模電課程設計實驗報告----串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源

1、<p><b>　　模電課程設計</b></p><p><b>　　設計題目</b></p><p>　　題目：串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源</p><p><b>　　設計任務和要求</b></p><p>　　要求：設計并制作用晶體管和集成運算放大器組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電

2、源。</p><p>　　指標：1、輸出電壓6V、9V兩檔，同時具備正負極性輸出；</p><p>　　2、輸出電流：額定電流為150mA，最大電流為500mA；</p><p>　　3、在最大輸出電流的時候紋波電壓峰值▲Vop-p≤5mv；</p><p><b>　　原理電路設計：</b></p>&l

3、t;p><b>　　方案比較與確定</b></p><p>　　基本思路：先對輸入的220V交流電壓進行降壓，然后就用單相橋式二極管對電壓進行整流。整流后利用電容的充放電效應，對其進行濾波，使輸出電壓平滑。之后再通過穩(wěn)壓電路的功能使輸出直流電壓基本不受電網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><p>　　方案1：220V交流電壓經過基本部分

4、降壓整流后，將經過穩(wěn)壓部分對其進行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓部分如下圖，利用穩(wěn)壓管和三極管組成的穩(wěn)壓單元電路，同過D1電壓作為三極管Q1的基準電壓，電路引入電壓負反饋，使電網電壓波動不會對Q1的基極電位產生很大的影響，則有可知，變化將導致發(fā)射極電流的變化，從而穩(wěn)定R兩端電壓，達到穩(wěn)壓的效果。</p><p>　　方案二：經過整流后，脈動電流通過濾波電路，其中濾波電路我采用RC型濾波電路，先用電容值較大的電解電容對其進行低頻濾波，

5、靠近輸出端處使用較低電容值的陶瓷電容進行高頻濾波，使濾波后電壓能夠變得比較平滑和波動小。濾波后接上下圖的穩(wěn)壓電路，如圖為具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，其中包括了比較放大電路，基準電壓電路，以及采樣電路。當采樣睇啊路的輸出端電壓變化時，通過運算放大器的比較放大后，抑制輸出電壓的變化，從而使輸出電壓得到穩(wěn)定。</p><p>　　通過對以上兩個方案的比較，發(fā)現(xiàn)方案一得輸出電壓不可調，輸出電流較小，而第二個方案的輸出電

6、壓可調，且輸出電流能夠滿足課程設計要求，另外穩(wěn)壓效果較好，所以選擇方案二。</p><p><b>　　電路框圖</b></p><p>　　電路框架如圖所示，先通過變壓器對輸入的交流電壓進行變壓，其后再通過整流和濾波，然后接上由比較放大、基準電路和采樣電路組成的穩(wěn)壓電路，為了進一步得到更加穩(wěn)定的電壓，再加上基本濾波部分，這樣就成為一個能正負輸出的穩(wěn)壓電源。</

7、p><p>　　電路設計及元器件選擇</p><p>　?。?）、變壓器的選擇</p><p>　　本次設計要求為輸出電壓6V、9V兩檔，同時具備正負極性輸出。輸出電壓較低，而一般的調整管的飽和壓降在2-3V左右，而，當=9V為輸出最大電壓，為最小的輸入電壓，為了使調整管工作在放大區(qū)，輸入電壓最小不能小于12V。而由功率公式P=UI，克制，變壓器的功率應該為0.5A&#

8、215;9V=4.5W，所以變壓器的功率不能低于4.5W，并且串聯(lián)穩(wěn)壓電源工作時效率不高，所以變壓器要選擇相對較大功率的變壓器。結合電路需求和市場實際，我選用了220V-30V，額定功率10W的變壓器。</p><p>　?。?）、整流電路的設計和整流二極管的選擇</p><p>　　輸出電流要求的500mA是比較小的，所以整流部分我采用了較為常見的單相橋式整流電路，如圖，由四個串并聯(lián)的二

9、極管組成。</p><p>　　二極管的選擇:結合參考資料，我們知道二極管的平均電壓為</p><p>　　，其中為變壓器次級交流電壓的有效值。可以求得=13.5V</p><p>　　而對于全波整流來說，則二極管承受的最大反向電壓時為34.2V。而考慮電網的波動，則應該大于19.3V，最大反向電壓應該大于48.8V。在輸出電流最大為500mA的情況下，我們使用了二

10、極管IN4007。</p><p>　?。?）、濾波電路設計</p><p>　　根據參考資料，我們知道電容的取值應當有一個范圍，應為變壓器的次級電壓為15V，而最大輸出電流為500mA，輸出電壓為9V，此時負載應為18歐，則根據濾波電容的計算公式： 求得濾波電容取值范圍，在電路頻率為50Hz時，T為20ms，則電容的取值范圍就為1667-2750uf，結合實際，我們采用的標準值為2200

11、uf的鋁電解電容。</p><p>　　同時，由于電路中存在寄生電感和電阻的原因，我們使用10uf的陶瓷電容來進行高頻濾波。</p><p>　?。?）、穩(wěn)壓電路的設計</p><p>　　串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本組成部分及其作用：</p><p>　　由于輸出電流為500mA，為了防止電流過大燒壞調整管，以及經過計算知道調整管的最大關押將應該大

12、于13V，最小功率應該達到6.5W。所以我們選用了中功率三極管TIP41，最大功率為60W，最大電流為6A，能夠滿足調整管的條件。則負極端就使用相對應的TIP42。而基準電路由5.1V的IN4733A穩(wěn)壓管和1000歐的保護電阻組成。由于要求輸出6V和9V兩檔，則采樣電路應該采用可調的會比較準，但由于實際原因，我們的實際采樣電路由三個電阻構成，由計算公式：得出，取為5.1V，則算得R1=270歐，R2=510歐，R3=1000歐。<

13、;/p><p><b>　?。?）、電路總圖</b></p><p><b>　　元件清單</b></p><p>　　四、電路調試過程與結果：</p><p>　　接入18歐電阻后，理論輸出電流和輸出電壓如圖所示</p><p>　　6V檔輸出電壓仿真如圖</p>

14、<p><b>　　輸出電流如圖：</b></p><p>　　9V檔輸出電壓如圖：</p><p><b>　　輸出電流如圖：</b></p><p>　　接入18歐電阻后，實測輸出電流和輸出電壓如表</p><p>　　仿真結果分析，實際仿真值與理論相差平均為0.147V，接近于設計

15、要求值，造成的原因是由于計算所得電阻在實際規(guī)格中不能完全符合，理論需求電阻與實際使用電阻阻值有點偏差造成的。</p><p>　　9V檔時電源輸出電流波形如圖</p><p>　　電壓的直流波形為基本為一條直線，符合要求。</p><p>　　而電路輸出紋波波形如圖</p><p>　　紋波在nV級別，比要求的5mV要低得多，而實際測量時，紋

16、波電壓達到了12mV，比要求的高，分析原因，可能是實際焊接時工藝問題所致。</p><p><b>　　五、總結</b></p><p>　　這次的課程設計運用了模擬電路的基本知識，串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源通過變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓等部分，理論輸出6V、9V兩檔，而實際輸出5.87V、9.35V正負兩檔。</p><p>　　作品優(yōu)點：設計較為簡單。輸