穩(wěn)壓電源1教材

一：前言1、（1）名稱：±15V及5V穩(wěn)壓輸出電源1、（2）背景：穩(wěn)壓電源是各種電子電路的動力源，是電路的心臟，每一個用電設(shè)備，如電子儀器儀表，家用電器等，都對供電電壓有一定的要求，比如說電視機吧，有的要求220伏的電網(wǎng)供電電壓變化不能超過10%，如果查出這個范圍，電視機就不能正常收看，對于精密儀表，對供電電壓保持穩(wěn)定不變的要求就更加嚴格，為了解決設(shè)備的穩(wěn)壓供電，從而產(chǎn)生了各種穩(wěn)壓電源，當然了，所謂的穩(wěn)定，是說電壓或電流的變化小到可以允許的程度，并不是絕對不變的。常見的穩(wěn)壓電路有穩(wěn)壓二極管并聯(lián)穩(wěn)壓、串聯(lián)調(diào)整型穩(wěn)壓、三端集成穩(wěn)壓和開關(guān)型穩(wěn)壓電源等類型對于試驗必須予以高度重視，通過實驗不經(jīng)可以驗證理論，加深對理論知識的理解，更重要的是，可以學會電子測量技術(shù)，使理論緊密結(jié)合實踐。二，原理：在電子電路中都需要電壓穩(wěn)定的直流穩(wěn)壓電源，小功率的穩(wěn)壓電源一般有電源變壓器，整流，濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成，本電路也不例外1、電源變壓器，由于本電路為雙電源，故采用了雙變壓器，主要作用是將是將交流電網(wǎng)中220Ｖ的電壓變換成需要的交流電壓的器件。它是利用電磁感應(yīng)原理造成的變換交流電壓、電流、相數(shù)的裝置，它包括初級線圈和次級線圈、鐵心三部分。變壓器能夠根據(jù)需要通過改變次級線圈的匝數(shù)而改變次級電壓。線圈匝數(shù)與電壓的對應(yīng)關(guān)系為，但是變壓器不能改變允許負載消耗的功率。另外，變壓器還可以起到將直流電源與電網(wǎng)隔離的作用。2、整流電路，把交流電變成脈動直流電的過程，叫“整流”。常用的整流電路有單向半波，單向全波，單項橋時，倍壓整流及多項整流電路等幾種。本電路采用的整流電路為單向橋式整流，電路如圖1所示圖（1）它的臂由四支二極管組成。當變壓器1端為正，2端為負時，二極管VD2和VD4承受正向電壓而導通，VD1，VD3承受反向電壓而截至，此時變壓器1端通過VD4流經(jīng)RL，再經(jīng)過VD2返回至2端。當1端為負，2端為正時，二極管VD1，VD3導通，VD2，VD4截至，電流則有２端通過VD3流經(jīng)ＲＬ，再經(jīng)過VD1返回至１端。與全波整流一樣，在每個半周都有電流流過負載，而且始終是同一個方向，單項橋時整流與全波電路相比，雖然二極管的數(shù)量增加了一倍，但電路中的反向電壓被串聯(lián)的兩只二極管所承受，每支二極管只承受二分之一，而且通過的電流也小，此外，由于變壓器繞組的電流與初級一樣，也是正弦波，而且繞組匝數(shù)可減少一半，從而大大提高了變壓器的利用系數(shù)。３、濾波，由于電抗元件在電路中有儲能作用，并聯(lián)電容C在電源供給電壓升高時，能把能量儲存起來，而當電源電壓降低時，就把電場能量釋放出來，使負載電壓比較平滑，即電容有平波作用。因此，選用電容濾波電路用于濾去整流輸出電壓的紋波，且電容濾波多用于小功率整流電源中。本電路采用的濾波方式為電容濾波，用到了電解電容，值得注意的是電解電容它的構(gòu)造相當簡單，但其耐壓值必須超過脈動電壓峰值，因此要選擇變壓器次級電壓U2的倍以上，另外還要考慮輸入電壓的變化范圍，必選最高輸入電壓計算。利用電容是因為當電壓升高時儲存能量，當電壓降低是釋放能量，使負載電壓比較平緩

