稳压电源课程设计.docx

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1、稳压电源课程设计学前要求一课程学习方法1. 课程预习：掌握相关的模拟电路知识及了解相关的常识2. 认真听讲，认真记录3. 课程设计过程中独立设计电路，规范操作，正确使用仪器仪表，做好实验记录4. 认真完成实验报告（包含布线思路；稳压电源的实际性能；故障的排除过程） 二:课程基本要求1. 不迟到，不早退，不旷课,不批假2. 课堂上不做与课程不相关的事情（手机关机或者调为震动）3. 做好笔记4. 值日（黑板，桌面，抽屉，地面）5. 注意事项 人身安全 养成良好的用电习惯 断电操作 整个电路检查无误方可接入电源 正确使用仪器仪表 实验过程中发现有异常现象，应立即观点电源，排除故障方可恢复实验 一：实

2、训目的1. 通过本课程设计使学生进一步掌握直流稳压电源的工作及有关采参数的测试方法。2. 掌握串联型晶体管直流稳压电源的一般计算原则，以及初步学会电源故障分析和排除方法。3. 使学生了解电路板设计的一般要求及熟练地判断有关元器件的性能好坏。二：实训要求计算，并在自制每个学生根据给定的技术指标对串联型直流稳压电源的有关参数进行设计, 的印制电路板上安装，调试成功一台直流稳压，并且具有一定的实用性。三：考核方法1. 装机 40%2. 答辩 30%3. 实验报告 20%4. 平时成绩 10%四：时间安排周一：理论知识的介绍周二：设计出晶体管串联型直流稳压电源，并绘制出印刷线路图进行腐蚀，打孔。 周三

3、：检测元器件，焊接，装配周四：调试及故障排除，验收周五：答辩，交实验报告实验报告书写格式课题名称实验目的-三：技术指标四：电路选择方案并说明工作原理五：电路的安装调试，画出整机原理图六：性能测试，根据测试数据算出SV R0并作出分析七:故障分析排出八：心得体会第一章概述一：电压不稳定因素所有用电设备对供电电压都有一定的要求，不管是交流供电还是直流供电，都要求供电电压稳定在一定的范围之内， 才能保证设备正常工作， 超过了要求范围，设备将不能正常工作， 设置损坏设备，造成严重后果。对于搞电子线路的工作者来说， 在工作中是离不开直流稳压电压电源的。 每种型号的直流 稳压电源一般都是将供电电网的交流电

4、压经变压器降压（或者升压），整流滤波后采取一定的稳压措施来获得一定的技术要求的直流电压。稳压器输出的直流电压并不是绝对不变的，只是变化较小而已，产生输出电压不稳定的因素有：1. 电网电压的变化必然引起直流输出电压的变化。这是因为电网电压随时都在发生变化，必然导致整流滤波后的直流电压（即稳压器的输入电压） 变化，虽经稳压器稳压，只能进一步减小输出电压的波动，达不到恒定不变的目的。2. 随着电源负载的改变， 必然引起输出直流电压得变化。这是因为不同的负载接入电源后，输出电流将发生变化，从而导致直流输出电压的变化。3. 环境温度的变化将影响直流输出电压的变化。这是因为温度的变化将引起组成电路的元器件

5、有关参数的改变，从而引起直流输出电压的变化。从上可知，稳压器输出直流电压随输入直流电压，输出电流和环境温度的变化而变化，它们的函数表达式为U0=f（ Ui.lo.T）二:直流稳压电源的性能指标1. 特性指标 最高输出电压Uo一般要求输出电压能连续可调，或具有一定的调节范围也有少数的定压输出电源，用途范围不广。 最大输出电流Io通常是指调整管所允许的通过最大电流 保护特性在串联型稳压电路中，由于调整管与负载想串联，当输出过载或短路时，通过调整管的电 流和加在其上的电压以及相应的集电极功耗将迅速增加，并有可能超过其极限运行参数而导致调整管损坏，所以要对调整管加以保护，以防止其过流，过压和过热。2.

6、 质量指标稳压系数a.绝对稳压系数设稳压器的输入电压Ui变化量为厶Ui,而引起输出 Uo变化量为厶Uo,则厶小和厶Uo之间关系可以用 K表示：K= Uo/A Ui或 Uo=K* UiK称为绝对稳压系数或输入调整因素，它表示输入电压变化A Ui引起多大输出电压的变化，所以K数值越小越好,K越小，说明A Ui引起的A Uo输出电压越稳定.但在评论和比较稳压电源质量好坏西给性能优劣时,K的大小不一定能完全说明问题.例如,在甲，乙两台稳压电源，输入电压都是12V,甲电源输出电压为 6oooV，乙电源输出电压为 6V,它 们输入电压Ui的变化量A Ui都为1.2V,甲电源输出电压引起了 6V变化，而乙电

