模擬與數(shù)字電子技術課程設計報告串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源

1、 模擬與數(shù)字電子技術課程設計報告設計課題： 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源 摘要：穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路輸出電流較小，輸出電壓不可調(diào)，不能滿足很多場合下的應用。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路以穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路為基礎，利用晶體管的電流放大作用，增大負載電流；在電路中引用深度電壓負反饋使輸出電壓穩(wěn)定；并且，通過改變反饋網(wǎng)絡參數(shù)使輸出電壓可調(diào)。關鍵詞：穩(wěn)壓電源;整流電路;濾波電路;穩(wěn)壓電路引言: 電子技術是當今高新技術的“龍頭”，各先進國家無不把它放在優(yōu)先的發(fā)展的地位。電子技術是電類專業(yè)的一門重要的技術基礎課，課程的顯著特點之一是它的實踐性。要想很好的掌握電子技術，除了掌握基本器件的原理，電子電路的基本組成及分析方法

2、外，還要掌握電子器件及基本電路的應用技術，課程設計就是電子技術教學中的重要環(huán)節(jié)。本課程設計就是針對模擬電子電路這門課程的要求所做的，同時也將學到的理論與實踐緊密結(jié)合。本設計是設計的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。小功率穩(wěn)壓電源一般是由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。1.設計任務及要求要求：設計并制作用晶體管和集成運算放大器組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。指標：(1)輸出電壓6V、9V兩檔，同時具備正負極性輸出；(2)輸出電流：額定電流為150mA，最大電流為500mA； (3)在最大輸出電流的時候紋波電壓峰值Vop-p5mv；任務：(1)了解帶有放大環(huán)節(jié)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的電路圖； (2)識圖放

3、大環(huán)節(jié)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的電路圖；2.方案設計及論證電路原理分析與方案設計 采用變壓器、二極管、集成運放，電阻、穩(wěn)壓管、三極管 等元件器件。220V的交流電經(jīng)變壓器變壓后變成電壓值較小的交流，再經(jīng)橋式整流電路和濾波電路形成直流，穩(wěn)壓部分采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。比例運算電路的輸入電壓為穩(wěn)定電壓，且比例系數(shù)可調(diào)，所以其輸出電壓也以調(diào)節(jié)；同時，為了擴大輸出大電流，集成運放輸出端加晶體管，并保持射極輸出形式，就構成了具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。(1)方案比較方案一：用晶體管和集成運放組成的基本串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源方案二：用晶體管和集成運放組成的具有保護環(huán)節(jié)的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源方案三：用晶體管和集成運放組成的實

4、用串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電壓可行性分析： 上面三種方案中，方案一最簡單，但功能也最少，沒有保護電路和比較放大電路，因而不夠?qū)嵱?，故拋棄方案一。方案三功能最強大，但是由于實驗室條件和經(jīng)濟成本的限制，我們也拋棄方案三，因為它犧牲了成本來換取方便。所以從簡單、合理、可靠、經(jīng)濟從簡單而且便于購買的前提出發(fā)，我們選擇方案二未我們最終的設計方案。電路框圖 3單元電路設計與參數(shù)計算交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電，其方框圖及各電路的輸出波形如圖所示，下面就個部分的作用加以介紹。電源變壓器直流電的輸入為220V的電網(wǎng)電壓，一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因

5、而需要通過電源變壓器降壓后，再對電流電壓處理。變壓器副邊電壓有效值決定后面電路的需要。根據(jù)經(jīng)驗，穩(wěn)壓電路的輸入電壓一般選取Ui=(23)Uo。所以選擇15V30W的變壓器。整流電路為了將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動電壓，還需要通過整流電路。查閱資料可知單相整流電路有半波整流電路、單相橋式整流電路（全波整流電路）。單相橋式整流電路和半波整流電路相比，在相同的變壓器副邊電壓下，對二極管的參數(shù)要求一樣，并且還具有輸出電壓高，變壓器利用率高、脈動系數(shù)小等優(yōu)點。所以在電路中采用單相橋式整流電路，如圖所示：1.工作原理單相橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，如圖（a）所示。在分析整流電路工作原

6、理時，整流電路中的二極管是作為開關運用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖1（a）的電路圖可知：當正半周時，二極管D1、D3導通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。當負半周時，二極管D2、D4導通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。在負載電阻上正、負半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖1（b）。2.參數(shù)計算根據(jù)圖1（b）可知，輸出電壓是單相脈動電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓為流過負載的平均電流為流過二極管的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓流過負載的脈動電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動 電壓做傅里葉分析，此時諧波分量中的二次諧波幅度最大。脈

