模擬電子技術(shù)設(shè)計課程

1、連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源第六組：唐江平 黃斌 鄧小準(zhǔn) 毛麗君 楊敏 鄧曉娟一設(shè)計任務(wù)一設(shè)計任務(wù)v1設(shè)計制作一個學(xué)生實驗用的“連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源”v2主要技術(shù)指標(biāo)與要求：v（1）輸入電壓在220v10%時，輸出電壓從512v可調(diào)(且盡量向低端擴(kuò)展)，輸出電流大于0.5a；v（2）輸出紋波電壓小于5mv，穩(wěn)壓系數(shù)小于510-2，輸出內(nèi)阻小于0.2歐；v（3）主要調(diào)整元件由晶體管構(gòu)成；v3發(fā)揮部分：v（1）具有過流保護(hù)、過壓保護(hù)功能：輸出電流超過0.7a時電路自動過流保護(hù)，輸入交流電壓超過250v時電路自動過壓保護(hù)；v（2）噪聲盡可能低(注：由電路類型分析確定)。二整體思路二整體思

2、路v（1）電網(wǎng)供電電壓交流220v(有效值)50hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。v（2）降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動大）。v（3）脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。v（4）濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給電壓表。交流交流電壓電壓脈動脈動直流電壓直流電壓整流整流濾波濾波有波紋的有波紋的直流電壓直流電壓穩(wěn)壓穩(wěn)壓直流直流電壓電壓三模塊構(gòu)成三模塊構(gòu)成變壓整流濾波穩(wěn)壓 過流、過壓保護(hù)輸出四模塊分析四模塊分析

3、1.單相半波整流電路單相半波整流電路二極管導(dǎo)通，忽略二二極管導(dǎo)通，忽略二極管正向壓降，極管正向壓降， uo=u2u1u2atbdrluo二極管截止二極管截止, uo=0+io+u2 0 時時:u20 時時d1,d4導(dǎo)通導(dǎo)通d2,d3截止截止電流通路電流通路:a d1rld4bu20 時時d2,d3導(dǎo)通導(dǎo)通d1,d4截止截止電流通路電流通路:b d2rld4a單相橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形單相橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形u2d3d2d1d4rluoab整流輸出電壓平均值：整流輸出電壓平均值： uo=0.9u2負(fù)載電流平均值負(fù)載電流平均值:io= uo /rl =0.9 u2

4、 / rl 二極管平均電流：二極管平均電流：id=io/2二極管最大反向電壓：二極管最大反向電壓：drm22uu=u2twtwud2,ud3ud1,ud4twuov在單相半波整流、單相全波整流、單相橋式在單相半波整流、單相全波整流、單相橋式整流中，最終選定為單項橋式整流。主要是整流中，最終選定為單項橋式整流。主要是因為其輸出電壓高、紋波電壓較小、管子鎖因為其輸出電壓高、紋波電壓較小、管子鎖承受的最大反向電壓較低，同時因電源變壓承受的最大反向電壓較低，同時因電源變壓器在正、負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源器在正、負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。變壓器得到了充分的利用

5、，效率較高。另外其由四只二極管組成，其構(gòu)成原則就是保證在變壓器副邊電壓u的整個周期內(nèi)，負(fù)載上的電壓和電流始終不變。濾波電路濾波電路經(jīng)過整流后的直流電幅值變化很大，會影響電路的工作性能?？衫秒娙莸摹巴ń涣?，隔直流”的特性，在電路中并入兩個電容作為電容濾波器，濾去其中的交流成分。電容濾波電路是最常見也是最簡單的濾波電路，在整流電路的輸出端(即負(fù)載電阻兩端)并聯(lián)一個電容即構(gòu)成電容濾波電路。濾波電容容量較大，因此一般均采用電解電容，在接線時要注意電解電容的正負(fù)極。電容濾波電路利用電容的充、放電作用，使輸出電壓趨于平滑。如果將兩個濾波電容相連接，且連接點接地，就可同時得到輸出電壓平滑的正負(fù)電源。在理想

6、情況下，變壓器副邊無損耗，二極管導(dǎo)通電壓為零，所以電容兩端電壓相等。而當(dāng)其上升到峰值后開始下降，電容便通過負(fù)載電阻放電，其電壓也開始下降，趨勢與電容兩端電壓基本相同。 rc p p型型濾波器濾波器改善濾波特性的方法：改善濾波特性的方法：采取多級濾波采取多級濾波uoru2u1c1c2uo1 rlrc p p 型型濾波器濾波器將將rc p p 型型濾波器中的電阻換為電感，濾波器中的電阻換為電感，變?yōu)樽優(yōu)閘c p p 型型濾波器濾波器 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路v并聯(lián)穩(wěn)壓電源的優(yōu)缺點并聯(lián)穩(wěn)壓電源的優(yōu)缺點v并聯(lián)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點： v有過載自保護(hù)性能，輸出斷路時調(diào)整管不會損壞。 v在負(fù)載變化小時，穩(wěn)壓性能比較好。

7、v對瞬時變化的適應(yīng)性較好。 v并聯(lián)穩(wěn)壓電路的缺點： v效率較低，特別是輕負(fù)載時，電能幾乎全部消耗在限流電阻和調(diào)整管上。 v輸出電壓調(diào)節(jié)范圍很小。 v穩(wěn)定度不易做得很高。 v其實并聯(lián)穩(wěn)壓電源的這些優(yōu)點對于串聯(lián)穩(wěn)壓電源而言，都可以通過采用一些特殊的電路實現(xiàn)。但是并聯(lián)穩(wěn)壓電源的這些固有的缺點卻很難改進(jìn)，所以現(xiàn)在普遍使用的都是串聯(lián)穩(wěn)壓電源。 串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電源：串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電源：由于簡易串聯(lián)穩(wěn)壓電源輸出電壓受穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值得限制無法調(diào)節(jié)，當(dāng)需要改變輸出電壓時必須更換穩(wěn)壓管，造成電路的靈活性較差；同時由輸出電壓直接控制調(diào)整管的工作，造成電路的穩(wěn)壓效果也不夠理想。所以必須對簡易穩(wěn)壓電源進(jìn)行改進(jìn)，增加一級放

