串聯(lián)式直流穩(wěn)壓源課程設(shè)計(jì)

1-模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)串聯(lián)式可調(diào)直流穩(wěn)壓電源姓名：XXX學(xué)號(hào)：xxxxxxx組員：XXX班級(jí)：電子102指導(dǎo)老師：劉純天成績：2012.01.09任務(wù)及要求本課程是學(xué)習(xí)了《模擬電子技術(shù)》課程之后，讓學(xué)生運(yùn)用模擬電子技術(shù)所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行實(shí)際電子線路的設(shè)計(jì)、裝接和調(diào)試工作，以加深電子電路基本知識(shí)的理解，又能培養(yǎng)電路的實(shí)踐技能，提高他們分析、解決問題的能力。它是針對(duì)模擬電子技術(shù)課程進(jìn)行的綜合訓(xùn)練。本課程是工業(yè)電氣自動(dòng)化專業(yè)的必修課。1、目的：加深電子電路基本知識(shí)的理解，培養(yǎng)電子電路的動(dòng)手技能，提高分析、解決問題的能力。2、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容：串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)3、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1.用晶體管組成設(shè)計(jì)串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源電路2.要求輸出：輸出直流電壓Vo＝12V±0.2V輸出直流電流Io＝0-200mA電網(wǎng)電壓(220V)波動(dòng)范圍為10%輸出內(nèi)阻ro<＝0.1Ω輸出紋波電壓Voac<＝2mV有過流保護(hù)畫出電路圖，寫總結(jié)報(bào)告《模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)》二、設(shè)計(jì)原理本設(shè)計(jì)電路分為降壓電路、整流電路、濾波電路和調(diào)壓穩(wěn)壓電路四大部分，穩(wěn)壓電路部分又由基準(zhǔn)電壓源、輸出電壓采樣電路、電壓比較放大電路、過流保護(hù)電路和輸出電壓調(diào)整電路組成。

直流電源的輸入為220V的市電，需要通過電源變壓器降壓后，再對(duì)交流電進(jìn)行處理。變壓器副邊電壓有效值決定于后面電路的需要。變壓器副邊電壓通過整流電路從交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，即將正弦電壓轉(zhuǎn)變?yōu)閱我环较虻拿}動(dòng)電壓，但含有較大的交流成分，會(huì)影響負(fù)載電路的正常工作。為了減小電壓的脈動(dòng)，需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑，理想情況下，應(yīng)將全部交流分量全部濾掉，使濾波電路的輸出電壓僅為直流電壓。然而，由于濾波電路為無源電路，所以接入負(fù)載后勢(shì)必會(huì)影響其濾波效果。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)，其平均值也將隨之變化。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載變化的影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性。降壓電路

本電路使用的降壓電路是單相交流變壓器，根據(jù)要求要輸出5~12V穩(wěn)定可調(diào)的電壓，考慮到其他波動(dòng)因素，選擇輸出15V的變壓器。2.整流電路

整流電路的主要作用是把經(jīng)過變壓器降壓后的交流電通過整流變成單個(gè)方向的直流電。但是這種直流電的幅值變化很大。它主要是通過二極管的截止和導(dǎo)通來實(shí)現(xiàn)的。常見的整流電路主要有全波整流電路、橋式整流電路、倍壓整流電路。我們選取單相橋式整流電路選擇4支IN4001構(gòu)成整流橋。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的整流功能。

3.濾波電路

采用電容濾波電路。由于電容在電路中也有儲(chǔ)能的作用，并聯(lián)的電容器在電源供給的電壓升高時(shí)，能把部分能量存儲(chǔ)起來，而當(dāng)電源電壓降低時(shí)，就把能量釋放出來，使負(fù)載電壓比較平滑。由于本電路后級(jí)是穩(wěn)壓電路，因此可以使用電容濾波電路進(jìn)行簡單濾波。電容選取：電容的取值應(yīng)當(dāng)有一個(gè)范圍，由前面的計(jì)算我們已經(jīng)得出變壓器的次級(jí)線圈電壓為15V，當(dāng)輸出電流為0.2A時(shí)，我們可以求得電路的負(fù)載為60歐，我們可以根據(jù)濾波電容的計(jì)算公式：C=(3～5)來求濾波電容的取值范圍，其中在電路頻率為50HZ的情況下，T為20ms則電容的取值范圍為500-834uF，保險(xiǎn)起見我們可以取標(biāo)準(zhǔn)值為1000uF額定電壓為25V的電容。利用C2、C4小電容濾去紋波。整流及濾波：

