串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計方案報告

1、 .wd. .wd. .wd.串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計報告一. 題目: 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計。二. 要求：設(shè)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；三. 電路原理分析與方案設(shè)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少的交流，再經(jīng)過橋式整流電路和濾波電路形成直流，穩(wěn)壓局部采用串流型穩(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)，

2、所以其輸出電壓也可以調(diào)節(jié)；同時，為了擴大輸出電流，集成運放輸出端加晶體管，并保持射極輸出形式，就構(gòu)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 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換屆的串聯(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置的前提出發(fā)，我選擇方

3、案二未我們最終的設(shè)計方案。2.結(jié)合設(shè)計的要求，電路框圖如下 穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路變壓電路全波整流正極濾波電路負極濾波電路比較放大采樣電路基準電壓基準電壓比較放大采樣電路輸出濾波電路輸出濾波電路正極輸出端負極輸出端共地端調(diào)整管保護電路調(diào)整管保護電路3.單元電路設(shè)計與元器件選擇1變壓器的選擇直流電的輸入為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，因而需要通過電源變壓器降壓后，再對電流電壓處理。電源變壓器的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui。變壓器副邊與原邊的功率比為P2/ P1=，式中是變壓器的效率。本次課程設(shè)計的要求是輸出正負9

4、伏和正負6負的雙電壓電源，輸出電壓較低，而一般的調(diào)整管的飽和管壓降在2-3伏左右，由，為飽和管壓降，而=9V為輸出最大電壓，為最小的輸入電壓，以飽和管壓降=3伏計算，為了使調(diào)整管工作在放大區(qū)，輸入電壓最小不能小于12V，為保險起見，可以選擇220V-15V的變壓器，再由P=UI可知，變壓器的功率應(yīng)該為0.5A9V=4.5w，所以變壓器的功率絕對不能低于4.5w，并且串聯(lián)穩(wěn)壓電源工作時產(chǎn)生的熱量較大，效率不高，所以變壓器功率需要選擇相對大些的變壓器。結(jié)合市場上常見的變壓器的型號，可以選擇常見的變壓范圍為雙15V，額定功率20W的變壓器。2整流濾波電路：橋式整流電路將交流電壓變換成脈動的直流電壓。

5、再經(jīng)濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓。1.橋式整流器的選擇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，在一樣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橋式整流器是利用二極管的單向?qū)ㄐ赃M展整流的最常用的電路，常用來將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟?二極管的平均電壓為：=0.9其中為變壓器次級交流電壓的有效值。我們可以求得=13.5v。對于全波整流來說，如果兩個次級線圈輸出電壓有

6、效值為，那么處于截止狀態(tài)的二極管承受的最大反向電壓將是，即為34.2v，考慮電網(wǎng)波動通常波動為10%，為保險起見取30%的波動我們可以得到 應(yīng)該大于19.3V，最大反向電壓應(yīng)該大于48.8V。在輸出電流最大為500mA的情況下我們可以選擇額定電流為1A，反向耐壓為1000V的二極管的橋式整流器。2.濾波電路的選擇與器件的選擇。整流電路將交流電變?yōu)槊}動直流電，但其中含有大量的直流和交流成分(稱為紋波電壓)。這樣的直流電壓作為電鍍、蓄電池充電的電源還是允許的，但作為大多數(shù)電子設(shè)備的電源，將會產(chǎn)生不良影響，甚至不能正常工作。在整流電路之后，需要加接，盡量減小輸出電壓中交流分量，使之接近于理想的直流電

7、壓。濾波電路作用是盡可能減小脈動的直流電壓中的交流成分，保存其直流成分，使輸出電壓紋波系數(shù)降低，波形變得比較平滑。常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。假設(shè)濾波電路元件僅由無源元件電阻、電容、電感組成，那么稱為無源濾波電路。無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波(包括倒L型、LC濾波、LC型濾波和RC型濾波等)。假設(shè)濾波電路不僅由無源元件，還由有源元件雙極型管、單極型管、集成運放組成，那么稱為有源濾波電路。無源濾波電路的構(gòu)造簡單，易于設(shè)計，通常用在功率電路中，所以這里采用無源濾波電路，電容濾波器和電感濾波器相比，導(dǎo)通角小，但其脈動系數(shù)大，適用與小電流負載，同時還可吸收電子電路工作