7、源输出电压引起了 0.6V变化，可以计算，甲电源的绝对稳压系数：K甲=6V/1.2V=5,而乙电源的绝对稳压系数K乙=0.6V/1.2V ,那么,K甲K 乙,是否可以说：甲电源的稳定优劣于乙电源的稳定性呢？显然不能！甲电源输出电压 6000V仅变化6V,相当于变化6/6000=0.1 %这说明甲电源的电压稳定性是很 强的而乙电源输出电压 6V,变化0.6V,相当于变化0.6/6=10%,几乎谈不上稳定，这说明单从绝 对稳压系数K的大小不能说明电源的电压稳定性好坏.b.相对稳压系数若从电压的相对变化量去考虑 ，假定输入电压Ui变化 Ui ,则输入电压的相对变化 量为 Ui/ Ui .而引起输出电

8、压 U0的变化量厶U0 ,则输出电压相对变化量为 U0/ U0.既考虑输入电压的相对变化量 . Ui/ Ui又考虑到输出电压的相对变化 量厶U0/ U0,则它们之间的关系为：S=( U0/ U0)/( Ui/ Ui)S贝y称为电源的相对稳压系数，或简称为稳压系数.S的大小可直接反映出电源质量的好坏，以上例来分析：甲电源的稳压系数：S 甲=0.01乙电源稳压系数S乙=1S甲s乙,这说明电源甲的输出电压稳定性远优于电源乙S的大小于电源的那些因素有关呢？(1) 与电源的取样比N有关.取样比n越大,S就越小.这就是因为n越大，加到比较放大器输入端的电压变化量越大，那么此电压变化量经比较放大器放大后送到

9、调整管基极的电压也就越强，因此，调整管就越灵敏，输出电压就越稳定.(2) 与比较放大器的放大倍数Au有关.A U越大,S就越小.因为Au越大,尽管取样电压相同，但作用到调整管的基极电压就大，那么调整管调整就越灵敏，输出电压必然越稳定.(3) 与稳压管的动态电阻D有关,r D越小,S就越小.这是因为r D越小,基准电压就越稳定,A u也就越大.内阻R0稳压电源的内阻也就是电源的输出电阻 .其反映了当负载 Rl发生变化时，引起输出电压 V。的 变化程度.它定义为：在输入电 压Vi不变得前提下.输出电压变化量与输出电流变化量之比 , 即：R=一1 vi =01 0显然R0越小越好，因为R0越小,当负

10、载变化时，输出电压越稳定温度系数aT 定义式：KT表示温度变化引起输出电压变化的程度。 文波电压在直流稳压电源中，电网电压经整流滤波后所输出的直流电压中，总含有周期性的脉动成份，这就是交流分量，该交流分量电压加到具有一定滤波作用的稳压器输入端，仍不能将它滤除干净，再稳压器输出端还有较小的交流分量存在，这就是纹波电压。通常用交流分量的有效值或峰一峰值表示。三：直流稳压电源的基本组成直流稳压电源包括整流，滤波，和稳压电路组成。其框图如下孑整流电晞稳压电路 I I I II I电源变压器：1. 降压作用2. 隔离作用电子设备与电网的隔离 整流电路：交流电压转变成单向脉动直流电1. 半波整流1U0=-

11、ud2 sintd t=5U22. 全波整流3. 桥式整流桥式整流电路在同样的变压器电压作用下， 它的整流输出电压比半波整流的要高。 脉动 系数比半波整流的要低，而每个整流管所承受的反向峰值电压比全波整流的要小， 所以桥式 整流电路应用广泛。经整流后的电压仍具有较大的交流分量，必须通过滤波电路将交流分量滤掉。尽量保留其输出中的直流分量，才能获得比较平滑的直流分量。可以利用电容两端电压不能突变或流经电感的电流不能突变的特点，将电容与负载并 联，或将电感与负载串联就能起来滤波作用。稳压电路：由于滤波后的直流电压 UI受电网电压的波动和负载电流变化的影响（T的影响）很难保证输出电流电压的稳定。所以必

12、须在滤波电路和负载一直加上稳压电路，才能保证输出直流电压的进一步稳定。第二章 串联型晶体管直流稳压电源的设计原则设计直流稳亚电源就是依据给定的技术指标：确定整流，滤波和稳压电路的方案， 并计算各元器件的参数，确保稳压电源在不理利的情况下也能正常工作。下边我们重点讨论稳压电路的设计原则和计算方法。一：选择稳压电路的一般原则初选电路：并不是电路选择越复杂越好， 应该根据实际的需要，选用既可以满足指标要求， 而又比较简单的电路1. 当电网电压波动不大，稳定度要求不高，可采用简单的典型的稳压电路，如图所示：2. 如果电网电压波动较大，且电压稳定度要求较高时可选用具有上辅助电源或具有恒流源的稳压电路a.