4.基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定電路

基準(zhǔn)電壓電路作用是為后面比較電路提供一個(gè)基準(zhǔn)電壓，此處采用一個(gè)紅色發(fā)光二極管，其發(fā)光后電壓穩(wěn)定在2V，且較穩(wěn)壓二級(jí)管適合工作在小電流電路中。紅色發(fā)光二極管工作在5～10mA所以限流電阻上下限：=1.65k?=2.7k?取2K?5.比較電路和放大電路比較放大電路連接在基準(zhǔn)電壓電路后面，為了實(shí)現(xiàn)電壓可調(diào)固在電路中引入了放大環(huán)節(jié)，加深電壓負(fù)反饋以提高輸出電壓的穩(wěn)定性,并且還抑制了溫度的漂移。如右圖所示。由于在此對(duì)精度的要求不高，又從經(jīng)濟(jì)的角度上考慮后在此用一個(gè)長尾式差分放大電路來實(shí)現(xiàn)。控制流過T2的電流為1mA。R2上端的電位（濾波后）波動(dòng)應(yīng)為16V~21V，故R2取20KΩ。三極管選擇兩個(gè)9013的NPN管子。首先三極管工作必要有一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。在此濾波后電壓V=20V，U=0.7V，R=20KΩ，U盡量選在中間即10V。6.調(diào)整電路在本電路中調(diào)整管是保證電路安全工作的核心元件，由一個(gè)大功率管（T4）和一個(gè)普通的NPN管（T3）組成復(fù)合管。這是因?yàn)榱鬟^集電極和發(fā)射極的電流可能很大，一般管子無法承受大電流故選用一個(gè)大功率管。其基極接在差動(dòng)放大電路的集電極上，由于差動(dòng)的集電極上電流過大，用萬用表測(cè)量后發(fā)現(xiàn)T4的β值為75，如果不用復(fù)合管至于那個(gè)單管，那么，當(dāng)輸出電流為最大200mA時(shí)，基極電流應(yīng)為3mA左右，顯然這里不能有3mA基極的電流，故此用復(fù)合管對(duì)β進(jìn)行補(bǔ)償，這樣以后基極電流就可以小到uA級(jí)了。而集電極接在濾波電路的后面，射極接上采樣電路后從射極輸出構(gòu)成電壓跟隨，這樣有利于對(duì)電壓的穩(wěn)定。至于調(diào)整管的管功耗，當(dāng)輸出5V200mA時(shí)，濾波后的電位器既調(diào)整管集電極的電位正常應(yīng)為19V，那么，管壓降應(yīng)為14V，功率應(yīng)為P=UI=14×0.2=2.8W所以本電路的管功耗最多為2.8W。7.保護(hù)電路由于此電路的精度不高穩(wěn)定性也相對(duì)較差所以在調(diào)整管的射極后加上一個(gè)過流保護(hù)。如果電路正常工作時(shí)T5管子是不導(dǎo)通的，因?yàn)镻N結(jié)上沒有0.7V的電壓，而R4阻值又太小可以忽略不計(jì)，也就相當(dāng)于沒有這個(gè)保護(hù)電路。但是當(dāng)某種原因使得調(diào)整管的射極電流突然增大，使得R4上的壓降達(dá)到0.7V后T5管子導(dǎo)通。如果把保護(hù)電流設(shè)在250mA，那么故R4取2.7Ω?；鶚O和集電極又是反相的關(guān)系，既基極電位上升，導(dǎo)致集電極電位下降，從而使得調(diào)整管的基極電位下降于是抑制了電流的持續(xù)增大，這樣就保護(hù)了電路里的元器件。