串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 電子電路設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、一、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求要求：設(shè)計(jì)并制作一個(gè)串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。指標(biāo)：1、輸出電壓6V、9V兩檔，正負(fù)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(shí)候紋波電壓峰值Vop-p5mv；二、原理電路設(shè)計(jì)（1）方案比較與確定1、方案比較方案一：先對(duì)輸入電壓進(jìn)行降壓，然后用單相橋式二極管對(duì)其進(jìn)行整流，整流后利用電容的充放電效應(yīng)，用電解電容對(duì)其進(jìn)行濾波，將脈動(dòng)的直流電壓變?yōu)楦悠交闹绷麟妷海€(wěn)壓部分的單元電路由穩(wěn)壓管和三極管組成（如圖1），以穩(wěn)壓管D1電壓作為三極管Q1的基準(zhǔn)電壓，電路引入電壓負(fù)反饋，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起R2兩端電壓的變化增大（減?。r(shí)，晶體管發(fā)射極電

2、位將隨著升高（降低），而穩(wěn)壓管端的電壓基本不變，故基極電位不變，所以由可知將減?。ㄉ撸?dǎo)致基極電流和發(fā)射極電流的減?。ㄔ龃螅?，使得R兩端的電壓降低（升高），從而達(dá)到穩(wěn)壓的效果。負(fù)電源部分與正電源相對(duì)稱，原理一樣。圖1 方案一穩(wěn)壓部分電路方案二：經(jīng)有中間抽頭的變壓器輸出后，整流部分同方案一一樣擦用四個(gè)二極管組成的單相橋式整流電路，整流后的脈動(dòng)直流接濾波電路，濾波電路由兩個(gè)電容組成，先用一個(gè)較大阻值的點(diǎn)解電容對(duì)其進(jìn)行低頻濾波，再用一個(gè)較低阻值的陶瓷電容對(duì)其進(jìn)行高頻濾波，從而使得濾波后的電壓更平滑，波動(dòng)更小。濾波后的電路接接穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓部分的電路如圖2所示，方案二的穩(wěn)壓部分由調(diào)整管，比較放大電路

3、，基準(zhǔn)電壓電路，采樣電路組成。當(dāng)采樣電路的輸出端電壓升高（降低）時(shí)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(jìn)行比較放大，運(yùn)放的輸出電壓，即調(diào)整管的基極電位降低（升高）；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。圖2 方案二穩(wěn)壓部分單元電路對(duì)以上兩個(gè)方案進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)第一個(gè)方案為線性穩(wěn)壓電源，具備基本的穩(wěn)壓效果，但是只是基本的調(diào)整管電路，輸出電壓不可調(diào)，而且輸出電流不大，而第二個(gè)方案使用 了運(yùn)放和調(diào)整管作為穩(wěn)壓電路，輸出電壓可調(diào)，功率也較高，可以輸出較大的電流。穩(wěn)定效果也比第一個(gè)方案要好，所以選擇第二個(gè)方案作為本次課程設(shè)計(jì)的方案。2、

4、整體電路框圖的確定整體電路的框架如下圖所示，先有22V-15V的變壓器對(duì)其進(jìn)行變壓，變壓后再對(duì)其進(jìn)行整流，整流后是高低頻的濾波電路，最后是由采樣電路、比較放大電路和基準(zhǔn)電路三個(gè)小的單元電路組成的穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓后為了進(jìn)一步得到更加穩(wěn)定的電壓，在穩(wěn)壓電路后再對(duì)其進(jìn)行小小的濾波，最后用一個(gè)自鎖開關(guān)實(shí)現(xiàn)正負(fù)極輸出。整體電路框圖變壓電路整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路比較放大采樣電路基準(zhǔn)電壓輸出濾波電路正極輸出端負(fù)極輸出端共地端3、電路設(shè)計(jì)及元器件選擇；（1）、變壓器的設(shè)計(jì)和選擇本次課程設(shè)計(jì)的要求是輸出正負(fù)9伏和正負(fù)6負(fù)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=

5、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(jì)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(xiǎn)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×，所以變壓器的功率絕對(duì)不能低于，并且串聯(lián)穩(wěn)壓電源工作時(shí)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(duì)大些的變壓器。結(jié)合市場上常見的變壓器的型號(hào)，可以選擇常見的變壓范圍為220V-15V，額定功率12W，額定電流1A的變壓器。（2）、整流電路的設(shè)計(jì)及整流二極管的選擇由于輸出電流最大只要求500mA，電流比較低，所以整流電路的設(shè)計(jì)可以選擇常見的單相橋式整流電路，由4個(gè)串并聯(lián)的二極管組成

