串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源

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、紋波電壓峰值▲Vop-p<5mv，穩(wěn)壓系數(shù)SrW5%,電網(wǎng)電壓波動(dòng)正負(fù)10%。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、電路原理分析與方案設(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。1、方案比較方案一：用晶體管和集成運(yùn)放組成的基本串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源方案二：用晶體管和集成運(yùn)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

EL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?220VEL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?220V可行性分析：上面三種方案中，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)嵱茫蕭仐壏桨敢?；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?lái)?yè)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。2、整體電路框圖3、單元電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算、元器件選擇交流電經(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，其方框圖及各電路的輸出波形如圖所示，下面就個(gè)部分的作用加以介紹。電，其方框圖及各電路的輸出波形如圖所示，下面就個(gè)部分的作用加以介紹。電源變壓器直流電源的輸入為220V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U廣(2?3)Uo。所以選擇15V10W的變壓器。整流電路°為了將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動(dòng)電壓，還需要通過整流電路。查閱資料可知單相整流電路有半波整流電路、單相橋式整流電路(全波整流電路)。單相橋式整流電路和半波整流電路相比，在相同的變壓器副邊電壓下，對(duì)二極管的參數(shù)要求一樣，并且還具有輸出電壓高，變壓器利用率高、脈動(dòng)系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)。所以在電路中采用單相橋式整流電路，如圖所示：主要參數(shù)：輸出電壓平均值uo(郡)：負(fù)載電阻上電壓的平均值U=Lj\2Usin①id(①t)u=2"U2牝09UTOC\o"1-5"\h\z0(AV)n02O(AV)兀2輸出電流平均值I:負(fù)載電阻上電流的平均值u0(9UI=O(AV)A2L(AV)RR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UO1M與輸出電壓平均值UO(AS之比，因而S愈大，脈動(dòng)愈大。U=J2UI=IL(AV)n0.45U2Rmax2D(AV)2R二級(jí)管的選擇：L>1.1-0.45U

2>1.1-0.45U

2RL0.45x15I>1.1X―1000—n0.007A

所以選擇U>1.1\.-2X15^23V,濾波電路整流后的電壓仍含有較大交流分量，會(huì)影響負(fù)載電路的正常工作。所以為了減小電壓的脈動(dòng)，需通過低通濾波電路，使輸出電壓平滑。理想情況下，應(yīng)將交流分量全部濾掉，使輸出電壓僅為直流電壓。查閱資料可知濾波電路有電容濾波、電感濾波電路和復(fù)式濾波電路三種，其中復(fù)式濾波電路的效果最好，所以在電路中采用RCn型的復(fù)式濾波電路，如圖所示：C越大，R越大，t放電將越大，曲線越平滑，脈動(dòng)越小。所以C選擇2mF。穩(wěn)壓電路交流電壓通過整流、濾波后雖然變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓，但是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)，其平均值也隨之變化。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性。由于經(jīng)濟(jì)成本、元件購(gòu)買及仿真軟件的限制，穩(wěn)壓電路只采取一個(gè)具有放大環(huán)節(jié)的基本串聯(lián)型穩(wěn)壓電路加一個(gè)截流型過流保護(hù)電路。UOIb輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍：R1+2+3-U<U<R1+2+3-UzoRza穩(wěn)壓原理：若由于某種原因使UO增大，則UO1—UNt-UBI—R+RzoR故UzW6VUOIb輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍：R1+2+3-U<U<R1+2+3-UzoRzc串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本組成部分及其作用：調(diào)整管：是電路的核心，UCE隨UI和負(fù)載產(chǎn)生變化以穩(wěn)定Uo。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。d串聯(lián)型穩(wěn)壓電源中調(diào)整管的選擇：根據(jù)極限參數(shù)ICM、U(BR)CEO、PCM選擇調(diào)整管！

e限流電阻的選擇:保證穩(wěn)壓管既穩(wěn)壓又不損壞。I>I且I<I穩(wěn)壓管的電流最小。DU—UR穩(wěn)壓管的電流最小。DU—UR<—IminZI+1

