保护值为高于25mA时，=0.7/0.25?=2.8?。功率P=0.7*0.25W=0.18W取1W在实际情况下导线电阻与较相近，对电路影响大，必须考虑，经调试取2.7?左右保护电路参数要求:列取2.7?，功率P取1W【8】取样电路=12.8V=4.8VT4R42.7 Q /1W取样电路参数要求：D5kD21.5k,滑动变阻器B代入参数，仿V B凶玉模拟图如=2.5K,=5.6K. R1C1 C2+D3D4TT5R210KR55.6KT1 T2W12.5KC3R3510QR6品名规格型号技术要求数量整流二极管1N40011N40015三极管901390135性能测

18、试结果：模拟示波器显示：随着电位器的调整，示波器显示线的峰值由3.42到18.30v。该数据仅供参考。开始进行焊接工作元件清单如下:大功率三极管NPN(TP31>50V,3A1红发光二极管© 3© 321/4W电阻2K2K21/4W电阻10K10K21/4W电阻5.1K5.1K21/4W电阻1.5K1.5K21/4W电阻5.6K5.6K21/4W电阻8.2K8.2K21/4W电阻510欧510欧21W电阻2.7欧2.7欧1电位器 可调电 阻）2.5K2.5K1瓷片电容0.01U0.01U3电解电容1000u/25v1000u/25v2通用板80mm*100mm80mm*1000mm1因为所用变压器输出幅值的有效值为12v,所以输出电压值最大值应接近于15v。经万用