1、串联型直流稳压电源设计报告一、设计任务和要求要求：设计并制作一个串联型直流稳压电源。指标：1、输出电压 6V、9V 两档，正负极性输出；2、输出电流：额定电流为 150mA，最大电流为 500mA；3、在最大输出电流的时候纹波电压峰值Vop-p5mv ；二、原理电路设计（1）方案比较与确定1、方案比较方案一：先对输入电压进行降压，然后用单相桥式二极管对其进行整流，整流后利用电容的充放电效应，用电解电容对其进行滤波，将脉动的直流电压变为更加平滑的直流电压，稳压部分的单元电路由稳压管和三极管组成（如图 1） ，以稳压管 D1 电压作为三极管 Q1 的基准电压，电路引入电压负反馈，当电网电压波动引起
2、 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，所以由可知 将减小（升高）导致基极电流和发射极电流的减小EBEUBE（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。图 1 方案一稳压部分电路方案二：经有中间抽头的变压器输出后，整流部分同方案一一样擦用四个二极管组成的单相桥式整流电路，整流后的脉动直流接滤波电路，滤波电路由两个电容组成，先用一个较大阻值的点解电容对其进行低频滤波，再用一个较低阻值的陶瓷电容对其进行高频滤波，从而使得滤波后的电压更平滑，波动更小。滤波后的电路接
3、接稳压电路，稳压部分的电路如图 2 所示，方案二的稳压部分由调整管，比较放大电路，基准电压电路，采样电路组成。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（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。图 2 方案二稳压部分单元电路对以上两个方案进行比较，可以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 了运放和调整管作为稳压电路，输出电压可调，功率也较高，可以
4、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。2、整体电路框图的确定整体电路的框架如下图所示，先有 22V-15V 的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小小的滤波，最后用一个自锁开关实现正负极输出。整体电路框图变压电路整流电路滤波电路稳压电路比较放大 采样电路基准电压输出滤波电路正极输出端负极输出端共地端3、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正负 9 伏
5、和正负 6 负的双电压电源，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 ，OminIaxCEU为饱和管压降，而 =9V 为输出最大电压， 为最小的输入电压，以饱和管CEUImaxUOminU压降 =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 12V，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0.5A9V=4.5w，所以变压器的功率绝对不能低于 4.5w，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
6、，额定功率 12W，额定电流 1A 的变压器。（2） 、整流电路的设计及整流二极管的选择 由于输出电流最大只要求 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 3 单相桥式整流电路实际选用 KBP206 整流桥二极管的选择：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= = =0.9)(AVo )(sin210td2U其中 2U为变压器次级交流电压的有效值。我们可以求得 =13.5v。)(AVo对于全波整流来说，如果两个次级线圈输出电压有效值为 ，则
7、处于截止2状态的二极管承受的最大反向电压将是 ，即为 34.2v2U考虑电网波动（通常波动为 10%，为保险起见取 30%的波动）我们可以得到应该大于 19.3V，最大反向电压应该大于 48.8V。在输出电流最大为)(AVoU500mA 的情况下我们仿真时选择具有四个二极管组成的整流管 1B4B42，实际焊接电路时我们选用了 KBP206 整流桥。（3） 、滤波电容的选择当滤波电容 偏小时，滤波器输出电压脉动系数大；而 偏大时，整流二1C1C极管导通角 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
8、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 0.5A 时，我们可以求得电路的负载为 18 欧，我们可以根据滤波电容的计算公式：C=(35) 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 1667-2750uF，保险起见我们可以取标准值为 2200uF 额定电压为 25V 的电容。滤波电路如上图 （4） 、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
9、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 500mA，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 500mA，又由于三极管 CE 间的承受的最大管压降应该大于 15-6=9V，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13V，最小功率应该达到 =6.5W。我们可以选择适合这些参）（ min01LU.IP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
10、管压降为 100V，远远满足调整管的条件。采样电路由三个电阻组成，如图参数选择：实际选用的稳压管为 1N4731，理论稳压值为 4.224V。选=1K，令 U=6V（和 9V） ，根据公式： 可算出 R1 约等于 430 欧，DR DU）（ R1R2 约等于 1.1K 欧。其中 为运放正反相输入端的电阻， 为输出端正极（负极）与共地端之间的电阻 ，D为稳压管的稳压值U保护电路部分：用一个自锁开关实现正负极输出，自锁开关接线如下图。输入输入 输出输出三、仿真结果仿真电路图6V 档： 9V 档： 纹波： 远小于 5mv四、电路调试过程与结果（1）实物图片（2）实测数据实测电压分别为 6.05V 和
11、 9.09V，在误差允许的范围内（3）误差分析原件参数不准确，存在误差。元件清单名称及标号 型号及大小 数量变压器 220V-15V 1 个整流桥 KBP206 1 个2200uF 1 个电容104 1 个3K 1 个2 1 个3 1 个430 1 个1k 2 个电阻100 1 个运放 LM324 1 个稳压管 1N4731 1 个调整管 TIP41 2 个自锁开关 1 个单刀双掷开关 1 个五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，理论输出电压分别为 6.041V 和 8.871V，实际输出电压为 6.05V 和9.09V。该电路设计简单。输出电压稳定，纹波
12、值小，而且使用的元件较少，经济实惠，输出功率大，调整管可承受的范围也很大， 。心得体会：这次模电课程设计从国庆之前就已经听说要做了，而且开了动员大会，听老师解释了各个题目，但是那时完全听不懂，原来自己上学期刚学习过的内容这学期基本上时间忘记了，而且当时不知从那里动手，所以一拖再拖，国庆过去了，亚运停课又忙于各种事，一直到 11 月底才开始想着怎样去动手。于是开始跑图书馆，开始在网上查资料，开始请教同学，接着跑去买元件，晚上焊接电路直到二三点，最后还要跑去理学馆调试，没有想到和舍友忙活了一个星期最后是什么波形也没有出来，第一次我们做的是波形发生电路，听说是最难的，但是我们还是做出了实物，但是调试了三四次都没有波形出现，当时就想砸了它，老师也没有检查出什么问题，那可是花了我们一个星期的心血啊！最后，为了完成课程设计，只能放弃，重新选做串联型直流稳压电源，和绝大多数同学那样，因为这个很容易，所以很快就完成了。虽然没有完成之前想做的那个题目，但是从这次课程设计实习中，确实学到许多书本上没有学到的东西，实践永远胜于理论，只有付诸实践，才能真正提高自己的能力，纸上谈兵到最后是没有用的！还有就是学过的知识要及时复习巩固才能更熟练地使用，为自己服务!
