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1、电子技术课程设计题目： 串联型晶体管稳压电源 时间：2011 年12月 26日 2011 年 12 月 30日 串联型晶体管稳压电源设计一、设计题目题目：串联型晶体管稳压电源二、设计任务：设计并制作用晶体管、集成运算放大器电阻、电阻器、电容组成的串联型直流稳压电源。指标：1、输入电压：220V,50Hz;2、输出电压：6V-15V；3、输出电流：最大电流为100mA； 4、保护电路：过流保护、短路保护。 5、驱动负载：120RL240三、理电路和程序设计：一 电路原理方框图：二原理说明：（1） 单相桥式整流电路可以将单相交流电变换为直流电；（2） 整流后的电压脉动较大，需要滤波后变为交流分量较
2、小的直流电压用来供电；（3） 滤波后的输出电压容易随电网电压和负载的变化波动不利于设备的稳定运行；（4） 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；（5） 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。四：方案选择一：变压、滤波电路电路原理图如图1所示：图1 变压和滤波电路二：稳压电路方案：该方案稳压电路部分如图3所示，稳压部分由调整管（Q1），比较电路（集成运放U2A），基准电压电路（稳压管D1 BZV55-B3V
3、0），采样电路组成（采样电路由R2、R3、R4、R5组成）。当采样电路的输出端电压升高（降低）时采样电路将这一变化送到A的反相输入端，然后与同相输入端的电位进行比较放大，运放的输出电压，即调整管的基极电位降低（升高）；由于电路采用射极输出形式，所以输出电压必然降低（升高），从而使输出电压得到稳定。图3 稳压部分单元电路三：电路框图和电路图整体电路的框架如下图所示，先有变压器对其进行变压，变压后再对其进行整流，整流后是高低频的滤波电路，最后是由采样电路、比较放大电路和基准电路三个小的单元电路组成的稳压电路，稳压后为了进一步得到更加稳定的电压，在稳压电路后再对其进行，最后得到滤波稳压电源。变压电路
4、全波整流正极滤波电路稳压电路比较放大采样电路基准电压输出滤波电路正极输出端共地端图4电路框图图5 串联直流稳压总电路图五 电路设计及元器件选择；（1）、变压器的设计和选择本次课程设计的要求是输出为3V-15V的稳压电源，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，为饱和管压降，而=12V为输出最大电压，=3V为最小的输入电压，以饱和管压降=3V计算，为了使调整管工作在放大区，输入电压最小不能小于15V，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1A15V=15w，所以变压器的功率绝对不能低于15w，由于串联稳压电源工作时产生的热量较大，效
5、率不高，所以变压器功率需要选择相对大些的变压器。结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20W，额定电流2A的变压器。（2）、整流电路的设计及整流二极管的选择 由于输出电流最大只要求1A，电流比较低，所以整流电路的设计可以选择常见的单相桥式整流电路，由4个串并联的二极管组成，具体电路如图3所示。图6单相桥式整流电路二极管的选择：当忽略二极管的开启电压与导通压降，且当负载为纯阻性负载时，我们可以得到二极管的平均电压为：=0.9其中为变压器次级交流电压的有效值。我们可以求得=17v。对于全波整流来说，如果两个次级线圈输出电压有效值为，则处于截止状态的二极管承
6、受的最大反向电压将是，即为42.42v考虑电网波动（通常波动为10%，为保险起见取30%的波动）我们可以得到实际的应该大于22.1V，最大反向电压应该大于55.2V。在输出电流最大为1A的情况下我们可以选择额定电流为2A，反向耐压为1000V的二极管IN4007.（3）、滤波电容的选择当滤波电容偏小时，滤波器输出电压脉动系数大；而偏大时，整流二极管导通角偏小，整流管峰值电流增大。不仅对整流二极管参数要求高，另一方面，整流电流波形与正弦电压波形偏离大，谐波失真严重，功率因数低。所以电容的取值应当有一个范围，由前面的计算我们已经得出变压器的次级线圈电压为15V，当输出电流为1A时，我们可以求得电路