8、大電路，專門負(fù)責(zé)將輸出電壓的變化量放大后控制調(diào)整管的工作。由于整個控制過程是一個負(fù)反饋過程，所以這樣的穩(wěn)壓電源叫串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電源串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電源。五電路初選五電路初選六參數(shù)計算六參數(shù)計算v變壓器部分變壓器部分：令變壓器次級電壓為u1,整流濾波后電壓為u2，u2=1.2u1。整流濾波電壓波動大約u=2v，使調(diào)整管工作在放大區(qū)最小電壓（ut）ce=3v，最大輸出電壓umax=12v。則：u1=(u+ （ut）ce+umax)/1.2=14v電網(wǎng)電壓下降-10%時，為保證后面電路正常工作的額定電壓（u1）o=u1/0.9=15.5v電網(wǎng)電壓上升+10%時，變壓器功率最大，設(shè)此時最大輸出電流是io

9、m=0.5a，此時變壓器次級電壓u1=（u1）o*1.1=17v，最大功率p=1.2u1*iom=20.4*0.5=10.2w所以選擇輸出為u=18v，額定功率為25w的變壓器整流部分整流部分: 主要計算整流管最大電流idmax和耐壓值vdcmidmax=0.5iom=0.25avdcm=2*u*1.1=27.7v查手冊選定額定電流為1a，反向峰值電壓50v的in4001v濾波部分：濾波部分：主要計算濾波電容c1和耐壓值vc1c=(io*t)/ ui 已知uo=5mv，sv=50v對于t2:（bvt2）ceo= （btt1）ceo=27.72v 取bt1=40倍（it2）cm= （it1）cm

10、/b=0.5/40=12.5ma （pt2）cm=27.72*0.0125=0.3465w所以t2選9014，此管參數(shù)pcm=0.45w，icm=100ma，bvceo=45v取b=80倍t2所需的基極驅(qū)動電流（it2）= （it2）cm/80=0.156mav穩(wěn)壓部分穩(wěn)壓部分：穩(wěn)壓管選3v的2cw51,此管最大工作電流71ma，最大功耗250mw，工作電流id=it3+ir2由于it3工作中變化，為保證穩(wěn)定性ir2it3,取id=10mar2=（1.2u-ud）/id=（21.6-3）/10=1.86k當(dāng)輸出電壓uo最高時，id=（1.2u*1.1-ud）/r2=13ma所以電壓的變化對電路

11、影響不大 放大部分放大部分:主要計算ir1=(it3)c+(it2)b因為t3工作在放大區(qū)，(it3)c不能太大，而（it2）b很小所以取ir1=2mar1=(1.2u-uomin-1.4-0.5*r6)/2ma=5.6kt3選9014v取樣部分取樣部分:為避免t3基極電流對取樣分壓比產(chǎn)生影響，則it3bir3,又保證穩(wěn)壓電源空載時能工作在放大區(qū)，it1最小工作電流為1ma，取ir3=2mar3+r4+r5=uomin/ir3=2k當(dāng)輸出uo=4v時：ud+(ut3)be=(r4+r5)/(r3+r4+r5)*vo當(dāng)uo=12v時： ud+(ut3)be=r5/(r3+r4+r5)*vo 解得

12、r3=150,r4=1.25k,r5=0.6k 類型 序號 型號 數(shù)量穩(wěn)壓二極管 d1 d2,d3 2cw51 in4736 1 2整流二極管d4d7 in4001 4 三極管 t1 t2,t3 3dd155a 9014 1 2 電容 c1 c2 c3 3000uf 0.01uf 470uf 1 1 1七仿真圖像七仿真圖像保護(hù)電路保護(hù)電路過流保護(hù)：過流保護(hù)：當(dāng)電流達(dá)到0.7a時，通過電阻r6的電壓達(dá)到穩(wěn)壓管和led的壓降，使其導(dǎo)通產(chǎn)生分流作用，此時led亮，從而達(dá)到保護(hù)放大管t1,t2的作用。v過壓保護(hù)：當(dāng)電壓過高時，v通過電阻r7,r8分壓使穩(wěn)壓管v和t4分路導(dǎo)通，v從而實現(xiàn)分壓當(dāng)可調(diào)電阻調(diào)到最大值時，電壓最?。寒?dāng)可調(diào)電阻調(diào)到最大值時，電壓最?。寒?dāng)可調(diào)電阻調(diào)到最小值時，電壓最大：當(dāng)可調(diào)電阻調(diào)到最小值時，電壓最大：關(guān)于輸出向低端發(fā)展的思考關(guān)于輸出向低端發(fā)展的思考：環(huán)境溫度變化時穩(wěn)壓管的擊穿特性還會產(chǎn)生漂移。6v以下的穩(wěn)壓管具有負(fù)溫度系數(shù)、溫升度高時穩(wěn)壓值減小。擊穿電壓越低則負(fù)溫度系數(shù)越大，6v以上為正溫度系數(shù)、溫度升高時穩(wěn)壓值增大，擊穿電壓越高的溫度系數(shù)越大，例如30v穩(wěn)壓管的溫度系數(shù)約為33mv/；而6v左右穩(wěn)壓管的溫度系數(shù)最小、且在正負(fù)之間變化