串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源課程設計

1、<p><b>　　電子技術課程設計</b></p><p>　　課題：串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源</p><p>　　系別：電氣與電子工程系</p><p><b>　　專業(yè)：自動化</b></p><p><b>　　姓名： </b></p>&

2、lt;p><b>　　學號： </b></p><p><b>　　指導教師： </b></p><p>　　2012年6月20日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 概述</b></p>

3、<p>　　1.1設計目的……………………………………………………………………………2</p><p>　　1.2技術指標與要求……………………………………………………………………2</p><p>　　1.3設計原理及思路……………………………………………………………………2</p><p><b>　　2 方案設計</b>&l

4、t;/p><p>　　2.1方案介紹……………………………………………………………………………3</p><p>　　2.2方案選擇……………………………………………………………………………4</p><p>　　3 單元電路設計與參數(shù)計算</p><p>　　3.1變壓器………………………………………………………………………………5</p

5、><p>　　3.2整流電路……………………………………………………………………………5</p><p>　　3.3濾波電路……………………………………………………………………………6</p><p>　　3.4穩(wěn)壓電路……………………………………………………………………………7</p><p>　　4 總原理圖與元器件清單</p>

6、<p>　　4.1總電路圖……………………………………………………………………………10</p><p>　　4.2元件清單……………………………………………………………………………10</p><p><b>　　5 仿真結(jié)果</b></p><p>　　5.1各個電路波形圖……………………………………………………………………11

7、</p><p>　　5.2輸出電壓仿真結(jié)果…………………………………………………………………14</p><p>　　6 結(jié)論與心得………………………………………………………………………………15</p><p>　　參考文獻……………………………………………………………………………………16</p><p><b>　　串聯(lián)型直

8、流穩(wěn)壓電源</b></p><p><b>　　1 概述</b></p><p><b>　　1.1設計目的</b></p><p>　　穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路輸出電流較小，輸出電壓不可調(diào)，不能滿足很多場合下的應用。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路以穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路為基礎，利用晶體管的電流放大作用，增大負載電流；在電路中引用深度電壓負反饋

9、使輸出電壓穩(wěn)定；并且，通過改變反饋網(wǎng)絡參數(shù)使輸出電壓可調(diào)。</p><p>　　本課題所介紹的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源為單相小功率電源，他將頻率為50HZ、有效值為220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定、輸出電流為小到幾十毫安、大到幾安培的直流電壓。</p><p>　　1.2技術指標與要求</p><p>　　輸入交流電壓為工頻電壓；</p><p>

10、　　輸出直流電壓分為3-6V、6-9V、9-12V三檔；</p><p>　　輸出電流小于等于1A；</p><p>　　具有過電流及短路保護功能。</p><p>　　1.3設計原理及思路</p><p>　　單相交流電經(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)定的直流電壓。其原理圖如圖1-3-1所示：</p>&l

11、t;p><b>　　圖1-3-1原理圖</b></p><p>　　其輸入是頻率為50Hz，有效值為220V的單項交流電壓，經(jīng)過電源變壓器，對電壓進行升降，得到所需的交流電壓；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，也就是將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動電壓；為了減小電壓的脈動，需通過低壓濾波電路濾波，使輸出的電壓平滑；最后在通過穩(wěn)壓電路使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動和

12、負載電阻變化的影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性。</p><p><b>　　2 方案介紹</b></p><p><b>　　2.1方案設計</b></p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　圖2-1-1所示是一個最簡單的單管串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源。這種穩(wěn)壓

13、電源的工作原理是：當負載變化引起輸出電壓降低時，調(diào)整管的基極-發(fā)射機電壓Ube=Ub-Ue=Ub-Usc，因為基極電壓恒定，Usc降低，則Ube增加，使基極電流Ib和集電極電流都增加，從而使Usc上升，保持Usc近似不變。</p><p>　　圖2-1-1單管串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源</p><p>　　不過這種串聯(lián)型穩(wěn)壓電源只能做到輸出電壓基本不變。因為調(diào)整管的調(diào)整作用是靠輸出電壓與基準電壓

14、的靜態(tài)誤差來維持的，如果輸出電壓絕對不變，則調(diào)整管的調(diào)整作用就無法維持，輸出電壓也就不可能進行自動調(diào)節(jié)。</p><p>　　方案二：如圖2-1-2用晶體管和集成運放組成的具有保護環(huán)節(jié)的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　圖2-1-2具有保護環(huán)節(jié)的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源</p><p><b>　　2.2方案選擇</b></p>