4、穩(wěn)壓電路：經(jīng)過整流濾波后的電壓接近于直流電壓，但是其電壓值的穩(wěn)定性很差，它受溫度、負載、電網(wǎng)電壓波動等因素的影響很大，因此，穩(wěn)壓電路的作用就是對輸出電壓進行穩(wěn)壓，從而保證輸出直流電壓的基本穩(wěn)定。本電路穩(wěn)壓電路采用了四部分構(gòu)成：調(diào)整管，基準穩(wěn)壓電路，比較放大電路，采樣電路。（1）、基準電壓穩(wěn)壓管恒流供電：穩(wěn)壓管的主要特點是流過它的電流在很大范圍內(nèi)變化時，穩(wěn)壓管兩端電壓變化很小，如果能使穩(wěn)壓管的工作電流保持不變，穩(wěn)壓管兩端的電壓會更加穩(wěn)定，本電路采用了電壓源穩(wěn)壓管恒流供電，提高了穩(wěn)壓電路的穩(wěn)定特性和溫度特性，同時，該穩(wěn)壓管還起到了輔助電壓源的作用，當電壓發(fā)生突變時，穩(wěn)壓管電壓不變，減小輸入電壓變動帶來的影響，提高了電源的穩(wěn)定性（2）、比較放大電路：電路運用查分放大電路，其結(jié)構(gòu)是對稱的，兩只放大管的特性及相應(yīng)元件都基本相同，因此，無論是溫度的變化還是電源電壓的波動，對兩管產(chǎn)生的影響是一致的，而△ＵＯ為UO1與UO2之差，所以該影響在△ＵＯ中被相互抵消，即使UO1，UO2都發(fā)生變化，但△ＵＯ仍可維持零。如果由于輸入電壓變動或負載變化致使輸出電壓增加時，通過取樣電路使VT2基極對地的電壓增加，而VT1的基極接穩(wěn)壓管，他的基極對地的電壓固定不變那么差分放大器VT2中的集電極電流將于取樣電壓和基準電壓之差成比例的增大，使R3的電壓增大，結(jié)果使調(diào)整管的集電極電流減小，管壓降UCE1加大，抵消了輸出電壓的增大，使UO基本保持不變。（3）、取樣電路：為了擴大穩(wěn)壓電源的適用范圍，常常要求穩(wěn)壓電源的輸出電壓能夠在很寬范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，改變?nèi)酉禂?shù)，即改變?nèi)与娮璧谋戎?，可以調(diào)節(jié)電源的的輸出電壓，在實際應(yīng)用中采用滑動變阻器來改變?nèi)酉禂?shù)。（4）、復合調(diào)整管：在帶有放大器的串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路中，負載電流要流過調(diào)整管，輸出大電流的電源必須使用大功率的調(diào)整管，這就要求有足夠大的電流供給調(diào)整管的基極，而比較放大電路供不出所需要的大電流，另一方面，調(diào)整管需要有較高的電流放大倍數(shù)，才能有效地提高穩(wěn)壓性能，但是大功率管一般電流放大倍數(shù)都不高。解決這些矛盾的辦法，是在原有的調(diào)整管基礎(chǔ)上用幾個大功率三極管，組成復合管。調(diào)整管與放大管電流分配情況是放大管一般在小電流的狀態(tài)下工作，具體點說，IC=1MA量級，這樣VT3的集電極電阻才可以取較大的數(shù)值，以提高放大倍數(shù)，而穩(wěn)壓電路的輸出電流就是調(diào)整管的集電極電流，最大只能達到幾百毫安，因此，大電流穩(wěn)壓電源必須采用復合調(diào)整管或并聯(lián)調(diào)整管。本電路采用了復合調(diào)整管。5、比較放大器采用恒流負載：在串聯(lián)反饋晶體管穩(wěn)壓電路中，比較放大器的增益越大越好，為了提高放大器的增益，R3的值應(yīng)盡可能選大些，因為調(diào)整管的集-射極之間的電壓不能選的太高，否則集電極功耗太大，相反，如果R3選的很大，又會使放大器增益下降，為了解決這個問題，采用了恒流源負載，在恒流的運行下，調(diào)整管的管壓降及集電極功耗不會太大穩(wěn)壓電源輸出電壓UO不能調(diào)的很低的原因是，差分管在輸出電壓UO較低時因供電電壓太低而無法正常工作，本電路輔助電源作差分放大管的供電電源，保證差分對管工作在線性放大區(qū)，而基準電源中的穩(wěn)壓管即做基準電壓又作輔助電源。