8、過程中產(chǎn)生的電流波動和經(jīng)由交流電源串入的干擾，使得電子電路的工作性能更加穩(wěn)定，結(jié)合本設(shè)計的具體要求，本次設(shè)計采用電容濾波器進展濾波。濾波電容容量大因此一般采用電解電容，在接線時要注意電解電容的正、負極。電容濾波電路利用電容的充、放電作用，使輸出電壓趨于平滑，當濾波電容偏小時，濾波器輸出電壓脈動系數(shù)大；而偏大時，整流二極管導(dǎo)通角偏小，整流管峰值電流增大，不僅對整流二極管參數(shù)要求高，另一方面，整流電流波形與正弦電壓波形偏離大，諧波失真嚴重，功率因數(shù)低。所以電容的取值應(yīng)當有一個范圍，由前面的計算我們已經(jīng)得出變壓器的次級線圈電壓為15V，當輸出電流為500mA時，我們可以求得電路的負載為18歐，我們可

9、以根據(jù)濾波電容的計算公式：C=(35)來求濾波電容的取值范圍，其中在電路頻率為50HZ的情況下， T為20ms那么電容的取值范圍為1667-2750uF，保險起見我們可以取標準值為2200uF額定電壓為25V的鋁電解電容。另外，由于實際電阻或電路中可能存在寄生電感和寄生電容等因素，電路中極有可能產(chǎn)生高頻信號，所以需要一個小的電容來濾去這些高頻信號。我們可以選擇一個0.33uF的電解電容來作為高頻濾波電容。濾波電路如上圖。4、穩(wěn)壓電路的設(shè)計 從整流濾波后的電壓是不穩(wěn)定的電壓，在電網(wǎng)電壓或負載變化時，該電壓都會產(chǎn)生變化，而且紋波電壓又大。所以，整流濾波后，還須經(jīng)過穩(wěn)壓電路，才能使輸出電壓在一定的范

10、圍內(nèi)穩(wěn)定不變，串聯(lián)型穩(wěn)壓電路以穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路為根基，利用晶體管的電流放大作用，增大負載電流，在電路中引入深度的電壓負反響使輸出電壓穩(wěn)定；并且通過改變反響網(wǎng)絡(luò)參數(shù)使輸出電壓可調(diào)。穩(wěn)壓電路組要由四局部構(gòu)成：調(diào)整管，保護電路，基準穩(wěn)壓電路，比較放大電路，采樣電路。當采樣電路的輸出端電壓升高降低時采樣電路將這一變化送到A的反相輸入端，然后與同相輸入端的電位進展比較放大，運放的輸出電壓，即調(diào)整管的基極電位降低高；由于電路采用射極輸出形式，所以輸出電壓必然降低升高，從而使輸出電壓得到穩(wěn)定。由于輸出電流較大，到達500mA，為防止電流過大燒壞調(diào)整管，需要選擇功率中等或者較大的三極管，調(diào)整管的擊穿電流必須大于

11、500mA，又由于三極管CE間的承受的最大管壓降應(yīng)該大于15-6=9V，考慮到30%的電網(wǎng)波動，我們的調(diào)整管所能承受的最大管壓降應(yīng)該大于13V，最小功率應(yīng)該到達=6.5W。我們可以選擇適合這些參數(shù)，并且在市場上容易買到的中功率三極管TIP41，它的最大功率為60W,最大電流超過6A，所能承受的最大管壓降為100V，遠遠滿足調(diào)整管的條件。負極的調(diào)整管那么選擇與之相對應(yīng)的中功率PNP型三極管TIP42。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(yīng)的

12、變化，所以這些保護電路都與調(diào)整管嚴密相關(guān)。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，TIP41也足夠在作為保護電路中的三極管使用。輸出的最大電流為500mA,根據(jù)公式:IOmsxIEmaxUBE2/R所以保護電路中的采樣電阻選用1歐姆的，負極的保護電路那么選擇與之相對應(yīng)的中功率PNP型三極管TIP42和1歐姆電阻?；鶞孰娐酚?.7V的穩(wěn)壓管和4.7K歐姆的保護電阻組成。由于輸出電壓要求為6伏和9伏，如果采樣電路使用固定值的電阻，由于各種因素如本身阻值的誤差等很容易造成誤差，為了使輸出電壓準確值高，所以采樣電阻