15、<p>　　方案二簡單、合理、可靠、經(jīng)濟。從見到而且便于購買的前提出發(fā)，我們選擇方案二為我們最終的設計方案。</p><p>　　3 單元電路設計與參數(shù)計算</p><p><b>　　3.1變壓器</b></p><p>　　直流電的輸入為220V的電網(wǎng)電壓，然而所需的電壓數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差很大，所以需要通過電源變壓器降壓

16、后，再對電流、電壓處理。變壓器二次側(cè)的電壓有效值決定后面電路的需要。根據(jù)課題要求，輸出電壓最大為12V，故我們選取15V30W的電源變壓器。如圖3-1-1所示。</p><p>　　圖3-1-1電源變壓器</p><p><b>　　3.2整流電路</b></p><p>　　為了將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動電壓，還需要通過整流電路。單相整

17、流電路有半波整流電路、單相橋式整流電路。兩種整流電路相比較，單向橋式整流電路在相同的變壓器二次側(cè)電壓下，對二極管的參數(shù)要求一樣，并且還具有輸出電壓高，變壓器利用率高，脈動系數(shù)小等優(yōu)點。所以在電路中采用單相橋式整流電路，如圖3-2-1所示：</p><p>　　圖3-2-1單相橋式整流電路</p><p><b>　　保護電路：</b></p><p

18、>　　在集成穩(wěn)壓器電路內(nèi)部含有各種保護電路，使集成穩(wěn)壓器在出現(xiàn)不正常情況是不至于損壞。因為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的調(diào)整管是其核心器件，它流過的電路近似等于負載電流，且電網(wǎng)電壓波動或輸出電壓調(diào)節(jié)時管壓降將產(chǎn)生相應的變化，所以這些保護電路都與調(diào)整管緊密相關。過流保護電路能夠在穩(wěn)壓管輸出電流超過額定值時，限制調(diào)整管發(fā)射極電流在某一數(shù)值或使之迅速減少，從而保護調(diào)整管不會因電流過大而燒壞。如圖3-2-2所示：</p><p>

19、;　　圖3-2-2過流保護電路 </p><p><b>　　主要參數(shù)：</b></p><p>　　輸出電壓平均值Uo（av）：負載電阻上電壓的平均值</p><p>　　輸出電流平均值：負載電阻上電路的平均值</p><p><b>　　=≈</b></p><p>　　

20、整流輸出電壓的脈動系數(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越大，脈動越大。</p><p><b>　　二極管的選擇：</b></p><p>　　考慮到電網(wǎng)電壓波動范圍為±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滿足：</p><p>　　>1.1和>1.1·

21、 >1.1×≈0.007A</p><p><b>　　所以選擇>1.1V</b></p><p><b>　　3.3濾波電路</b></p><p>　　整流后的輸出電壓雖然是單一方向的，但是含有較大的交流成分，會影響電路的正常工作。一般在整流后，還需要利用濾波電路將脈動的直流電壓變?yōu)槠交?/p>

22、直流電壓。所以需通過低通濾波電路，使輸出電壓平滑。理想情況下，應將分流分量全部濾掉，使輸出電壓僅為直流電壓。在實際電路中，為了獲得更好的濾波效果，電容容量應選的更大些。</p><p>　　濾波電路有電容濾波、電感濾波、和復式濾波三種，其中復式濾波電路效果最好。如圖3-3-1所示：</p><p>　　圖3-3-1復式濾波電路</p><p><b>　　

23、3.4穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　如圖3-4-1所示：</p><p>　　圖3-4-1穩(wěn)壓電路原理圖</p><p>　　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，但是當電網(wǎng)電壓波動或負載變化時，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)波動和負載電阻變化的影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性。</p>

24、<p>　　由于經(jīng)濟成本、元件購買及仿真軟件的限制，穩(wěn)壓電路只采取一個具有放大環(huán)節(jié)的基本串聯(lián)型穩(wěn)壓電路加一個載流型過流保護電路。如圖3-4-2所示：</p><p>　　圖3-4-2具有放大環(huán)節(jié)的過流保護電路</p><p>　　其中Q1構成調(diào)整電路，R3、R5、R4組成取樣電路，Q2、R6構成保護電路，D1、R1構成基準電路。</p><p>　　a穩(wěn)

25、壓原理：若由于某種原因使UO增大，則UO↑→UN↑→UB↑→UO↓</p><p>　　b輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍：·≤·</p><p>　　故≤6V,取=5.6V402Ω, 1000KΩ(100Ω), 820Ω</p><p>　　c串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本組成部分及其作用：</p><p>　　調(diào)節(jié)管：是電路的核心，UFE隨U

26、I和負載產(chǎn)生變化以穩(wěn)定Uo。</p><p>　　基準電壓：是Uo的參考電壓。</p><p>　　采樣電阻：對Uo的采樣，與基準電壓共同決定Uo。</p><p>　　比較放大：將Uo的采樣電壓與基準電壓比較后放大，決定電路的穩(wěn)壓性能。</p><p>　　d串聯(lián)型穩(wěn)壓電源中調(diào)整管的選擇：</p><p>　　要想使