穩(wěn)壓管的電流最大。U—UR>ImaxZI=IminZ—I>ID^minRLmaxZ電網(wǎng)電壓最高且負(fù)載電流最小時(shí)，_U—U1DZmax=ImaR--ILmin<'ZMZMLmin4、電路總圖5、元件清單ZMLmin元件類型元件序號(hào)型號(hào)封裝形式主要參數(shù)數(shù)量花費(fèi)變壓器T1NON_LINEAR_TRANSFORMER,NLT_PQ_4_10Generic\XFMR_4PIN15V，10W1個(gè)14元集成運(yùn)算放大器U1LM741(OPAMP,LM324AD)IPC-7351\CASE751A1個(gè)1.5元穩(wěn)壓管D1ZENER,1N4731AIPC-2221A/2222\DO-41Uz=4.3VIz=58mA1個(gè)0.3元二極管D2IN4007(FWB,1B4B42)IPC-2221A/2222\12-7A2A4個(gè)0.4元三極管Q1,TIP41C(BJT_NPN,TIP41A)Generic\TO-220ABVceo=60VVcbo=60VIc(max)=6AhFE=15-751個(gè)2元Pd=65mWQ2S9013H200(BJT_NPN,TIP41A)ICM=0.5A,PCM=0.625W,V(BR)CEO=25V1個(gè)0.1元電解電容C11000pF，25V2個(gè)0.8元C31pF，50V1個(gè)0.2元電阻R21KQ1個(gè)0.3元R31Q3個(gè)R6989Q1個(gè)R7240Q1個(gè)電位器R1B1KWL1KQ1個(gè)1元電源線1條2元鱷魚夾2個(gè)1元共22共23.6元備注：由于沒有2mF的電容和1.5Q的電阻，故C1用兩個(gè)1000pF并聯(lián)成2000pF；R3用兩個(gè)1Q電阻并聯(lián)后串聯(lián)一個(gè)1Q電阻成1.5Q三、電路仿真過程及結(jié)果1、穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括允許輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來(lái)衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)（或電壓調(diào)整率）、輸出電阻（或電流調(diào)整率）、紋波電壓（紋波系數(shù)）及溫度系數(shù)。（1）穩(wěn)壓系數(shù)：在負(fù)載電流、環(huán)境溫度不變的情況下，輸入電壓的相對(duì)變化引起輸出電壓的相對(duì)變化，即S工.土rAUURl電壓調(diào)整率：輸入電壓相對(duì)變化為±10%時(shí)的輸出電壓相對(duì)變化量，穩(wěn)壓系數(shù)和電壓調(diào)整率均說明輸入電壓變化對(duì)輸出電壓的影響，因此只需測(cè)試其中之一即可。（2）輸出電阻及電流調(diào)整率輸出電阻與放大器的輸出電阻相同，其值為當(dāng)輸入電壓不變時(shí)，輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比的絕對(duì)值.電流調(diào)整率：輸出電流從0變到最大值時(shí)所產(chǎn)生的輸出電壓相對(duì)變化值。輸出電阻和電流調(diào)整率均說明負(fù)載電流變化對(duì)輸出電壓的影響，因此也只需測(cè)試其中之一即可。（3）紋波電壓：疊加在輸出電壓上的交流電壓分量。用示波器觀測(cè)其峰峰值一般為毫伏量級(jí)。也可用交流毫伏表測(cè)量其有效值，但因紋波不是正弦波，所以有一定的誤差。2、仿真內(nèi)容完成下表。

6V檔9V檔參數(shù)名稱符號(hào)測(cè)量條件測(cè)量條件穩(wěn)壓系數(shù)SrIo=150mA，10V<%<30VIo=150mA，12V<%<30V輸出電阻RO50mA<Io<500mA50mA<Io<500mA紋波電壓SP-P3、仿真結(jié)果表16V檔穩(wěn)壓系數(shù)仿真結(jié)果輸入直流電壓負(fù)載電阻直流電壓表輸出電流穩(wěn)壓系數(shù)UI/VRL/QUo/VIo/mAS/%7404.744118.6048405.700142.4909405.956148.90610405.963149.0850.50115.969149.236125.975149.36813.55.982149.539155.987149.68616.55.993149.815185.997149.929256.014150.348306.023150.57733406.028150.696表26V檔輸出電阻仿真結(jié)果輸入直流電壓負(fù)載電阻直流電壓表讀數(shù)輸出電流輸出電阻UI/VRL/QUo/VIo/mARo/Q15125.175431.27015135.604431.0511145.987427.644155.987399.136185.987332.615215.987285.100435.987139.241495.987122.189555.987108.58605.98799.7851005.98759.8711205.98749.892

152005.98729.935表39V檔穩(wěn)壓系數(shù)仿真結(jié)果輸入直流電壓負(fù)載電阻直流電壓表輸出電流穩(wěn)壓系數(shù)UI/VRL/QUo/VIo/mAS’/%10607.723128.72312608.950149.1740.54138.957149.289148.964149.393158.969149.487168.974149.574188.984149.727218.995149.923259.008150.139309.022150.362表49V檔輸出電阻仿真結(jié)果輸入直流電壓負(fù)載電阻直流電壓表輸出電流輸出電阻UI/VRL/QUo/VIo/mARo/Q15187.739429.95715208.590429.5191228.969407.689248.969373.717268.969344.970358.969256.264508.969179.385608.969149.487658.969137.9881008.96989.6921208.96974.744152008.96944.846

6V檔的紋波電壓正向幅度572.916mV,負(fù)向幅度為606.78卻V,相差1.180mV9V檔的紋波電壓正向幅度928.499mV,負(fù)向幅度為919.433mV,相差1.848mV可調(diào)電壓范圍：4.79VWUoW9.63V四、電路調(diào)試過程與結(jié)果:項(xiàng)目理論數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)誤差原因分析可調(diào)電壓范圍4.82VWUzW9.69V4.78VWUoW9.18V電阻元件參數(shù)的分散性五、心得體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)令我受益匪淺，我更加充分的理解了課本上的知識(shí)，很多平時(shí)模棱兩可的知識(shí)點(diǎn)都認(rèn)真復(fù)習(xí)并實(shí)踐了。我對(duì)電子電路設(shè)計(jì)提升了認(rèn)識(shí)，我意識(shí)到我們所學(xué)的東西將來(lái)都是要付諸實(shí)踐的，所以一切要從實(shí)際情況出發(fā)，理論聯(lián)系實(shí)際，這樣才能真正發(fā)揮我們所具備的能力。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)。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(lái)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(lái)，掌握工程設(shè)計(jì)的步驟和方法，了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的程序和實(shí)施方法。這對(duì)今后從事技術(shù)工作無(wú)疑