模拟电子技术课程设计 串联式直流稳压电源的设计

模拟电子技术课程设计报告模拟电子技术课程设计报告题目：串联式直流稳压电源的设计 串联式直流稳压电源的设计摘要串联直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路组成。变压器把高交流电变为需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本次设计主要采用串联型直流稳压电路，通过220V

、50HZ交流电压经电源变压器降压后，通过桥式整流D3整流成直流电再经过滤波电容平滑直流电，减少直流电纹波系数。最后，通过稳压器稳压，将输出电压稳定在1.5V、10V之间。关键词:变压器滤波整流稳压multisim软件目录第1章 绪论 绪论项目背景及意义随着科技的不断进步，对技术的要求也是越来越高，在过去现在以及未来，科学技术永远都是第一生产力，科学技术的提高使国家的综合国力不断上升，我们只有不断进行科技创新，这样我们才能走上现代化的强军富国之路。电子电路要正常工作,电源的作用是不可忽视的。电源性能的好坏对电路、电子仪器和电子设备的使用寿命、使用性能等影响很大，尤其在带有感性负载的电路和设备(如电机)中对电源的性能要求更高。在很多应用直流电机的场合中要求为电机驱动电路提供一个其输出能从1.5V开始连续可调1.5V~10V的直流电源并且要求电源有保护功能。实际上就是要求设计一个具有足够的调压范围和带负载能力的直流稳压电源电路。这样一个电路的设计,其关键在于稳压电路的设计要求：一、输出电压从1.5V开始连续可调。二、所选器件和电路必须达到在较宽范围内输出电压可调。三、输出电压应能够适应所带负载的启动性能。此外，电路还必须简单可靠能够输出足够大的电流。直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精准低且体积大、复杂程度高。普通直流稳压电源品种很多，但均存在以下两个问题：输出电压是通过粗调（波段开关）及细调（电位器）来调节。这样很难精确地控制输出电压。另外时间久了波段开关和电位器难免接触不良，对输出会有影响；稳压方式均采用串联型稳压电路，对过载进行限流或截流型保护，电路构成复杂，稳压精度也不高。1.2项目设计目的本次设计的串联型直流稳压电源具有较高的实用价值。通过本次设计让我充分理解了串联型直流稳压电源的工作原理，了解其工作特点以及目前市面上一些直流稳定电源存在的一些缺陷。通过设计尽量去完善直流稳压电源系统。项目介绍2.1项目题目与设计要求题目：串联式直流稳压电源设计要求： （1）将220V交流电降压、整流转换成直流电；（2）稳压系数Sr≤0.05；（3）输出直流电压1.5~10V可调；（4）最大输出电流Icm=300mA（5）具有过流保护功能。2.2设计原理及思路2.2.1设计原理单相交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压。其原理图如图2.1所示图2.1原理图2.2.2设计思路单相桥式整流电路可以将单相交流电变换为直流电；整流后的电压脉冲较大，需要滤波后变为交流分量较小的直流电压来供电；滤波后的输出电压容易随电网电压和负载的变化波动不到于设备的稳定运行;将输出电压经过稳压电路后输出电压不会随电网和负载的变化而变化从而提高设.备的稳定性和可靠性,保障设备的正常使用关于输出电压在不同档位之间的变换,可以将稳压电源的电压设置为标准电压再对其进行变换,电压在档位间的调节可以通过调节电位器来进行调节,从而实现对输出电压的调节。2.3项目方案设计方案一：如图2.2所示是一个最简单的单管串联型晶体管稳压电源。这种稳压电源的工作原理是：当负载变化引起输出电压降低时，调整管的基极-发射机电压，因为基极电压恒定，Usc降低，则Ube增加，使基极电流Ib和集电极电流都增加，从而使Usc上升，保持Usc近似不变。图2.2最简单的单管串联型晶体管稳压电源优点：电路简单，设计思路清晰，成本较低。缺点：不能实现输出电压调节。方案二：如图2.3所示这是一个晶体管和集成运放组成的具有保护环节的串联型直流稳压电源。图2.3具有保护环节的串联型直流稳压电源优点：能够实现输出电压的调节，电路合理可靠。缺点：元器件繁多，焊接麻烦。2.4项目方案选择 方案二合理、可靠，从见到并且便于购买的前提出发，选择方案二为我们的最终方案。单元电路模块3.1电源变压器变压器通过线圈间的电磁感应，将一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能,它具有变压、变流、变换阻抗和隔离电路的作用。直流电的输入为220V的电网电压，然而所需的电压数值和电网电压的有效值相差很大，所以需要通过电源变压器降压后，再对电流、电压处理。变压器二次侧的电压有效值决定后面电路的需要。根据课题要求，输出电压最大为10V，故我们选取15V30W的电源变压器。电路如图3.1所示：图3.1变压器3.2整流电路整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压。习惯上称单向脉动性直流电压。图3.2整流电路图3.3滤波电路滤波电路（如图3.3所示）常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路，目的是将脉动的直流电转换成较为平滑的直流电。