質(zhì)量指標（1）穩(wěn)壓系數(shù)Sr實際上常用輸出電壓的相對變化量和輸入電壓的相對變化量之比來表征電源的穩(wěn)壓性能，稱之為穩(wěn)壓系數(shù)，即S（2）輸出電阻Ro輸出電壓變化量和負載電流變化量之比，定義為輸出電阻，記為：（3）電壓調(diào)整率：指負載不變時，電網(wǎng)典雅的相對變化量與由此引起的輸出電壓的相對變化量之比（4）電流調(diào)整率S：指輸入電壓不變而負載變化時負載電流I在規(guī)定范圍內(nèi)變化而引起的輸出電壓的相對變化量（5）紋波電壓U在額定工作電流的情況下，輸出電壓中交流分量總和的有效值稱為紋波電壓U。顯然，這些參數(shù)值越小越好。三、系統(tǒng)調(diào)試與總結(jié)在焊接好電路，并檢查焊接無誤后接通電源，測量輸出，發(fā)現(xiàn)兩路輸出電壓均為零，為此，采取了從輸出端到輸入端一級一級測量電壓，發(fā)現(xiàn)是保險絲以后各路電壓為零，從而斷定是保險絲的問題，看起來完好的保險絲確實壞的，更換完好的保險絲，使電路接通。在更換保險絲后，電路能基本工作，但在測量輸出電壓時兩個濾波電容出現(xiàn)爆炸，根據(jù)變壓器變壓后的電壓經(jīng)整流后其電壓值變?yōu)樵瓉淼谋叮?jīng)過計算發(fā)現(xiàn)整流后的電壓大于電容的耐壓值25V，即電容耐壓值低于脈動電壓峰值導致的電容發(fā)生爆炸，斷開電源并更換耐壓值為50V的電容，從而消除出現(xiàn)的情況。此后，接通電源發(fā)現(xiàn)電源空載時復合調(diào)整管VT5和VT7發(fā)燙，而且小燈泡不亮，同時功率電阻R12也很燙觀察電路發(fā)現(xiàn)，R12和小燈泡構(gòu)成的支路相當于接與±15V之間的負載，由于小燈泡和功率電阻的阻值小而接與兩端的電壓大，導致流過調(diào)整管和電阻的電流很大，出現(xiàn)的此狀況，，為此，我選擇了斷開該支路，發(fā)燙情況不在出現(xiàn)。此時測量輸出，能穩(wěn)定輸出±15V。但是改變R7和R14調(diào)整輸出電壓時發(fā)現(xiàn)上下兩電源電壓變化范圍相差很大，經(jīng)過測量個元件電壓值發(fā)現(xiàn)負電源電阻R18電阻幾乎為零，而R3的電壓為1.2V且三極管VT2和VT10對應(yīng)的每一個管腳電壓變化很大，起初認為是三極管損壞引起的，更換三極管后，問題任然沒有得到解決，由此聯(lián)想到可能是由于差分放大電路中上下兩部分放大管放大倍數(shù)不一致引起的，但很快就別否決了，因為三極管在電源中只起到了電流放大的作用，放大倍數(shù)只與電壓調(diào)節(jié)時的靈敏度有關(guān)，放大倍數(shù)的差異不會引起上述問題，經(jīng)過測量各管腳的電壓值并觀察電路后發(fā)現(xiàn)，連接與同一點的電壓竟然出線了很大的變化，由此判斷可能是由于焊接出現(xiàn)的問題，斷開電源用萬用表測量發(fā)現(xiàn)焊點接觸不良，由此斷定是虛焊造成的此種狀況，在此焊接發(fā)現(xiàn)在以前焊接時由于焊接線是有膠皮包裹著的，在焊接過程中將包裹線的膠皮也跟著焊錫焊了進去，最終導致該狀況的出現(xiàn)，更改焊點狀況消失。在這種情況解決后我才清楚的認識到，在模擬電路中，一個小小的焊點出現(xiàn)問題，可能會使電路工作，但其產(chǎn)生的影響卻是無法預料的，這可謂牽一發(fā)而動全身，而且這種影響是很難找到的，在模擬電路中，一定要注意在焊接中避免出現(xiàn)虛焊，這種小小的失誤造成的影響卻是很大，而且很難發(fā)現(xiàn)，在今后的制作中，一定要避免虛汗的再次出現(xiàn)。在電源的制作中，穩(wěn)壓5V的輸出電路中所需的三極管BFY50在市場買不到，就連替換的也沒有，最終決定用一個和BFY50同極性的管子替換，并將R11用滑動變阻器替換，當焊接好后發(fā)現(xiàn)該電路不能調(diào)節(jié)至5V而是4V，測量發(fā)現(xiàn)，買到的穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值不是所需的5.6V而是5V，最終導致了電壓不能調(diào)至5V，用兩個穩(wěn)壓管構(gòu)成5.6V電路，從而產(chǎn)生了5Ｖ電壓。