模電課程設(shè)計(jì)串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源

1、課 程 設(shè) 計(jì) 課程名稱 模電課程設(shè)計(jì)題目名稱 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源學(xué)生學(xué)院 物理光電工程專業(yè)班級(jí) 電子科學(xué)與技術(shù)3班學(xué) 號(hào) 3111008474學(xué)生姓名 郭忠迪指導(dǎo)教師 劉力斌2012年10月27日串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源一設(shè)計(jì)任務(wù)與要求要求：設(shè)計(jì)并制作用晶體管和集成運(yùn)算放大器組成的串聯(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；任務(wù)：1、了解帶有放大環(huán)節(jié)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成和工作原理；2、識(shí)圖放大環(huán)節(jié)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的電路圖；3、仿真電路并選取元件；4、安裝調(diào)試帶有放

2、大環(huán)節(jié)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路；5、用儀器儀表對(duì)電路調(diào)試和測(cè)量相關(guān)參數(shù)；6、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告、調(diào)試二原理電路設(shè)計(jì) 1、整理電路框圖的設(shè)計(jì)； 采用變壓器、二極管、集成運(yùn)放，電阻、穩(wěn)壓管、三極管等元器件。220V的交流電經(jīng)變壓器變壓后變成電壓值較小的交流，再經(jīng)橋式整流電路和濾波電路形成直流，穩(wěn)壓部分采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。比例運(yùn)算電路的輸入電壓為穩(wěn)定電壓，且比例系數(shù)可調(diào)，所以其輸出電壓也可以調(diào)節(jié)；同時(shí)，為了擴(kuò)大輸出大電流，集成運(yùn)放輸出端加晶體管，并保持射極輸出形式，就構(gòu)成了具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。如下圖。 2、方案的比較； 方案一：用晶體管和集成運(yùn)放組成的基本串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。如圖 方案二：用晶體管和集成運(yùn)

3、放組成的具有保護(hù)環(huán)節(jié)的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。如圖。 方案三：用晶體管和集成運(yùn)放組成的實(shí)用串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。如圖。 方案的可行性分析：方案一最簡(jiǎn)單，但功能也最少，沒有保護(hù)電路和比較放大電路，因而不夠?qū)嵱?，故拋棄方案一；方案三功能最?qiáng)大，但是由于實(shí)驗(yàn)室條件和經(jīng)濟(jì)成本的限制，我們也拋棄方案三，因?yàn)樗菭奚顺杀緛頁Q取方便。所以從簡(jiǎn)單、合理、可靠、經(jīng)濟(jì)從簡(jiǎn)單而且便于購(gòu)買的前提出發(fā)，我們選擇方案二為我們最終的設(shè)計(jì)方案。 三、單元電路設(shè)計(jì)及元件選擇；交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電。下面就各個(gè)部分的作用和功能來選擇合適的元器件。（1） 電源變壓器直流電源的輸入為220V

4、的電網(wǎng)電壓，一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需要通過電源變壓器降壓后，再對(duì)交流電壓處理。變壓器副邊電壓有效值決定于后面電路的需要。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，穩(wěn)壓電路的輸入電壓一般選取。所以選擇15V10W的變壓器。具體的mulitism仿真用TS_POWER_10_1。（2） 整流電路。 通過整流電路把交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，即將正弦波電壓轉(zhuǎn)換成單一方向的脈動(dòng)電壓。查閱資料知有，有半波整流電路和全波整流電路。全波整流電路和半波整流電路相比，在相同的變壓器的副邊電壓下，對(duì)二極管的要求參數(shù)是一樣的，并且還具有輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)。而且更重要的是我們要求輸出正負(fù)兩檔

5、的電壓的，如果將全波整流電路變壓器的副邊接地，并將兩個(gè)負(fù)載電阻電阻接地。那么負(fù)載上就分別獲得正負(fù)電源了。因此選擇全波整流電路。如圖。 整流電路的主要參數(shù)：主要參數(shù)：輸出電壓平均值：負(fù)載電阻上電壓的平均值輸出電流平均值：負(fù)載電阻上電流的平均值整流輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)S：整流輸出電壓的基波峰值與輸出電壓平均值之比，因而S愈大，脈動(dòng)愈大。二極管的選擇：考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍為±10，整流二極管的極限參數(shù)最高反向工作電壓和最大整流平均電流應(yīng)滿足： 所以選擇Ur>1.1× ×1523V，實(shí)際選擇整流橋來整流，型號(hào)為KBP307,額定電流為3A 電壓為700V. (3)濾