27、調(diào)整管起到調(diào)整作用，必須使之工作在放大狀態(tài)，因此其管壓降應大于飽和管壓降；調(diào)整管極限參數(shù)的確定，必須考慮到輸出電壓由于電網(wǎng)電壓波動而產(chǎn)生的變化，以及輸出輸出電壓的調(diào)節(jié)和負載電流的變化所產(chǎn)的影響。</p><p>　　根據(jù)極限參數(shù)ICM、U（BR）CEO、PCM選擇調(diào)整管：</p><p><b>　　=≈<</b></p><p><

28、;b>　　=-<</b></p><p><b>　　=<</b></p><p>　　e限流電阻的選擇：保證穩(wěn)壓管既穩(wěn)壓又不損壞。</p><p><b>　　> <</b></p><p>　　電網(wǎng)電壓最低且負載電流最大時，穩(wěn)壓管的電流最小。<

29、;/p><p><b>　　=> R<</b></p><p>　　電網(wǎng)電壓最低且負載電流最小時，穩(wěn)壓管的電流最大。</p><p>　　=< R </p><p>　　4 總原理圖與元器件清單</p><p><b>　　4.1總電路圖</b&g

30、t;</p><p><b>　　如圖4-1-1：</b></p><p>　　圖4-1-1總電路圖</p><p><b>　　4.2元件清單：</b></p><p><b>　　5 仿真結(jié)果</b></p><p>　　5.1各個電路波形圖<

31、/p><p><b>　　電網(wǎng)電壓波形：</b></p><p>　　電網(wǎng)電壓經(jīng)變壓器降壓后的波形：</p><p>　　經(jīng)整流、濾波后的波形圖：</p><p>　　穩(wěn)壓電路后電壓波形圖：</p><p>　　5.2輸出電壓仿真結(jié)果</p><p><b>　　6

32、結(jié)論與心得</b></p><p>　　本次課程設計令我受益匪淺，在實驗的過程中我明白到書本知識的重要性，要對書本的知識有比較深刻的了解才能對電路進行設計。當對書本知識有一定的了解后，就會考驗到自己的動手能力，只有經(jīng)過實踐才能把知識理解得更透徹，而且如果要進行設計的話就要對一些元件有一定的了解，這樣才能繼續(xù)地進行下去，在做這個課程設計的過程中使我不斷地對元件有了更加深刻的了解。在做課程設計的時候也遇到

33、了之前沒有預料到的事。由于剛開始對仿真軟件并不是很熟悉，所以剛上手的時候有點笨手笨腳的，經(jīng)常出現(xiàn)找不到元器件，不會調(diào)節(jié)參數(shù)等情況。又因為仿真的時候是按照電路圖做的，所以盡管仿真時的數(shù)據(jù)是正確的，但是做出來的還是和理想中的有很大的區(qū)別，最后只能不斷地進行測試，試圖找出原因，在不斷的實驗中，雖然有一點改善，但還與要求的相差比較大，，還好最終找出原因，對保護電路的電阻進行了調(diào)整，最終做出了要求的輸出。在這過程中，使我印象深刻，我深刻地體會到實

34、踐的重要性，因為不通過實踐是無法檢驗出到底是正確還是錯誤的。雖然并不是在實際社會中操作的，但是可以親自設計電路，調(diào)試電路，讓自己對知識的程度得到了大幅度的提升。只有通過實踐才能更加地深入地去了解它</p><p>　　這次的課程設計讓我知道親自動手操作是遠比自己想象的復雜的，因為在這過程中會出現(xiàn)很多問題并需要自己解決，不過只有這樣才能更好地提高自己。雖然在這過程中曾經(jīng)感到過不適，然而，在一步一步的改進中走向成功的

35、那種感覺是無比的興奮的。當自己的努力得到回報時那種心情是難以形容的，而且這樣更加增加了自己的興趣。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]童詩白、華成英主編。模擬電子技術基礎（第五版）。北京：高等教育出版社2006.5（2010重?。?。513-573。</p><p>　　[2]李忠波、袁宏等主編。電子設計與仿

36、真技術。北京:機械工業(yè)出版社2004.7。126-138。</p><p>　　[3]關惠銘主編。模擬電子技術實驗。北京：地震出版社2004.9。103-119、209-214。</p><p>　　[4]李萬臣主編。模擬電子技術基礎設計仿真編程與實踐。哈爾濱:哈爾濱工程大學出版社2005。111-127。</p><p>　　[5]方大千、鮑俏偉主編。實用電源及其