也就相當(dāng)于對(duì)調(diào)整管引入了一個(gè)負(fù)反饋。不僅限制了電流，同時(shí)還順便控制了溫度。關(guān)于R4的選擇，由于這里電流可能過大故選取一個(gè)大功率的電阻，并且阻值要小盡量少分壓。而T5就是一個(gè)普通的NPN管子。8采樣電路采樣電路是配合著差動(dòng)放大和基準(zhǔn)電壓來實(shí)現(xiàn)電壓的可調(diào)。工作原理就是電位器的2號(hào)引腳上的電位和基準(zhǔn)電壓近似相等，通過基準(zhǔn)電壓值和調(diào)節(jié)電位器改變電位器2腳以下的電阻從而控制電流。再利用電流在采樣電路中幾乎沒有從電位器的2腳流走。故可推斷出整個(gè)采樣電路的電壓。在這里我們假設(shè)電位器2腳的電位就是基準(zhǔn)電壓2V。所以，當(dāng)電位器滑動(dòng)到最上端時(shí)，輸出電壓最小，為當(dāng)電位器滑動(dòng)到最下端時(shí)，輸出電壓最大，為經(jīng)綜合考慮后R、R和W1分別選5.6KΩ和1.5KΩ電阻和5KΩ的電位器。這樣選下來電壓可調(diào)的理論范圍在4V~16V。故優(yōu)于設(shè)計(jì)條件的5V~12V。焊接與調(diào)試1.電路原理圖2.所需設(shè)備清單：單相0.5KW調(diào)壓器,或晶體管直流穩(wěn)壓電源（模擬市電波動(dòng)）MF47萬用表滑線變阻器（假負(fù)載）200Ω/300W30W電烙鐵3.材料清單：整流二極管1n40014只電解電容1000u/25V2只三極管90135只大功率三極管3A/50V1只紅色發(fā)光二極管1只大電阻：2.7Ω/1W1只1/4W電阻：510Ω，1.5K，2K，5.6K，10K，12K，各1只瓷片電容：0.01μ2只變壓器：15V/220V5W1只80×100mm2萬能印刷板1塊松香、焊錫若干二芯帶插頭電源線1根4.準(zhǔn)備工作按電路圖將各元件布局在通用板上，用萬用表判斷三極管極性，或在網(wǎng)站上查詢相關(guān)型號(hào)器件極性，布局完成，檢查各處器件參數(shù)設(shè)置，妥當(dāng)無誤后開始焊接。四、性能測(cè)試電壓變化范圍經(jīng)示波器觀察，調(diào)電位器的電阻值，發(fā)現(xiàn)，電位器調(diào)到最大和最小時(shí)，輸出電壓范圍，Vmin=3.44V，Vmax=15.25V，紋波大小有200mv。五、心得體會(huì)通過這次實(shí)際動(dòng)手焊接，我們?cè)谝幌聨讉€(gè)方面有所認(rèn)識(shí)：1：對(duì)理論有了初步的系統(tǒng)了解。2：提升了自己的實(shí)際操作能力，也是自己對(duì)專業(yè)只是有了更進(jìn)一步的了解。3：實(shí)訓(xùn)讓我們學(xué)到了很多課本上無法學(xué)到的最實(shí)用、最基礎(chǔ)的知識(shí)4:通過這次實(shí)訓(xùn)也培養(yǎng)了我們膽大、心細(xì)、謹(jǐn)慎的工作作風(fēng)。5;操作期間我們還懂得了Multisim軟件的運(yùn)用，通過它更深刻的了解了電路圖的基本操作。6；設(shè)計(jì)中最重要的是懂得了串聯(lián)穩(wěn)壓電源原理，串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是最常用的電子電路之一，它被廣泛地應(yīng)用在各種電子電路中?？偟膩碚f，這次課程設(shè)計(jì)是一次很好鍛煉動(dòng)手能