經(jīng)過上述的調(diào)試過程之后，電路已正常工作后來在輸出端接一小電阻后測量各管腳電壓，由于接的電阻小，出現(xiàn)了將調(diào)整管燒壞的情況，當然了出現(xiàn)該狀況的原因是由于流過調(diào)整管集電結(jié)的電流過大而造成的，重新更換調(diào)整管，并將輸出負載接一個大電阻，該狀況不再出現(xiàn)，此時電路已工作正常。測得各個管腳的電壓如下三極管各級電壓Vb（V）Vc（V）Ve（V）VT330.816.231.4VT416.232.614.9VT515.532.614.9VT15.016.24.3VT25.032.44.4VT115.032.44.4VT105.116.24.4VT715.633.015.0VT816.233.015.6VT932.516.233.0VT64.814.74.3電壓調(diào)節(jié)范圍：10.86V-16.27V電壓調(diào)整率：電網(wǎng)電壓（V）輸出電壓（V）+-16014.8314.8517014.8714.8718014.9014.9119014.9314.9320014.9614.9521014.9814.9822015.0015.0023015.0215.0224015.0415.04電流調(diào)整率0.6%0.6%輸出電阻紋波抑制比Srip=20*logSrip=20*log四：假期心得體會：在為期二十幾天的學習和制作過程中，首先是學習理論，對模擬電子技術(shù)要熟練掌握，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)應(yīng)用范圍之廣泛，設(shè)計的內(nèi)容也是浩如煙海，企圖在學習一門課程之后就掌握所有模擬電子技術(shù)領(lǐng)域的理論和基礎(chǔ)，在實際上是做不到的，俗話說獨木不成林，光一個小制作不能領(lǐng)悟模擬電子技術(shù)的精神，但是只要功夫深鐵杵磨成針，對于任何制作，只要認真對待，熟練掌握，就會慢慢領(lǐng)悟模電的精神，通過本次小制作培養(yǎng)了我理論聯(lián)系實際的能力，提高了我分析問題和解決問題的能力，增強了獨立工作的能力。最主要的是培養(yǎng)了我與其他同學的團結(jié)合作、共同探討、共同前進的精神。這些知識不僅在課堂上有效，對以后的學習有很大的指導意義，在日常生活中更是有著現(xiàn)實意義。

通過這個假期的學習也讓我更深刻的認識到理論與實際技能的差距，也使我的理論更深一步的得到了鞏固，使我對自己有了更深一步的認識，更掌握了一些理論上無法表達的技巧，實踐出真知，縱觀古今，所有發(fā)明創(chuàng)造無一不是在實踐中得到檢驗的。沒有足夠的動手能力，就奢談在未來的科研尤其是實驗研究中有所成就。在制作中，我鍛煉了自己動手技巧，提高了自己解決問題的能力在做實驗課程設(shè)計時，我只是從網(wǎng)上搜個電路圖，沒有任何文字說明，認為只要它符合條件就行，并不去廣泛涉獵其他各方面的資料，也沒有驗證它的正確性，致使后面的調(diào)試過程出現(xiàn)了很多問題。因此，我認為我們不能輕易地相信書本上或者網(wǎng)上的電路圖，要學會驗證。要知道，設(shè)計方案是整個課程設(shè)計的靈魂，必須是可行的。一旦方案弄錯了，那么后續(xù)工作根本就無法正常進行。在這次課程設(shè)計中，我感觸最深的就是理論知識的缺乏,這使得我在面對一個原理圖時很被動，不知道從哪下手，也不知道其中的一個模塊是干什么的，到底有何作用。這是后來電路調(diào)試過程中的最大障礙，致使工作進度很慢。同時，這也是我們亟待解決的重要問題，我們一定要認真、系統(tǒng)的彌補電路分析和模擬電路的基礎(chǔ)知識，并能