7、的负载为18时，我们可以根据滤波电容的计算公式：C=(35)来求滤波电容的取值范围，其中在电路频率为50HZ的情况下， T为20ms则电容的取值范围为1667-2750uF，保险起见我们可以取标准值为2200uF额定电压为35V的铝点解电容。另外，由于实际电阻或电路中可能存在寄生电感和寄生电容等因素，电路中极有可能产生高频信号，所以需要一个小的陶瓷电容来滤去这些高频信号。我们可以选择一个50uF的陶瓷电容来作为高频滤波电容。（4）、稳压电路的设计 稳压电路组要由四部分构成：调整管，基准稳压电路，比较放大电路，采样电路。当采样电路的输出端电压升高（降低）时采样电路将这一变化送到A的反相输入端，然
8、后与同相输入端的电位进行比较放大，运放的输出电压，即调整管的基极电位降低（高）；由于电路采用射极输出形式，所以输出电压必然降低（升高），从而使输出电压得到稳定。由于输出电流较大，达到1A，为防止电流过大烧坏调整管，需要选择功率中等或者较大的三极管，调整管的击穿电流必须大于1A，又由于三极管CE间的承受的最大管压降应该大于15-6=9V，考虑到30%的电网波动，我们的调整管所能承受的最大管压降应该大于13V，最小功率应该达到=6.5W。我们可以选择适合这些参数最大功率为60W,最大电流超过6A，所能承受的最大管压降为100V。基准电路由3V的稳压管和10K的保护电阻组成。由于输出电压要求为3V-
9、6V、6V-9V和9V-12V，因此采样电路的采样电阻应该可调，则采样电路由一个电阻和一个可调电阻组成，根据公式：求出。其中为输入端的电阻，为输出端与共地端之间的电阻 ，为稳压管的稳压值。.所以根据此公式可求的电路的输出电压为3V-12V。可以输出3V-12V的电压，运放选用工作电压在15V左右前对电压稳定性要求不是很高的运放，由于AD704JN的工作电压为正负12V-正负22V，范围较大，可以用其作为运放，因为整流后的电压波动不是很大，所以运放的工作电源可以利用整流后的电压来对其进行供电。为了使输出电压更稳定，输出纹波更小，需要对输出端进行再次滤波，可在输出端接一个5uf电容，这样电源不容易
10、受到负载的干扰。使得电源的性质更好，电压更稳定，六 画出系统的电路总图和元件列出清单图7 系统总电路图元件清单名称及标号型号及大小数量变压器220V-15V1个电容500uF2个电阻10k2个30K2个1k3个可变电阻1201个3k1个集成运放7411个稳压管BZV60-B151个BZV60-B121个BZV55-B3V01个调整管2N50391个桥式整流二极管3N2581个保护三极管2N22191个七、电路的调试及仿真数据理论值3V-15V，而实际的测量、值是在3V-3.129V ,15-15.132V，造成0.01V-0.2V的可调误差，原因是由于可调电阻的实际调节范围偏大，导致输出电压偏
11、大调节可变电阻R4，可以得到课程设计所要求输出的3V-15V的电压，仿真数据如下 在高压的15V输出时电压有0.02V的电压波动，基本上对输出的影响不大，可也不考虑其影响；在低压的5V时输出波形为一直线，基本无电压波动符合理论的要求。直流电压的输出波形如图8所示：图9 ：7 V、 11.5 V 输出波形图八 总结本课程设计运用了模拟电路的基本知识，通过变压，整流，滤波、稳压等步骤，输出理论可变范围为3V-6V、6V-9V、9V-12V ，实际可调范围为3V-5.989V、5.99 V-9.003V-11.832V的直流稳压电源。总结如下：优点：该电路设计简单。输出电压稳定，纹波值小，而且使用的
12、元件较少，经济实惠，输出功率大，调整管可承受的范围也很大。缺点：电路电压档位的调整如果改用大胡子开关就可以实现对电源档位的数字控制；在调节不同档位时无外部指示，实用价值较低。九 心得体会:通过这次课程设计，我对于模电知识有了更深的了解，尤其是对串联直流稳压电源方面的知识有了进一步的研究。在电路的仿真过程中也提升了我的动手能力，实践能力得到了一定的锻炼，加深了对模拟电路设计方面的兴趣，理论与实践得到了很好的结合，加深自己对实用价值和理论的统一的了解。但对于理论和实际应用的统一和对于器件在实际中的使用还有很大的不足，不能在使用器件时选择合适的参数的器件，不能根据器件的编号知道器件的基本功能。在这方面需要很大的提高。还有自己处理问题的能力还有待提高，遇到问题要能够冷静的思考自己是哪里没有想到位，而不是一味的转牛角尖。另外,通过这次的设计让我也深深的了解到自己要学的知识真的还很多很多，在以后的时间中，要好好去充实自己，让自己更具有竞争力！最后，要衷心感谢老师这一年对我的教导，老师，您辛苦了！