13、最好應(yīng)該做成可調(diào)的，固采樣電路由一個電阻和一個可調(diào)電阻組成，根據(jù)公式：求出。其中為運放正反相輸入端的電阻，為輸出端正極負極與共地端之間的電阻，為穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。固可以取220歐姆、和0.5k歐姆的固定電阻置于中間的滑阻兩旁防止當使為0.所以根據(jù)此公式可求的電路的輸出電壓為4.7-15.381V，可以輸出6V和9V的電壓。為了方便輸出6V和9V兩檔的電壓，用單刀雙擲開關(guān)接兩個電位器，用開關(guān)來控制6V和9V兩個檔位。運放選用工作電壓在15V左右前對電壓穩(wěn)定性要求不是很高的常見的741運算放大器，由于741的工作電壓為正負12V至正負22V，范圍較大，可以用其作為運放，因為整流濾波后的電壓波動不是很

14、大，所以運放的工作電源可以利用整流后的電壓來對其進展供電。正負端的穩(wěn)壓電路為了使輸出電壓更穩(wěn)定，輸出紋波更小，可以對輸出端進展再次濾波，可在輸出端接一個100nf的電解電容和一個103的陶瓷電容，這樣電源不容易受到負載的干擾。使得電源的性質(zhì)更好，電壓更穩(wěn)定，輸出紋波更小。四、畫出系統(tǒng)的電路總圖元器件清單元件類型元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量變壓器T2雙15V20W1個集成運算放大器U1、U27412個三極管Q1、Q2、Q3、Q4TIP41、TIP42中功率各2個電解電容C1、C2、C3、C4、C5、C6、2.2uF25V、330nF25V、0.1uF25V各2個陶瓷電容C7、C81032個電阻R1、

15、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R9、R11、R12、1K、1、220、202個、2個、2個、4個電位器R8、R10、R13、R145004個整流橋D1KBP2061個開關(guān)J1、J2單刀雙擲2個穩(wěn)壓管D1、D2ZPD4.74.7V2個電源線一條元器件介紹：TIP41三極管TIP42三極管型號：TIP41C 型號：TIP42C 封裝：TO-220封裝：TO-220極性：NPN極性：PNP主要參數(shù)：100V，6A，65W，3MHZ，HFE=15-75主要參數(shù)：100V，6A，65W，3MHZ，HFE=15-75對管：TIP42對管：TIP41 HYPERLINK :/ xsaige /Uplo

16、adFile/2011119141948818.jpg o 點擊圖片看全圖 t _blank HYPERLINK :/ xsaige /UploadFile/2011119142755247.jpg o 點擊圖片看全圖 t _blank HA17741單運算放大器封裝：DIP8 HYPERLINK :/xsaige /UploadFile/201062921130942.jpg o 點擊圖片看全圖 t _blank 特有屬性 輸入失調(diào)電壓 :9.0 mV 輸入失調(diào)電流 :200 nA 輸入偏置電流 :1100 nA 共模輸入電壓范圍 :-12 V 12 V 共模抑制比 :70 dB 大信號電壓

17、增益 :86 dB 輸出峰-峰電壓 :-10 V 10 V 電壓轉(zhuǎn)換速率 :1.0 V/us 電源電壓 :18 V 功耗 :100 mW橋式整流器是由多只整流二極管作橋式連接，外用絕緣塑料封裝而成。2A整流橋型號：KBP206封裝：塑封DIP4 主要參數(shù)：2A，600V 橋式整流器是由多只整流二極管作橋式連接，外用絕緣塑料封裝而成 HYPERLINK :/ xsaige /UploadFile/201112415322359.jpg o 點擊圖片看全圖 t _blank HYPERLINK :/ xsaige /UploadFile/2011122205338293.jpg o 點擊圖片看全圖

18、 t _blank 五、電路的調(diào)試及仿真數(shù)據(jù)1.仿真測試.正負輸出的可調(diào)的最大值和最小值電壓仿真數(shù)據(jù)如以以下圖：用理論數(shù)據(jù)計算出電路的輸出電壓為4.7-15.381V.，所以仿真數(shù)據(jù) 基本符合理論計算.調(diào)節(jié)可變電阻，可以得到課程設(shè)計所要求輸出的6V和9V的電壓，仿真數(shù)據(jù)如下：由于仿真軟件中的電位器只能每次5%的移動，所以不能準確調(diào)整成正負6V、9V。電路輸出直流電的波形圖如以以下圖仿真軟件中用示波器測量電壓的直流電波形為標準的直線，到達設(shè)計的要求仿真電路輸出的紋波波形圖如下電路的紋波電壓在1.7mV左右，比要求的5mV要低實際調(diào)試： 一開場焊好電路后隨便測試一下輸入輸出端有沒有短路后就接上電源