6、波電路整流電路輸出電壓雖然是單一方向的，但是含有較大的交流成分。所以還需要利用濾波電路將脈動(dòng)的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?。為了獲得較好的濾波效果，在實(shí)際電路中電容容量滿足RLC=(35)T/2.由于采用電解電容，考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為±10%,電容的耐壓值應(yīng)大于1.1.實(shí)際采用電路是電容濾波電路。電解電容為2200uf,耐壓值為25V.(4) 穩(wěn)壓電路雖然整流濾波電路能將正弦交流電壓變換成較為平滑的直流電壓，但是但電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，輸出電壓將隨之產(chǎn)生波動(dòng)。故此采用穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路來穩(wěn)定輸出電壓。 穩(wěn)壓原理：若上圖的電網(wǎng)電壓增大，則增大，增大，增大，增大，輸出電壓減少。當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時(shí)

7、，各電量的變化與上述過程的相反?？梢?，當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時(shí)，穩(wěn)壓電路通過限流電阻R上電壓的變化來抵消的變化，從而輸出電壓基本不變。 輸出電壓范圍 而我們要求輸出電壓有6V檔，因此Uz6V，選擇Uz=4.3V，型號(hào)為IN4731,=240是可調(diào)電阻為1000，=910，經(jīng)計(jì)算穩(wěn)壓值為4.81VUz10.10V.符合我們要求輸出的6V,9V檔。 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 調(diào)整管：調(diào)整管是核心元件。調(diào)整管常為大功率管。 基準(zhǔn)電壓：是Uo的參考電壓。 采樣電阻： 對(duì)Uo 的采樣，與基準(zhǔn)電壓共同決定Uo 。 比較放大：將Uo 的采樣電壓與基準(zhǔn)電壓比較后放大，決定電路的穩(wěn)壓性能。 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源中調(diào)整管的選擇：根據(jù)極限

8、參數(shù)ICM、 U（BR）CEO、PCM 選擇調(diào)整管！ 輸出電流不能大于500mA,且輸出電壓調(diào)節(jié)為4.8v到10v,輸入電壓為15v,波動(dòng)范圍為±10%，測(cè)極限參數(shù)應(yīng)為 >=500mA,>。實(shí)際選擇的NPN調(diào)整管是TIP41C,最大集電流-基極直流電壓：最大值120V .最大耗散率65W ,符合要求。選擇的PNP調(diào)整管是TIP42C.參數(shù)跟TIP41C一樣。 限流電阻的選擇:保證穩(wěn)壓管既穩(wěn)壓又不損壞。限流電阻選1.2 電網(wǎng)電壓最低且負(fù)載電流最大時(shí)，穩(wěn)壓管的電流最小。 電網(wǎng)電壓最高且負(fù)載電流最小時(shí)，穩(wěn)壓管的電流最大。 運(yùn)算放大器的選擇：實(shí)際選擇運(yùn)放是LM324N. LM32

9、4內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償 的運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用, 也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。 LM324的封裝形式為塑封14引線雙列直插式。 其特點(diǎn)為： 內(nèi)部頻率補(bǔ)償 直流電壓增益高(約100dB) 單位增益頻帶寬(約1MHz) 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?332V)； 雙電源(±1.5±16V) 低功耗電流，適合于電池供電 低輸入偏流 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 差模輸入電壓范圍寬，等于電

10、源電壓范圍 輸出電壓擺幅大(0至VCC-1.5V) 極限參數(shù)管腳如圖： 自己做了才知道，其實(shí)根本沒有用到LM324N的幾個(gè)引腳的。其實(shí)可以選擇LM324ad的，才8個(gè)引腳，對(duì)排版有很大的好處。 四、元器件清單元件類型元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量變壓器T1雙15V30W1個(gè)集成運(yùn)算放大器U1A、U2ALM324N2個(gè)穩(wěn)壓管D2、D31N4731A4.3V2個(gè)整流橋D1KBP3073A 700V1個(gè)三極管Q1、Q2、Q5、Q6TIP41C、TIP42C中功率各2個(gè)電解電容C1、C22200uF/25V2個(gè)電阻R1、R2、R3、R5、R6、R7、R8、R10、R11、R121.2K, 1,240,910

11、332個(gè)、2個(gè)、2個(gè)、2個(gè),2個(gè)電位器R4、R9、精密電位器1 k2個(gè)排針五、電路總圖，及調(diào)試過程、結(jié)果±6V檔輸出結(jié)果 如下圖±9V檔輸出結(jié)果 如下圖最大輸出電流時(shí)的紋波電壓輸出結(jié)果，仿真數(shù)據(jù)最大的紋波電壓小于5mV最大電流也小于要求的500mA,分別是306.2mA和306.246mA，紋波電壓分別是986.462uV和1.027mV。仿真中電壓可調(diào)范圍4.815VUo10.104V,-4.815VUo10.106V,實(shí)測(cè)的電壓可調(diào)范圍是4.99VUo9.94V?？赡苡捎陔娮璧膮?shù)的分散性出現(xiàn)了誤差。但能正常輸出±6V，±9V當(dāng)，基本是實(shí)現(xiàn)了要求。

