串联型稳压电路课程设计

摘要电子设备都离不开直流电源。许多电子设备要由电力网上的交流电所变换的直流电来供电。根据电子设备的不同，对电流的要求也不一样。比如说，有的电子设备消耗功率大些，就要求直流电源提供较大的功率；有的电子设备的工作性能对电压波动很敏感，就要求电源的输出电压要稳定、纹波系数要小；也有的要求直流电源输出的电压可调。任何一种电路都需要电源，它是电子电路工作的“能源”和“动力”。不同的电路对电源的要求是不同的。在很多电子设备和电路中需要一种当电网电压波动或负载发生变化时，输出电压仍能基本保持不变的电源。电子设备中的电源一般由交流电网提供，再经变压、整流、滤波、和稳压四个主要部分构成。本设计的主要内容是围绕着如何使串联可调直流稳压电源输出直流电压稳定、脉动成分减小而展开的。首先介绍了全波整流电路的工作原理，接着介绍了电容滤波电路的性能特点，然后引入了具有放大环节和辅助电源的串联可调式稳压电源，并在电路中采用了提高稳定度，提高温度稳定性及限流型过流保护电路的具体措施，以确保电路安全稳定的工作。关键词：电源、稳压、整流、滤波、保护1目录一、方案比较………………………………………………………………2二、串联型稳压电源组成……………………………………………………32.1程序框图……………………………………………………………3三、电路的工作原理…………………………………………………………3四、电路参数计算及元器件选择……………………………………………44.1电源变压器…………………………………………………………44.2整流电路…………………………….………………………….…44.3保护电路……………………………………………………………54.4主要参数……………………………………………………………54.5二极管的选择………………………………………………………54.6滤波电路……………………………………………………………64.7稳压电路……………………………………………………………6五、系统的电路图……………………………………………………………85.1电路原理图…………………………………………………………85.2电路PCB图…………………………………………………………95.3电路装配图…………………………………………………………105.4原件清单……………………………………………………………105.5数据记录……………………………………………………………11六、电路调试…………………………………………………………………116.1输入电压波形………………………………………………………116.2输出电压波形………………………………………………………12七、总结与体会………………………………………………………………12八、参考文献2一、方案比较方案一：用晶体管和集成运放组成的基本串联型直流稳压电源方案二：用晶体管和集成运放组成的具有保护环节的串联型直流稳压电源方案三：用晶体管和集成运放组成的实用串联型直流稳压电压3可行性分析：上面三种方案中，方案一最简单，但功能也最少，没有保护电路和比较放大电路，因而不够实用，故抛弃方案一。方案三功能最强大，但是由于实验室条件和经济成本的限制，我们也抛弃方案三，因为它牺牲了成本来换取方便。所以从简单、合理、可靠、经济从简单而且便于购买的前提出发，我们选择方案二未我们最终的设计方案。二、串联型稳压电源组成三、电路的工作原理220V交流电经双18V的低压交流电，VD1，VD2和C1构成整流滤波电路，产生20V的直流电压，VT4，VD3，VD4和R2为恒流源负载，VT5和R0为过流保护电路，VT1和VT2为电压调整电器，VT3，VD5，R3，RP1，R5和R4构成输出电压取样比较电路，RP1调整输出电压大小。（1）稳压过程。当输出电压U0因某种原因下降时，VT3的基极电压UB也下降，VD5两端的电压恒定，因此VT3和UBE电压随之下降，VT3的工作点往截止区靠近，就造成VT3的集电极电压UC上升，即VT2的基极电压上升，从而使调整管VT1的UCE电压下降，使输出电压上升，若输出电压U0因某种原因上升时，其过程恰好相反。这样输出电压因某种原因变化时，VT1和VT2构成的电压调整器就能够调整输出电压，使其保持恒定。（2）输出电压调整过程。VD5用于调整输出电压大小。当RP1滑动端向上滑时，VT3的基极电压UB就上升，VD5两端的电压恒定，因此VT3的UBE电压随之上升，集电极电压UC就下降，即VT2的基极电压下降，从而使调整管VT1和UCE电压上升，使输出电压变小。若当RP1滑动端向下滑时，输出电压则会变大。4（3）过流保护过程。VT5和R0为过流保护电路，R0阻值较小（大约为1Ω）。当输出电流I0较小时，在R0上产生的电压较小，不足以使调整管VT1和UCE电压增大，使输出电压下降，起到保护作用。四、电路参数计算及元器件选择交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电，其方框图及各电路的输出波形如图所示，下面就个部分的作用加以介绍。4.1电源变压器直流电的输入为220V的电网电压，一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，再对电流电压处理。变压器副边电压有效值决定后面电路的需要。根据经验，稳压电路的输入电压一般选取Ui=(2~3)Uo。所以选择15V30W的变压器。4.2整流电路为了将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，还需要通过整流电路。查阅资料可知单相整流电路有半波整流电路、单相桥式整流电路（全波整流电路）。单相桥式整流电路和半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求一样，并且还具有输出电压高，变压器利用率高、脉动系数小等优点。所以在电路中采用单相桥式整流电路，如图所示：54.3保护电路在集成稳压器电路内部含有各种保护电路，使集成稳压器在出现不正常情况时不至于损坏。