19、進展測試，用萬用表測量一下，發(fā)現(xiàn)輸出端沒有示數(shù)，檢查電路才發(fā)現(xiàn)有一條線忘記連接了。把電路焊接好幾經(jīng)檢查后就再行實際調(diào)試，但是在調(diào)試中，作為正負端負載的4個20歐姆的電阻燒壞了。為了使輸出電壓為6V時，為定電流150mA ，所以負載使用 兩個20歐姆電阻串聯(lián)，由于沒意識到6V時負載的功率為0.9W，而電阻的額定功率為0.25w，因為超過電阻的承受能力，所以就燒了。于是我就把電阻拆下來，沒有要負載了。再進展調(diào)試，用萬用表測量輸出正端電壓輸出可調(diào)范圍是4.74V-15.84V，負端電壓輸出可調(diào)范圍為-4.71V-15.48V，與理論數(shù)據(jù)計算出電路的輸出電壓范圍4.7-15.381V在誤差允許的范圍內(nèi)

20、一致。而且電位器能夠準確的使輸出是正負6V、9V，配合開關(guān)使用就可以6V 、9V兩檔輸出。 基本到達了課程設(shè)計的要求。六總結(jié)本課程設(shè)計運用了模擬電路的 基本知識，通過變壓，整流，濾波、穩(wěn)壓等步驟，輸出理論可變范圍為4.7V-15.3814V而實際正端電壓輸出可調(diào)范圍是4.74V-15.84V，負端電壓輸出可調(diào)范圍為-4.71V-15.48V的正負直流穩(wěn)壓電源。總結(jié)如下：優(yōu)點：該電路設(shè)計簡單。輸出電壓穩(wěn)定并且可調(diào)，紋波值小，而且使用的元件較少，經(jīng)濟實惠，輸出功率大，調(diào)整管可承受的范圍也很大。缺點：體積比用穩(wěn)壓芯片的大得多，且電路中只有一個過流保護電路，當電路由于偶然原因出現(xiàn)高的電壓脈沖時，有可能

21、對電路造成危害，長時間大電流工作也可能使得調(diào)整管或者運放過熱而損壞，使得電路故障率提高。改進：可以在穩(wěn)壓電路那里再接一個保護電路。減少接電或斷電時產(chǎn)生的瞬間高電壓對電路元件的破壞。另外，ua741芯片較為古老，性能不穩(wěn)定，已跟不上時代的需要所以運放可以重新選擇性能更好，更穩(wěn)定的芯片。焊接的量較大，焊接得不好容易碰線或者對結(jié)果造成較大誤差，如果采用PCB版效果會更好。為了使電源的適應(yīng)范圍更為廣，可以設(shè)計成輸出可調(diào)再加上數(shù)碼管顯示，有同學(xué)就是這樣設(shè)計的，最后出來的效果不錯。心得體會： 一分耕耘一分收獲，付出的汗水總會澆灌出一些果實。經(jīng)過一個課程設(shè)計，我受益匪淺，對于模電的體會或者與上個學(xué)期一整個學(xué)

22、期相比，也不成多讓。上個學(xué)期學(xué)完模電之后總覺得缺少了什么，當教師在布置課程設(shè)計的時候，聽到教師說的那句話：“你們學(xué)了模電是不是好似沒學(xué)一樣。瞬間，我觸動了，我知道缺少什么了。在學(xué)習(xí)模電的時候，我們只是在應(yīng)付期末考試，完全沒有去深入了解，也沒有去動手做過什么作，單純地為了期末的六十分而淺薄的去學(xué)習(xí)?；蛟S這是大學(xué)生的通病，于是乎模電課程設(shè)計很好地彌補了這一點。做課程設(shè)計會讓你更好更深入地了解模電知識，并讓了明白了實際與理論的區(qū)別。我做的是直流穩(wěn)壓電源，為了這一塊的知識，我不得不重新把模電書的相關(guān)局部認真地研究一次，并且比以前更加深入了解，如果不是課程設(shè)計，我只是簡單地知道整流濾波穩(wěn)壓這幾個過程， 基本不會去深入了解每個過程的原理。在研究每個單元電路的時候還把要用的根基元件的知識也復(fù)習(xí)了一遍，或許我這