7、動系數(shù)S定義為二次諧波的幅值與平均值的比值。3.單相橋式整流電路的負載特性曲線單相橋式整流電路的負載特性曲線是指輸出電壓與負載電流之間的關系該曲線如圖3所示，曲線的斜率代表了整流電路的內(nèi)阻。單相橋式整流電路的變壓器中只有交流電流流過，而半波和全波整流電路中均有直流分量流過。所以單相橋式整流電路的變壓器效率較高，在同樣功率容量條件下，體積可以小一些。單相橋式整流電路的總體性能優(yōu)于單相半波和全波整流電路，故廣泛應用于直流電源之中。注意，整流電路中的二極管是作為開關運用的。整流電路既有交流量，又有直流量，通常對輸入（交流）用有效值或最大值；輸出（交直流）用平均值；整流管正向電流用平均值；整流管反向電

8、壓用最大值。保護電路在集成穩(wěn)壓器電路內(nèi)部含有各種保護電路，使集成穩(wěn)壓器在出現(xiàn)不正常情況時不至于損壞。因為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的調(diào)整管是其核心器件，它流過的電路近似等于負載電流，且電網(wǎng)電壓波動或輸出電壓調(diào)節(jié)時管壓降將產(chǎn)生相應的變化，所以這些保護電路都與調(diào)整管緊密相關。過流保護電路能夠在穩(wěn)壓管輸出電流超過額定值時，限制調(diào)整管發(fā)射極電流在某一數(shù)值或使之迅速減少，從而保護調(diào)整管不會因電流過大而燒壞。主要參數(shù)：輸出電壓平均值Uo（av）：負載電阻上電壓的平均值輸出電流平均值：負載電阻上電路的平均值=整流輸出電壓的脈動系數(shù)S：整流輸出電壓的基波峰值與輸出電壓平均值之比，因而S越大，脈動越大。二極管的選擇： 考慮

9、到電網(wǎng)電壓波動范圍為±10%，整流二極管的極限參數(shù)最高反向工作電壓和最大整流平均電流應滿足：>1.1和>1.1· >1.1×0.007A所以選擇>1.1V3）濾波電路 整流后的輸出電壓雖然是單一方向的，但是含有較大的交流成分，會影響電路的正常工作。一般在整流后，還需要利用濾波電路將脈動的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷骸Ｋ孕柰ㄟ^低通濾波電路，使輸出電壓平滑。理想情況下，應將交流分量全部濾掉，使輸出電壓僅為直流電壓。在實際電路中，應選擇濾波電容的容量滿足C=(35)T/2的條件，為了獲得更好的濾波效果，電容容量應選得更大些。 查閱資料可知濾波電路

10、有電容濾波、電感濾波電路和復式濾波電路三種，其中復式濾波電路的效果最好，所以在電路中采用RC型的復式濾波電路，如圖所示： C越大，R越大，T放電將越大，曲線越平滑，脈動越小。所以C選擇2.2mF。1） 穩(wěn)壓電路 交流電壓通過整流、濾波后雖然變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓，但是當電網(wǎng)電壓波動或負載變化時，其平均值也隨之變化。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)波動和負載電阻變化的影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性。由于經(jīng)濟成本、元件購買及仿真軟件的限制，穩(wěn)壓電路只采取一個具有放大環(huán)節(jié)的基本串聯(lián)型穩(wěn)壓電路加一個載流型過流保護電路。a穩(wěn)壓原理：若由于某種原因使UO增大，則UOUNUBUOb輸出電壓的調(diào)節(jié)

11、范圍：··故6V,取=5.6V402, 1000K(100), 820c串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本組成部分及其作用：調(diào)節(jié)管：是電路的核心，UFE隨UI和負載產(chǎn)生變化以穩(wěn)定Uo。基準電壓：是Uo的參考電壓。采樣電阻：對Uo的采樣，與基準電壓共同決定Uo。比較放大：將Uo的采樣電壓與基準電壓比較后放大，決定電路的穩(wěn)壓性能。d串聯(lián)型穩(wěn)壓電源中調(diào)整管的選擇：要想使調(diào)整管起到調(diào)整作用，必須使之工作在放大狀態(tài)，因此其管壓降應大于飽和管壓降；調(diào)整管極限參數(shù)的確定，必須考慮到輸出電壓由于電網(wǎng)電壓波動而產(chǎn)生的變化，以及輸出輸出電壓的調(diào)節(jié)和負載電流的變化所產(chǎn)的影響。根據(jù)極限參數(shù)ICM、U（BR）CE