6、，具體電路如圖3所示。圖3單相橋式整流電路實(shí)際選用 KBP206 整流橋二極管的選擇：當(dāng)忽略二極管的開啟電壓與導(dǎo)通壓降，且當(dāng)負(fù)載為純阻性負(fù)載時(shí)，我們可以得到二極管的平均電壓為：=其中為變壓器次級(jí)交流電壓的有效值。我們可以求得。對(duì)于全波整流來說，如果兩個(gè)次級(jí)線圈輸出電壓有效值為，則處于截止?fàn)顟B(tài)的二極管承受的最大反向電壓將是，即為考慮電網(wǎng)波動(dòng)（通常波動(dòng)為10%，為保險(xiǎn)起見取30%的波動(dòng)）我們可以得到應(yīng)該大于，最大反向電壓應(yīng)該大于。在輸出電流最大為500mA的情況下我們仿真時(shí)選擇具有四個(gè)二極管組成的整流管1B4B42，實(shí)際焊接電路時(shí)我們選用了KBP206整流橋。（3）、濾波電容的選擇當(dāng)濾波電容偏小時(shí)

7、，濾波器輸出電壓脈動(dòng)系數(shù)大；而偏大時(shí)，整流二極管導(dǎo)通角偏小，整流管峰值電流增大。不僅對(duì)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(yán)重，功率因數(shù)低。所以電容的取值應(yīng)當(dāng)有一個(gè)范圍，由前面的計(jì)算我們已經(jīng)得出變壓器的次級(jí)線圈電壓為15V，當(dāng)輸出電流為0.5A時(shí)，我們可以求得電路的負(fù)載為18歐，我們可以根據(jù)濾波電容的計(jì)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則電容的取值范圍為1667-2750uF，保險(xiǎn)起見我們可以取標(biāo)準(zhǔn)值為2200uF額定電壓為25V的電容。濾波電路如上圖 （4）、穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì) 穩(wěn)壓電路組要由四部分構(gòu)

8、成：調(diào)整管，基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路，比較放大電路，采樣電路。當(dāng)采樣電路的輸出端電壓升高（降低）時(shí)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(jìn)行比較放大，運(yùn)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，達(dá)到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(dòng)，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)該達(dá)到=6.5W。我們可以選擇適合這些參數(shù)

9、，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(yuǎn)遠(yuǎn)滿足調(diào)整管的條件。采樣電路由三個(gè)電阻組成，如圖參數(shù)選擇：實(shí)際選用的穩(wěn)壓管為1N4731，理論穩(wěn)壓值為4.224V。選=1K，令U=6V（和9V），根據(jù)公式：可算出R1約等于430歐，R2約等于歐。其中為運(yùn)放正反相輸入端的電阻，為輸出端正極（負(fù)極）與共地端之間的電阻，為穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值保護(hù)電路部分：用一個(gè)自鎖開關(guān)實(shí)現(xiàn)正負(fù)極輸出，自鎖開關(guān)接線如下圖。輸入輸入輸出輸出三、仿真結(jié)果仿真電路圖6V檔：9V檔：紋波：遠(yuǎn)小于5mv四、電路調(diào)試過程與結(jié)果（1）實(shí)物圖片（2）實(shí)測數(shù)據(jù)實(shí)測電壓

10、分別為6.05V和9.09V，在誤差允許的范圍內(nèi)（3）誤差分析原件參數(shù)不準(zhǔn)確，存在誤差。元件清單名稱及標(biāo)號(hào)型號(hào)及大小數(shù)量變壓器220V-15V1個(gè)整流橋KBP2061個(gè)電容2200uF1個(gè)1041個(gè)電阻3K1個(gè)21個(gè)31個(gè)4301個(gè)1k2個(gè)1001個(gè)運(yùn)放LM3241個(gè)穩(wěn)壓管1N47311個(gè)調(diào)整管TIP412個(gè)自鎖開關(guān)1個(gè)單刀雙擲開關(guān)1個(gè)五總結(jié)本課程設(shè)計(jì)運(yùn)用了模擬電路的基本知識(shí)，通過變壓，整流，濾波、穩(wěn)壓等步驟，理論輸出電壓分別為和，實(shí)際輸出電壓為和。該電路設(shè)計(jì)簡單。輸出電壓穩(wěn)定，紋波值小，而且使用的元件較少，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，輸出功率大，調(diào)整管可承受的范圍也很大，。心得體會(huì)：這次模電課程設(shè)計(jì)從國慶之前就已經(jīng)聽說要做了，而且開了動(dòng)員大會(huì)，聽老師解釋了各個(gè)題目，但是那時(shí)完全聽不懂，原來自己上學(xué)期剛學(xué)習(xí)過的內(nèi)容這學(xué)期基本上時(shí)間忘記了，而且當(dāng)時(shí)不知從那里動(dòng)手，所以一拖再拖，國慶過去了，亞運(yùn)停課又忙于各種事，一直到11月底才開始想著怎樣去動(dòng)手。于是開始跑圖書館，開始在網(wǎng)上查資料，開始請(qǐng)教同學(xué)，接著跑去買元件，晚上焊接電路直到二三點(diǎn)，最后還要跑去理學(xué)館調(diào)試，沒有想到和舍友忙活了一個(gè)星期最后是什么波形也沒有出來，第一次我們做的是波形發(fā)生電路，聽說是最難的，但是我們還是做出了實(shí)物，但是調(diào)試了三四次都沒有波形出現(xiàn)，當(dāng)時(shí)就想砸了它，老師也沒有檢查出什么問題，那可是花了我們一個(gè)星期的心血??！最后，