因为串联型稳压电路的调整管是其核心器件，它流过的电路近似等于负载电流，且电网电压波动或输出电压调节时管压降将产生相应的变化，所以这些保护电路都与调整管紧密相关。过流保护电路能够在稳压管输出电流超过额定值时，限制调整管发射极电流在某一数值或使之迅速减少，从而保护调整管不会因电流过大而烧坏。4.4主要参数：输出电压平均值Uo（av）：负载电阻上电压的平均值输出电流平均值IAVL)(：负载电阻上电路的平均值IAVL)(=RULAVO)(≈RUL29.0整流输出电压的脉动系数S：整流输出电压的基波峰值UOLM与输出电压平均值UAVO)(之比，因而S越大，脉动越大。4.5二极管的选择：考虑到电网电压波动范围为±10%，整流二极管的极限参数最高反向工作电压2202O(AV)9.022)(tdsin21UUtUU6和最大整流平均电流应满足：UR1.12U2和IF1.1·RUL245.0IF1.1×10001545.0≈0.007A所以选择UR1.123152V4.6滤波电路整流后的输出电压虽然是单一方向的，但是含有较大的交流成分，会影响电路的正常工作。一般在整流后，还需要利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。所以需通过低通滤波电路，使输出电压平滑。理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使输出电压仅为直流电压。在实际电路中，应选择滤波电容的容量满足RLC=(3~5)T/2的条件，为了获得更好的滤波效果，电容容量应选得更大些。查阅资料可知滤波电路有电容滤波、电感滤波电路和复式滤波电路三种，其中复式滤波电路的效果最好，所以在电路中采用RC∏型的复式滤波电路，如图所示：C越大，R越大，T放电将越大，曲线越平滑，脉动越小。所以C选择2.2mF。4.7稳压电路交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，但是当电网电压波动或负载变化时，其平均值也随之变化。稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定7性。由于经济成本、元件购买及仿真软件的限制，稳压电路只采取一个具有放大环节的基本串联型稳压电路加一个载流型过流保护电路。a稳压原理：若由于某种原因使UO增大，则UO↑→UN↑→UB↑→UO↓b输出电压的调节范围：RRRRR32321·UZ≤U0RRRRR32321·UZ故UZ≤6V,取UZ=5.6VR1402Ω,R21000KΩ(100Ω),R3820Ωc串联型稳压电路的基本组成部分及其作用：调节管：是电路的核心，UFE随UI和负载产生变化以稳定Uo。基准电压：是Uo的参考电压。采样电阻：对Uo的采样，与基准电压共同决定Uo。比较放大：将Uo的采样电压与基准电压比较后放大，决定电路的稳压性能。d串联型稳压电源中调整管的选择：要想使调整管起到调整作用，必须使之工作在放大状态，因此其管压降应大于饱和管压降UCES；调整管极限参数的确定，必须考虑到输出电压U1由于电网电压波动而产生的变化，以及输出输出电压的调节和负载电流的变化所产的影响。根据极限参数ICM、U（BR）CEO、PCM选择调整管：IEmax=IR1ILmax≈ILmaxICMUCEmax=UaxIm-UOminUCEOBR)(PTmax=IEmaxUCEmaxPCM8e限流电阻的选择：保证稳压管既稳压又不损坏。IDZminIZIDZmaxIZM电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。IDZmin=RUUZinImILmaxIZRIIUULZZinmaxIm电网电压最低且负载电流最小时，稳压管的电流最大。IDZmin=RUUZinImILminIZMRIIUILZMZaxminIm五、系统的电路图5.1电路原理图9VT5VT4C1R1RP1VD1VD5TVD2VD3VD4R2R0VT2VT1C2VT3R3R5R4C35.2电路PCB图总的电路图及其仿真结果总电路图：212121121212121212321543212121212121321123321123321105.3电路装配图212121121212121212321543212121212121321123321123321115.4元件清单实际电路连接和数据测量元件清单名称及标号型号及大小数量变压器220V-21V1个二极管IN40071个电阻3301个2k1个1.5k2个可变电阻6701个运放OPAMP_3T_VIRTUAL1个稳压管BZV55-C7V51个电容500uf1个桥式整流管1B4B421个复合二极管BCX38B1个电路的连接：1、按电路图在面包板上连出实际电路，测出电源通过变压器的电压U1。2、测出有电容滤波电路的输出电压Uc1，和无电容滤波的输出电压Uc2。3、滑动滑动变阻器的触头至两端，分别测得电路输出电压Uo1和Uo2，5.5数据记录：项目U1Uc1Uc2Uo1Uo2数据20.8925.3019.028.6215.3312六、电路调试仿真结果：6.1输入电压波形：6.2输出电压波13七、课程设计总结与体会通过这次模拟电路串联直流稳压电源的课程设计，使我基本掌握了电路设计软件Multism的使用方法，而且初步掌握了电子电路的设计方法，在以后还需要多加练习，熟练掌握；这次课程设计还使我巩固和加深了在模拟电子技术课程中所学的理论知识。对电源变压电路，整流电路，滤波电路，稳压电路等的认识更加深刻，提高了分析问题，解决问题的能力。此外在设计过程中采用模块化的设计顺序可以优化设计流程，使之更符合逻辑性。要注意的是在每个环节必须认真进行，如果某模块电路没有设计好，或者存在错误，则总的电路必然会受到影响，所以在设计过程中我们要保持认真严谨的态度。这次课程设计是一次理论联系实际的过程，在这次课程设计中遇到了许多实际问题，在理论上正确的结果可能会在试验中出现各种意料之外的结果，这就要我们在设计过程中从实际出发，尽可能多地考虑各种因素对实验的影响。另外，在遇到问题时要学会用理论联系实际的方法分析问题，解决问题。回想这次课程设计