13、 采用上辅助电源的稳压电路（P11 图 7）由于采用单独电源给比较放大器供电，这样就可以消除输入电压波动的影响。同时， 因为UO+UZ UZ R4的取值可以加大，这有利于比较放大器电压放大倍数AU2的进一步提高，从而使输出电压的稳定度获得提高。在电路设计时，一般取Uz=（1.5-2） U z为保证Uz稳定，取Uz2Uz限流电路 只为（Uiin- Uz / （IC2+IZMIN）b. 用恒流源负载代替 T2的r4我们知道提高比较放大器的电压放大倍数AU2。可采用加大R4的放大，但是R4很大时，有可能使VC2降很低，造成T1截止或T2饱和，为解决这个问题，我们可采用直流电阻小 而交流电阻大的恒流源

14、电路来取代R4,其电路如图所示：（P10图6）设计时UZ2的取值不宜过大，一般为 34V。因为UZ2取值小些，R5可取大一些， 从而提高UZ的稳定性。同时 UZ2 U be2 f - Uc2 J Ub1 J U be1 J U cel f - U JRL ff 10 U 0 ff Us fi U be2 fi U c2 U bl U be1 U cel fl U J需改变输出电压时，只要调节电位器，便可实现（在R1,R2之间）综上所属，晶体管串联型稳压电源主要由变压器，整流，滤波，调整管，取样电路，基准电 压和比较放大器等部分组成。此外，还有过流保护电路。串联型稳压电源方框图如下:变 压 器整

15、流实际上是一个电压负反馈电路。反馈电压UB2从输出电压U0中取出，与基准电压UZ相比较，然后将差值电压进行放大去控制调整管，调节其管压降UCE使输出电压重新恢复刀原来的数值上来。第三章稳压电源安装与调试 :技术指标1. 电网电压变化 220V+-10%2. 输出直流电压Uo=1OV3. 最大输出电流Il=500mA4. 稳压系数SV=0.055. 电源内阻R0=0.16. 负载电流为1.2IL=600MA时，过流保护电路工作.:整机原理图三:印制电路板图附:元器件清单R 43K910 Q 51 Q 5.1 Q 200Q *2300 QC 25V1000UF *21N4007*49013*33D

16、D152CW13470 Q电位器第四章印制电路板的制作整机装配要求所有的元器件（除部分变压器外）应全部在印制电路板上进行插装焊接敷铜板是将铜箔粘合在环氧板上制作而成的而印刷电路板是根据我们所需要的电路，在敷铜板上进行合理设计，并经三氯化铁水溶液腐蚀掉不需要的铜箔而保留下我们所需要的导电铜箔线条；其整个过程是：线路板设计制版腐蚀一打孔 i 插装焊接 在印刷电路板上元器件排列和布线的基本原则是：1. 分离出不能安装在印刷现路上的元器件，如电源开关，电源变压器 较大的调节电位器等2. 所有元器件应安装在印制电路板无铜箔的一面3. 元器件在印制电路板上固定方式友直立式和卧立式两种直立式排列占板面积小，

17、密集度高，结构紧凑，体积小，卧式排列安装牢固，维修方面工作频率不高，两种方式均可使用当工 作频率较高，元器件引脚尽可能短，并最好采用卧式排列，排列一般按水平，垂直两个方向 排列，较整齐美观4. 元器件在印制板上排列，一般应按信号传递顺序排列，并考虑与外接元器件连接引线方便5. 布线时一般将公共地线布置在印制板最边缘，故地线较长，为减小地线电阻，地线应当尽量粗些电源，滤波，控制等低频元件和导线设边缘布置，高频元件放大管放中间.6. 输入端和输出端引线间距离尽可能远一些，以免干扰或产生寄生耦合各元器件间的连线不宜过长，或平行布线，以免寄生感应.7. 印制板上每级电路的地线一般应自成封闭回路，以减小

18、信号电流通过公共地线产生极间耦合8. 放大倍数很高的放大器，应采取屏蔽措施，并尽可能远离磁场源器件，一面受到磁场干扰.9. 再初步安排好每个元器件位置后，用虚线绘出元器件轮廓，标出焊点标记，并检查这些焊点分布是否均匀合理，否则，排列位置再做适当调整.然后把电路上应连接的点用线条连接，绘成草图.连接不应有交叉点，最后加粗线条，绘成线路板.铜箔导线的宽度，应视通过电流大小而定，一般MA级电流宽度12MM.若通过电流大，应 加宽铜箔导线，尽可能将铜箔导线的焊点绘成原环形 ，其最小半径不得小于铜箔导线宽度 . 自阿铜箔导线转弯角外应有个圆弧，不能成直角.草图t坐标纸t复写纸t反图复制到不干胶上第五章元

