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串联直流稳压电源的设计学生姓名：李帅学号：08050445X24学院：中北大学信息商务学院专业：电气工程及其自动化指导老师：付巍2011年1月5日目录1引言1课程设计目的了解设计性实验的基本要求和步骤，进一步掌握模拟电子技术中线性直流稳压电源方面的知识，提升动手能力和实践能力，加深对模拟电路设计方面的兴趣。使理论与实践得到充分的结合。2课程设计要求2.1本题目由学号为13～24的学生完成。2.2设计一个串联直流稳压电源。要求输入交流电压：U=220V，f=50Hz，输出直流电压：U=5V，输出直流电流：I＜1A。小功率直流电源一般由交流电源、变压器、整流、滤波和稳压电路几个部分组成。2.3所设计的电路在Multisim仿真软件中，进行测试。3课程设计内容3.1使用的元器件变压器，二极管，电容，集成运算放大器，电阻，可变电阻，稳压管，调整管。3.2设计过程3.21变压器的设计本次课程设计的要求是输出正负5伏和正负5伏的双电压电源，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OminImaxCEUUU，CEU为饱和管压降，而ImaxU=5V为输出最大电压，OminU为最小的输入电压，以饱和管压降CEU=3伏计算，为了使调整管工作在放大区，输入电压最小不能小于8V，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0.5A×5V=2.5w，所以变压器的功率绝对不能低于2.5w，并且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图1单相桥式整流电路相对大些的变压器。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12W，额定电流1A的变压器。3.22整流电路的设计及整流二极管的选择由于输出电流I1A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1所示。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)(AVoU：)(AVoU=)(sin2102tdtU=222U=0.92U其中2U为变压器次级交流电压的有效值。我们可以求得)(AVoU=9v。对于全波整流来说，如果两个次级线圈输出电压有效值为2U，则处于截止状态的二极管承受的最大反向电压将是222U，即为25.5v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)(AVoU应该大于11.7V，最大反向电压应该大于33.15V。在输出电流I1A的情况下选择额定电流为1A，反向耐压为1000V的二极管IN4007.3.23滤波电容器的选择当滤波电容1C偏小时，滤波器输出电压脉动系数大；而1C偏大时，整流二极管导通角θ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10V，当输出电流为0.5A时，我们可以求得电路的负载为8欧，我们可以根据滤波电容的计算公式：C=(3～5)LRT2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375-625uF，保险起见我们可以取标准值为500uF额定电压为8V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104的陶瓷电容来作为高频滤波电容。滤波电路如上图。3.34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5V，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8V，最小功率应该达到）（min01LUU1.1IP=0.5W。我们可以选择适合这些参数，并且在市场上容易买到的中功率三极管TIP41，它的最大功率为60W,最大电流超过6A，所能承受的最大管压降为100V，远远满足调整管的条件。负极的调整管则选择与之相对应的的中功率三极管TIP42。基准电路由5.1V的稳压管和4.7V的保护电阻组成。由于输出电压要求为6伏和9伏，如果采样电路取固定值则容易造成误差，所以采样电阻最好应该做成可调的，固采样电路由两个电阻和一个可调电阻组成，根据公式：DUDmaxRRU求出。其中DR为运放正反相输入端的电阻，R为输出端正极（负极）与共地端之间的电阻，DU为稳压管的稳压值。固可以取330、和1.5k的固定电阻置于1k的滑阻两旁避免当滑DR为0.所以根据此公式可求的电路的输出电压为3.895-6.252V。可以输出5V和5V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uA741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。正稳压电路的正极和负极分别如下图为了使输出电压更稳定，输出纹波更小，需奥对输出端进行再次滤波，可在输出端接一个10uf的点解电容和一个103的陶瓷电容，这样电源不容易受到负载的干扰。使得电源的性质更好，电压更稳定，3.35画出系统的电路总图3.3流程图3.4设计过程中遇到的困难和解决方法遇到的困难：设计过程中容易缺失器件和步骤导致结果发生错误，并且在器变压电路全波整流正极滤波电路负极滤波电路稳压电路比较放大采样电路基准电压稳压电路基准电压比较放大采样电路输出滤波电路输出滤波电路正极输出端负极输出端共地端件数据的选择上经常出现误差，存在计算错误。解决方法：设计过程应谨慎严密，充分考虑元器件的使用方法和阈量，注意选取元件公式的计算。3.5电路仿真过程与遇到的困难和解决方法3.6在Multisim仿真软件中的电路图和结果4心得体会5参考文献[1]康华光编《电子技术基础模拟部分》,北京高等教育出版社,2001年1月版[2]张宪编《电子电路制作指导》，北京化学工业出版社，2005年8月版[3]张友汉编《电子技术基础教学参考书》,北京高等教育出版社,2005年6月版[4]杨刚编《模拟电子技术基础实验》,北京电子工业出版社,2003年11月版[5]电子技术基础模拟部分（第5版）华中科大康光华主编[6]电子技术基础实验指导书（第1版）新疆大学电气工程学院编