12、六、方案的問題與討論 在選擇元器件的時(shí)候，自己因?yàn)橹皼]有認(rèn)真玩過運(yùn)算放大器，竟然買的是11引腳的，但只用了幾個(gè)引腳，完全其他的運(yùn)放來代替，給自己焊板，走線帶來了一點(diǎn)不便。 七、課程設(shè)計(jì)的心得與體會(huì)。通過這次課程設(shè)計(jì)，自己感觸很多，獲益匪淺。在這次課程設(shè)計(jì)中，我明白了課程設(shè)計(jì)的任務(wù)一般是設(shè)計(jì)、組裝并調(diào)試一個(gè)簡(jiǎn)單的電子電路裝置。需要我們綜合運(yùn)用“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程的知識(shí)，通過調(diào)查研究、查閱資料、方案論證與選定；設(shè)計(jì)和選取電路和元器件；組裝和調(diào)試電路，測(cè)試指標(biāo)及分析討論，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 一開始老師布置任務(wù)給我們，但是我們沒有抓緊時(shí)間去做。我首先在網(wǎng)上下載很多電路圖，穩(wěn)壓電源的，波形發(fā)生器的，功放的

13、。咋一看，沒有一個(gè)電路圖是自己能看懂的，然后自己又花了很多的時(shí)間去看模電書，慢慢回憶起老師講過的內(nèi)容，明白了很多原理性的東西。然后就是選擇的問題了，一開始自己是把波形發(fā)生器的內(nèi)容看了幾遍，基本明白要怎么去動(dòng)手了。但是后來又認(rèn)真看了一下穩(wěn)壓電源的，覺得穩(wěn)壓的可能簡(jiǎn)單一點(diǎn)，所以后來就開始準(zhǔn)備去做穩(wěn)壓了。我在網(wǎng)上全力搜索著各種不同的電路圖，什么版本的都有。但怎么也不明白要怎么才能輸出負(fù)的電壓。然后自己去找?guī)熜终劻艘粫?huì)兒，再回來認(rèn)真地看書。自己發(fā)現(xiàn)模電書上其實(shí)也有寫到怎么輸出負(fù)電壓的。這時(shí)才覺得理論與實(shí)踐的結(jié)合是那么重要，要不書上寫的東西你永遠(yuǎn)不知道它的實(shí)際作用。然后自己就用Multism去仿真,但是

14、之前沒有怎么用過仿真軟件，所以又耗費(fèi)了一段時(shí)間去熟悉各種基本操作。然后自己耐心地用multism仿真，一開始只能輸出正電壓，后來跟同學(xué)討論才知道有一個(gè)引腳接錯(cuò)正負(fù)極了，以后要告誡自己要學(xué)會(huì)檢查，做好細(xì)節(jié)。仿真成功后，自己就著手準(zhǔn)備買元器件了。跟已經(jīng)做好的同學(xué)聊了一下，他們都是去小賽格買的。但自己最終還是在淘寶上買了元器件。經(jīng)過兩周的電工電子實(shí)訓(xùn)后，自己的動(dòng)手能力明顯有加強(qiáng)。買了元器件，就認(rèn)真排版，花了一個(gè)晚上的功夫才把電路焊好，然后自己去測(cè)試功能，當(dāng)萬用表能顯示出要求輸出的電壓值時(shí)，我覺得自己的付出都是值得的。在這次課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)會(huì)了怎樣去根據(jù)課題的要求去設(shè)計(jì)電路和調(diào)試電路。動(dòng)手能力得到很大的提高。從中我發(fā)現(xiàn)自己并不能很好的熟練去使用我所學(xué)到的模電知識(shí)。在以后學(xué)習(xí)中我要加強(qiáng)對(duì)使用電路的設(shè)計(jì)和選用能力。但由于電路比較簡(jiǎn)單、定型，不是真實(shí)的生產(chǎn)、科研任務(wù)，所以我們基本上能有章可循，完成起來并不困難。把過去熟悉的定型分析、定量計(jì)算逐步和工程估算、實(shí)驗(yàn)調(diào)整等手段結(jié)合起來，掌握工程設(shè)計(jì)的步驟和方