19、器件检测在将元器件插装到印制电路板上之前，应对所装配的元器件进行检测，保留合格品，更换不合格品1. 电源变压器的检测2. 电阻器的检测a可变电阻器b.普通色环电阻先读后测3. 电容的检测用万用表RX 1K档（容量大的用1 X 100Q）。将黑表笔接电解电容的正极。红表笔 接负极，此时表针应突然向右偏转，然后逐步逆时针复原 （若表针不动，说明电容内部开路，若阻值为0说明内部短路）。根据表针摆动幅度大 则容量大，幅度小，则容量小。 根据表针的复原程度，判断电容器的漏电阻值为几百千欧到几千千欧漏电阻值越大，说明电容器两个电极之间的绝缘性越好。4. 晶体管的检测a. 二极管用万用表R X 100或R

20、X 1K，将黑表笔接二极管的一个极，红表笔接的是正极，若 此时万用表显示阻值较小，且方向接阻值为无穷大。则黑表笔先接的管脚为正，另一个 为负。若两次阻值较小，说明二极管内部短路。若两次测得阻值均大，说明二极管内部开路b. 晶体三极管 三极管的管型和管脚的判别用万用表的 RX 100档，将万用表的任一表笔接三机关的任一管脚，另一表笔分 别接触另两个管脚，总有一次会出现阻值都很小的一次，则与公共表笔接触的那一管脚为基极，如公共表笔为黑表笔，则该脚为公共正极，此管为NPN型三极管。若公共表笔为红色表笔，则该脚为公共负极，此管为PNP型三极管。确定基极后，假定其余的两只脚中的一只是集电极，另一只为发射

21、极，用潮湿的手把假设的集电极和基极捏起来，将黑表笔接假设的集电极，红表笔接假设的发射机观察阻值。假设相反观察阻值，阻值小的那次为判断正确。判断PNP型管，仍用上述方法但必须把表笔极性对调一下。 Icb0和?值用万用表RX 1档NPN型管 黑表笔接C极 红表笔接E极 测出的阻值在几百欧以 上（锗管在数千欧以上）说明Iceo较小，此值越大Iceo越小，若此值近似为 0说明管子击穿。用两手捏住B , C极，黑表笔接 C极，红表笔接 E极。若指针摆动幅度越大，则 说明该管放大能力强，？ 值大。（对于PNP型管测试时应表笔对换）。第六章元器件的插装和焊接1.插装前的准备工作a将所有元器件的引脚表面氧化层

22、去掉，并进行预焊，所需导线按实用长度进行选择，剥出裸线长度 5mm并进行镀锡。 b元器件引脚整形2.插装，焊接35mm 小电容留 35mm 大体积的电a.元器件底部应与板面保留一定距离，电阻应留 解电容应压到板面上。建议先插电阻，焊好后再插电容，焊好后再差管子。b.焊接焊点要求大小适中，光亮圆滑，防止虚焊，假焊。第七章通电调试与故障排除通电调试前，应将焊好的电路板认真检查，看看各个元器件有无插错，电容的极性是否正确,三极管的管脚是否正确，电源百压器初级次级接反了没有，确定无误后再通电调试。1.整流滤波部分2.稳压部分第八章稳压电源性能测试1.稳定系数Sv的测定测试接线图如下：采用调压变压器可模

23、拟稳压电源输入电压 U1的波动，调整调压器可使U1为198V 220V242V保持负载不变。当 U1 = 220V 时测得 UO UI当 U1=242V测得U0UI当 U1=198V测得UO”UI”在测得数据中找一组数值偏离UO Ui最大的一组数据，来求取 SV，即SV=Uo Io?U|Uo在测量稳压器输出电压时，由于电压变化不大，万用表分辨不清可以用数字表。2.内阻Ro的测定保持U1 = 220V不变 Ui=0去掉负载RL测空载电压Uo=12vI0=0改变负载RL使Iol=1.2A测得Uo=UolR0=VI 0=也VI0 IoIol 0根据计算出Sv , Ro值与给定的质量指标相比较是否符合要求。稳压电源课程设计时间安排表时间任务星期一1，2课程设计概述3, 4本项目的设计原则5，6稳压电源的安装与调试星期二1, 2设计出稳压电源，并绘制出印制板线路图3，4制作印制电路板5，6腐蚀打孔星期三1, 2检测元器件3，4焊接与装配5，6焊接与装配星期四1，2调试3，4故障分析排除5，6验收星期五1，2答辩，验收3，4答辩5，6答辩