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文檔簡介
1、可調(diào)直流穩(wěn)定電源摘要:本設(shè)計采用串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路實現(xiàn)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。輸出電壓變化量由反饋網(wǎng)絡(luò)取樣經(jīng)比較放大電路(運(yùn)放OP07)放大后去控制調(diào)整管集電極與發(fā)射極間的電壓降,再通過點電解電容濾波,得到穩(wěn)定的輸出電壓。對于直流穩(wěn)流電源則通過雙運(yùn)放構(gòu)成的恒流電路實現(xiàn)。用電壓跟隨器、穩(wěn)壓管以及電位器共同調(diào)節(jié)作用提供恒流電路所需的電壓,最終得到可調(diào)的直流穩(wěn)流電源。 關(guān)鍵詞:串聯(lián)反饋式、雙運(yùn)放恒流電路、電壓跟隨器一、直流穩(wěn)壓電源1、方案的選擇與論證方案一:采用串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。由運(yùn)放構(gòu)成深度負(fù)反饋電路,通過調(diào)節(jié)取樣環(huán)節(jié)電阻的大小來改變反饋系數(shù),從而調(diào)節(jié)輸出電壓。選擇合適的電阻和電位器,即可實現(xiàn)+9V+
2、12V輸出。電路原理圖如下圖所示: 該電路的穩(wěn)壓原理為:當(dāng)輸入電壓VI增加時,輸出電壓VO增加,隨之反饋電壓VF也增加。VF與基準(zhǔn)電壓VREF相比較,其差值電壓經(jīng)比較放大電路放大后,使VB和IC減小,調(diào)整管T的c-e極間電壓Vce增大,使VO下降,從而維持VO基本穩(wěn)定。原理簡潔易懂,且性價比高。方案二:采用可調(diào)式三端穩(wěn)壓器LM317實現(xiàn)。其原理圖為: 集成穩(wěn)壓塊輸出端和調(diào)整端之間的固有參考電壓VREF加在給定電阻R1兩端,將產(chǎn)生一個恒定電流通過輸出電壓調(diào)節(jié)器RP1。與其并聯(lián)的電容可進(jìn)一步減小輸出電壓的紋波。二極管的作用是防止輸出端短路時,穩(wěn)壓塊損壞。LM317內(nèi)部就含有過熱和過流保護(hù)電路,安全
3、可靠、性能優(yōu)良、不易損壞且使用方便。比較上述兩種方案,考慮到經(jīng)濟(jì)效益,方案一不但能很好的達(dá)到各項指標(biāo),且性價比更高,所以決定選用方案一。2、電路設(shè)計2.1電路的的原理框圖為:2.2各電路元件參數(shù)計算(1)獲取基準(zhǔn)電壓電路:穩(wěn)壓管選IN4733,VZ=5.1V,IZT=49mA。電阻R1起到限流作用,根據(jù)所選穩(wěn)壓管的參數(shù)以及輸入電壓大小,定R1=510。(2)比較放大電路:考慮到經(jīng)濟(jì)效益,運(yùn)放OP07性價比更高,所以選擇OP07。(3)調(diào)整管:采用兩只NPN型BJT組成的復(fù)合管,使共集共集放大電路比單管共集電極放大電路的電壓跟隨特性更好,輸入電阻更高,輸出電阻更小,其動態(tài)性能更好。所以選用功率管
4、TIP 122。(4)取樣電路:當(dāng)RP動端在最下端時,Vomax=Vz當(dāng)RP動端在最上端時,Vomin= Vz電壓調(diào)整范圍為+9V+12V,考慮到電阻值存在一定偏差,所以將VO定在+7V+14V,確保+9V+12V的調(diào)整范圍,即Vomax=14V,Vomin=7V。由于電位器的阻值確定為1K,由上面兩個式子可計算出R2與R3的比值,結(jié)合實際情況,選取R2=1K,R3=1K。(5)濾波電路:運(yùn)放自激振蕩產(chǎn)生紋波,電解電容C為穩(wěn)壓電路輸出側(cè)的濾波電容,可以起到減小紋波的作用,根據(jù)經(jīng)驗,一般電容值選取47470µF,這里取47µF。3、電路的實現(xiàn)與調(diào)試(1)輸出電壓:空載時用萬用
5、表測輸出電壓,調(diào)節(jié)電位器,可測得電壓變化范圍。電壓調(diào)節(jié)范圍為:+6.748V+13.061V ,可以實現(xiàn)+9V+12V范圍的調(diào)節(jié)。(2)最大輸出電流:將負(fù)載RL調(diào)到滿載,電壓表測得的電壓值即為VO。逐漸減小RL,直到VO的值下降5%,此時電流表測得的電流即為最大輸出電流。 最大輸出電流為1.512A,大于1A,滿足指標(biāo)。(3)電壓調(diào)整率:接入負(fù)載,在輸入電壓為15V時,測得負(fù)載兩端電壓并記錄。將輸入電壓提高到18V,記錄負(fù)載兩端電壓。電壓調(diào)整率為滿載電壓(V)輸入電壓(V)空載電壓(9V)空載電壓(12V)158.98011.983189.02412.045Sv(%)0.160.17根據(jù)所計算
