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1、串联型直流稳压电源设计报告一、设计题目题目：串联型直流稳压电源二、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。要求指标：1、输出电压6V、9V两档，同时具备正负极性输出；2、输出电流：额定电流为150mA，最大输出电流为500mA；3、在最大输出电流的时候纹波电压峰值 Vop-p5mv；4、保护电路：过流保护。三、原理电路和程序设计：1、电路原理方框图：2、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
2、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由于只有6V和 9V两档则可以通过开关来转换，从而实现对输出电压的转换。而 正负电源则需要一个六脚开关来控制变换。四：方案选择1、变压、滤波电路方案一和方案二的变压电路和滤波电路相同，二者的差别主要体现在稳 压电路部分。D1C12.2rfiF图1变压和滤波电路2、稳压电路方案一：此方案以稳压管D1的电压作为三极管Q1的基准电压，电路引入 电压负反馈，
3、当电网电压波动引起r2两端电压的变化增大（减小）时， 晶体管发射极电位将随着升高（降低），而稳压管端的电压基本不变， 故基极电位不变，所以由ube= ub -ue可知ube将减小（升高）导致 基极电流和发射极电流的减小（增大），使得R两端的电压降低（升高）， 从而达到稳压的效果。负电源部分与正电源相对称，原理一样。P4D2 02BR2 18Q图2方案一稳压部分电路方案二：该方案稳压电路部分如下图3所示，稳压部分由调整（Q1三极管）， 比较电路（集成运放741），基准电压电路（稳压管D2 02BZ2.2），采 样电路（采样电路由R2、R3、R4组成）组成。当采样电路的输出端电 压升高（降低）时采
4、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。VI图3、方案二稳压电路图对以上两个方案进行比较，可以发发现第一个方案为线性稳压电源，具备基 本的稳压效果，但是只是基本的调整管电路，输出电压不可调，而且输出电流不 大，而第二个方案使用了集成运放和调整管作为稳压电路，输出电压可以通过开 关J1在6V、9V两档调节，功率也较高，可以输出较大的电流。稳定效果也比第 一个方案要好，所以选择第二个方案作为本次课程设计的方案。3、电路框图和电路图整体
5、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。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6V、9V两档的稳压电源，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Uce = Uima - UOm_n，Uce为饱和 管压降，而Uimax=12V为输出最大电压，UOmin=3V为最小的输入电压，以饱和 管压降Uce=3V计算，为了使调整管工作在放大区，
6、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1AX15V=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要求额定电流为150mA，最大电流不超过500mA，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
7、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U:o (AV)1 L2i2uU(av)= 一 j V2u sin皿 d伽)=0.9U2其中U 2为变压器次级交流电压的有效值。我们可以求得U=13.5v。(AV)对于全波整流来说，如果次级线圈输出电压有效值为U2=15V，则二极管所承受 的电压应大于23.3V，在输出电流最大为500mA的情况下我们可以选择额定电 流为1A，反向耐压为1000V的二极管.3、滤波电容的选择当滤波电容q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
8、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，我们可以求得电路的负载为18Q时，我们可以根 据滤波电容的计算公式：T C=(35) 2 RT为20ms则电L来求滤波电容的取值范围，其中在电路频率为50HZ的情况下， 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的电解电容。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
9、信号。我们 可以选择一个100UF的陶瓷电容来作为高频滤波电容。4、其他元件的选择集成运算放大器比较通用，因此，选择比较常用的741即可。三极管也是一样， 可以选择两个一样的TIP41A来做调整电路与保护电路，值得一提，保护电路的 保护电阻应根据三极管的开启电压，最大电流计算，取较准确的值，一般三极管 开启电压为0.6-0.7V，所以电阻选1.3Q。采样电路中的电阻根据计算取图5 中电阻阻值。六、元件清单名称及标号型号及大小数量变压器220V-15V1个电容2200uF1个100uF1个电阻2.5k1个6.2K1个3.4k1个2k1个1.3 Q1个集成运放7411个稳压管02BZ2.21个三极
10、管TIP41A2个桥式整流一极管3N2511个七、电路的调试及仿真数据1、输出直流电压理论值为6V与9V，可以通过开关转变。如上图所示实际测出的值为5.906V与9.119V，与理论值有较小的波动，但是在误差范围内，实际所测值正确。2、仿真波形图如下：6V档9V档6V档正负电源仿真结果纹波仿真结果如图:如上图所示，通过仿真结果可以知道设计指标基本完成。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，输出理论电压为6V、9V两档，可以实现正负电源输出的直流稳压电源，输 出纹波峰-峰值小于5mV。总结如下：优点：该电路设计简单。输出电压稳定，纹波值小，而且使用的元件
11、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：输出电压不大，电压只有两档调节，使用度不大而且电路消耗功率较 大。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。而且，在测试的时候，在加上负载的情况下， 输出的纹波电压峰-峰值变大，输出的直流电压有所偏小。其中原因是因为太依 赖于仿真的结果，没有考虑到实际器件的实际情况，从而忽略了器件对电路的影 响，而且自己测试时没有注意到负载的影响，这些都需要进一步改进。选择器件 的时候也应该根据做完后实际情况在进行改进，以得到最好的实验设计结果。