12、O、PCM選擇調(diào)整管：=<=-<=<e限流電阻的選擇：保證穩(wěn)壓管既穩(wěn)壓又不損壞。> <電網(wǎng)電壓最低且負載電流最大時，穩(wěn)壓管的電流最小。=> R<電網(wǎng)電壓最低且負載電流最小時，穩(wěn)壓管的電流最大。=< R1、 總原理圖及元器件清單4.1總原理圖4.2元件清單：元件類型元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量變壓器T1雙15V30W1個集成運算放大器U1、U2LM3242個穩(wěn)壓管D2、D31N47345.6V2個整流橋D11A整流橋1071個三極管Q1、Q2、Q3、Q4TIP41、TIP42中功率各2個電解電容C1、C2、C3、C52200uF/25V、1000uF/

13、 25V各2個電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R9、R12、R13、R141k1/4W、11/4W、820/1/4W、20/2W2個、2個、2個、4個電位器R7、R8、R10、R11單聯(lián)普通電位器、3296精密電位器1 k、100各2個電源線1條開關J1、J2單刀雙擲小號2個5、電壓仿真過程及結(jié)果 1、穩(wěn)壓電源的技術指標分為兩種：一種是特性指標，包括允許輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度、包括穩(wěn)壓系數(shù)（或電壓調(diào)整率）、輸出電阻（或電流調(diào)整率）、紋波電壓（紋波系數(shù)）及溫度系數(shù)。（1）穩(wěn)壓系數(shù)：在負載電流、環(huán)境溫度不變的情況下

14、，輸出電壓的相對變化引起輸出電壓的相對變化，即電壓調(diào)整率：輸入電壓相對變化為±10%時的輸出電壓相對變化量，穩(wěn)壓系數(shù)和電壓調(diào)整率均說明輸入電壓變化對輸出電壓的影響，因此也只需測試其中之一即可。 （2）輸出電阻及電流調(diào)整率輸出電阻與放大器的輸出電阻相同，其值為當輸入電壓不變時，輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比的絕對值。電流調(diào)整率：輸入電流從0變到最大值時所產(chǎn)生的輸出電壓相對變化值。輸出電阻和電流調(diào)整率均說明負載電流變化對輸出電壓的影響，因此也只需測試其中之一即可。 （3）紋波電壓：疊加在輸出電壓上的交流分量。用示波器測試其峰峰值一般為毫伏量級。也可用交流毫伏表測量其有效值，但因紋波不

15、是正弦波，所以有一定的誤差。6、電壓調(diào)試過程與結(jié)果理論值輸出是±9V和±6V，但實際輸出是有點誤差，但是可以通過調(diào)節(jié)滑動變阻器來達到準確的±9V和±6V，之后就可以直接用雙擲開關來選擇所要用的輸出電壓了。7、心得體會 本次課程設計令我受益匪淺，在實驗的過程中令我明白到書本知識的重要性，要對書本的知識有比較深刻的了解才能對電路進行設計。當對書本知識有一定的了解后，就會考驗到自己的動手能力，只有經(jīng)過實踐才能把知識理解得更透徹，而且如果要進行設計的話就要對一些元件有一定的了解，這樣才能繼續(xù)地進行下去，在做這個課程設計的過程中令不斷地對元件有了更加深刻的了解。在

16、這過程中，令我印象深刻，令我深刻地體會到實踐的重要性，因為不通過實踐是無法檢驗出到底是正確還是錯誤的。只有通過實踐才能更加地深入地去了解它的工作原理，才可以更好地發(fā)現(xiàn)問題，這次的課程設計令知道動手設計是遠比自己想象復雜，因為在這過程中會出現(xiàn)很多自己沒有預料到的問題要解決，不過只有這樣才能更好地提高自己。雖然在這過程中曾經(jīng)感到過厭煩，然而，在一步一步的改進中走向成功的那種感覺是無比的興奮的。當自己的努力得到回報時那種心情是難以形容的，而且這樣更加增加了自己的興趣。8、參考文獻 1 童詩白,華成英等.模擬電子技術基礎M.北京:高等教育出版社,2001.2 汪松體.串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源常見故障分析及檢

17、測N.電子報,2007,(8):21-23.3 孔保軍.直流穩(wěn)壓電源的設計及制作J.電子制作.2006, (6):34-364趙新宇, 胡建成, 楊九如 實用穩(wěn)壓電源電路設計自動化技術與應用2011 年第 30 卷第 2 期 5康華光電子技術基礎（模擬部分）M北 京：高等教育出版社，20026 高吉祥.電子技術基礎實驗和課程設計。電子工業(yè)出版社。2002.7 楊拴科.模擬電子技術基礎。高等教育出版社.20038 孫肖子 張企民。模擬電子技術簡明教程。西安電子科技大學出版社。2001.Tandem type dc voltage stabilizerDesigners ZHENG HongpingGuiding teacher CUI JinhuaType series voltage circuit voltage voltage to the circuit as the foundation, the use of the transistor current amplific