6、的電壓調(diào)整率均小于0.2%,可知該項指標(biāo)符合條件。(4)負(fù)載調(diào)整率:輸入電壓為15V,負(fù)載電流從零變到最大時,輸出電壓的相對變化,即空載滿載輸出電壓(V)9.0028.980由表格數(shù)據(jù)可知負(fù)載調(diào)整率負(fù)載調(diào)整率小于1%,符合條件。(5)紋波電壓(峰-峰值):將示波器接到輸出端,將耦合按鈕打到交流檔,測量峰峰值。用示波器測得紋波電壓(峰峰值)為7.68mA,滿足指標(biāo)紋波電壓(峰-峰值)10mV(6)效率:輸入15V直流電時,測量輸入電流值VI,再測量輸出電壓VO與輸出電流VO。效率4、結(jié)論 經(jīng)過方案的篩選,元器件參數(shù)的設(shè)定以及電路的調(diào)試與分析,最終達(dá)到了題目要求的各項指標(biāo),實現(xiàn)了可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源
7、的設(shè)計。二、直流穩(wěn)流電源1、方案的選擇與論證方案一:采用雙運(yùn)放構(gòu)成的恒流電路。其原理圖為: 該電路中A3為深度負(fù)反饋同相放大器;A1、A2接成電壓跟隨器組態(tài)。由原理圖可知: ,令R3=R4= R5=R6=10 K,則可得??芍?,輸出電流只取決于R7的阻值和VR,使得輸出電流恒定。調(diào)節(jié)電位器則可得到不同的電壓值VR,從而實現(xiàn)可調(diào)直流穩(wěn)流電源。該設(shè)計方案利用運(yùn)放構(gòu)成深度反饋電路,有效抑制外界信號的干擾,使得恒流電源的工作穩(wěn)定性增強(qiáng)。方案二:采用三端固定式集成穩(wěn)壓器7805。電路原理圖如下:集成塊3腳和2腳之間的壓降恒為5V,流經(jīng)電位器產(chǎn)生可調(diào)的穩(wěn)恒電流。電路簡單易懂,但是集成塊的靜態(tài)電流作為負(fù)載電
8、流的一部分,當(dāng)它隨輸入電壓及負(fù)載的變化而變化時,會影響負(fù)載電流的穩(wěn)定性。比較上述兩種方案,方案一穩(wěn)定性更高,抗干擾能力更強(qiáng),性價比更好。所以選擇方案一。2、電路設(shè)計2.1電路的原理框圖為:2.2各電路元器件參數(shù)計算(1)穩(wěn)壓管及限流電阻R1:穩(wěn)壓管選IN4733,VZ=5.1V,IZT=49mA。電阻R1起到限流作用,根據(jù)所選穩(wěn)壓管的參數(shù)以及輸入電壓大小,定R1=510。(2)雙運(yùn)放恒流電路:考慮到元器件的經(jīng)濟(jì)效益,運(yùn)放OP07性價比更高,所以選擇OP07。由原理圖可知,。要產(chǎn)生穩(wěn)恒電流,則滿足R3=R4,R5=R6 。此時。這里令R3=R4= R5=R6=10 K。(3)電壓跟隨器A1:考慮
9、到元器件的經(jīng)濟(jì)效益,運(yùn)放OP07性價比更高,所以選擇OP07。(4)電位器RP,電阻R2和電阻R7:因為,輸出電流在420mA可調(diào),且VRmax=5.1V,所以R7可取200。電位器RP已定,為1 K。由原理圖可知,解得 ,這里取R2=150。3、電路的實現(xiàn)與調(diào)試(1)輸出電流:將電流表串入輸出端,調(diào)節(jié)電位器RP,測量輸出電流的變化范圍。 實驗測得電流的調(diào)節(jié)范圍為3.4176mA26.269mA,可以實現(xiàn)4mA 20mA的調(diào)節(jié)范圍。(2)負(fù)載調(diào)整率:輸入電壓為12V,調(diào)節(jié)電位器RP,使輸出電流為20mA。串入一個可變電阻,能夠?qū)崿F(xiàn)200300范圍內(nèi)調(diào)節(jié),測量輸出電流的相對變化。負(fù)載調(diào)整率負(fù)載阻值()200300輸出電流(mA)20.33320.520負(fù)載調(diào)整率(%)0.935由表格數(shù)據(jù)可知負(fù)載調(diào)整率小于1%,滿足條件。4、結(jié)論經(jīng)過方案的篩選,元器件參數(shù)的設(shè)定以及電路的調(diào)試與分析,最終達(dá)到了題目要求的各項指標(biāo),實現(xiàn)了可調(diào)式直流穩(wěn)流電源的設(shè)計。三、參考文獻(xiàn)1、康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第五版)
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