图3.3滤波电路图3.4稳压电路在输入直流电压和负载之间串联入一个三极管，用三极管的管压降代替稳压二极管电路中的稳压电阻R。当Ui或Rl变化引起输出电压U0变化时，U0的变化将反映到三极管的发射结电压Ube上，引起Uce的变化，从而调整U0，以保持输出电压的基本稳定。根据三极管所起的作用，称为调整管。它主要由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件组成。比较放大可以是单管放大电路、差动放大电路、集成运算放大器。调整元件可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联，取样电路取出输出电压的一部分和基准电压VREF比较该稳压电路为直流稳压电路。它的作用是将滤波后较为平滑的直流电转换为稳定的直流电。图3.4稳压电路图系统电路设计及元器件清单4.1设计原理图如图4.1所示为设计的串联式直流稳压电源原理图。图4.1设计原理图4.2原理图说明该电路图是由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成。其工作原理：首先220V交流电由电源电压器T1产生10V的交流电压，提供给由D3的桥式全波整流电路，将交流电转换成脉动的直流电，电容器C1的容量很大可起到滤波的作用，经过滤波后脉动的直流电变为较为平滑的直流电。为了改变纹波电压，常在输入端加入一个电容C2。然后信号进入三端稳压器U1，由于稳压器的电压降是可变的，所以当输出电压有减小趋势时，U1压降会自动变小，维持输出电压不变。当输出电压有增大趋势时，U1压降会自动变大，维持输出电压不变。可见三端稳压器U1相当一个可变电阻，由于它的调整作用，使输出电压基本保持不变。4.3元器件清单如图4.2所示为本次设计元器件清单图4.2元器件清单名称数量型号标号变压器115V30WT1桥堆11B4B42D3电容2100nf/1.5ufC1、C2电阻72.5Ω/40.2Ω/800Ω/35ΩR2、R3、R4、R5稳压二极管21N4749AD1、D2滑动变阻器11KΩR1调试及结果5.1调试电路图如图5.1所示该电路图为串联式直流稳压电源电路图，是由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成。其工作原理：首先220V交流电由电源电压器T1产生10V的交流电压，提供给由D3桥式全波整流电路，将交流电转换成脉动的直流电，电容器C1的容量很大可起到滤波的作用，经过滤波后脉动的直流电变为较为平滑的直流电。为了改变纹波电压，常在输入端加入一个电容C2。然后信号进入三端稳压器U1，维持输出电压不变。图5.1Multisim仿真电路5.2调试结果如图5.2所示为输出1.5V电压。如图5.3所示为输出10V电压。图5.2仿真结果图5.3仿真结果结论通过本次设计，让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及他的要求和性能指标。这次设计碰到过很多困难，像最开始软件的使用上手的时候有点笨手笨脚的，像经常出现找不到元器件，不会调节参数等情况。又因为仿真的时候是按照电路图做的，所以尽管仿真时的数据是正确的，但是做出来的还是和理想中的有很大的区别，最后只能不断地进行测试，试图找出原因。再一步一步地进入计算环节时，该如何通过计算选择合适的电容及其他元件等，通过翻阅资料以及上网搜索和通过老师的答疑解惑使我慢慢明白实验的原理。通过本次试验课程设计使我明白实践是检验真理的唯一标准，只有通过实践才能发现问题，通过问题的解决使我对这次的课程设计越来越了解，越来越深入，也是通过这次实验使我明白模电设计的重要性，培养了自身的动手能力以及更加理解理论和实践结合的重要性。同时也发现自己的专业知识不够，需要在以后的学习中加强这方面的锻炼。这次的课程设计只是开端，我相信在未来的工作中模电设计肯定会派上用场。参考文献[1]杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].北京:高等教育出版社,2005.[2]杨建国.你好，放大器[M].北京:北京科技大学,2014.[3]于卫,谢勇.模拟电子技术实验及综合实训教程[M].北京:华中科技大学出版社,2008-11-19.[4]王志华.电子电路的计算机辅助分析与设计方法[M].北京:清华大学出版社,1996.[5]A.J.PeytonV.Walsh.AnalogueeletronivcswithOpAmps:asourcebookofpractical:Campridgeuniversitypress,2003.[6]华成英.电子技术[M].北京:北京中央广播电视大学出版社,1996.[7]JacobMillmanandArvinGrabel.Microelectronics,2nded.NewYork:Mcgraw-HillbookCompany,1987.[8]于海生等.微型计算机控制技术[M].北京:清华大学出版社,2016.[9]季维发、过润秋、严武升等.机电一体化技术[M].北京:电子工业出版社,2004.[10]童诗白.模拟电子技术基础调查报告论文集[M].浙江:浙江大学出版社,2017-12.[11]说明书