串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　電子工程系課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　專業(yè)名稱： </p><p>　　課程名稱： 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) </p><p>　　課題名稱： 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) </p><p>　　設(shè)

2、計(jì)人員： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　2012年6月7日</b></p><p>　　《串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源課程設(shè)計(jì)》任務(wù)書</p><p>　　一、課題名稱：串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電

3、源</p><p><b>　　二、技術(shù)指標(biāo)：</b></p><p><b>　　三、要求：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師：</b></p><p><b>　　學(xué) 生：</b></p><p><b&

4、gt;　　電子工程系</b></p><p>　　2012 年 6 月 7 日</p><p>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告書評(píng)閱頁(yè)</p><p>　　課題名稱：串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)</p><p><b>　　班 級(jí)：</b></p><p><b>　　姓 名：<

5、;/b></p><p>　　2012年 6 月7日</p><p><b>　　指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：</b></p><p>　　考核成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽名：</p><p>　　2012年 月 日</p><p><b>　　摘要</

6、b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源應(yīng)用廣泛，幾乎所有電器、電力或電子設(shè)備都毫不例外地需要穩(wěn)定的直流電壓（電流）供電，它是電子電路工作的“能源”和“動(dòng)力”。不同的電路對(duì)電源的要求是不同的。在很多電子設(shè)備和電路中需要一種當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓仍能基本保持不變的電源。電子設(shè)備中的電源一般由交流電網(wǎng)提供，如何將交流電壓（電流）變?yōu)橹绷麟妷海娏鳎┕╇?？又如何使直流電壓（電流）穩(wěn)定？這是電子技術(shù)

7、的一個(gè)基本問(wèn)題。解決這個(gè)問(wèn)題的方案很多，歸納起來(lái)大致可分為線性電子穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源兩類，它們又各自可以用集成電路或分立元件構(gòu)成。 </p><p>　　半導(dǎo)體二極管和晶體管是電子電路中常用的半導(dǎo)體器件，也是構(gòu)成集成電路的基本單元。本工程訓(xùn)練主要利用這兩種元器件設(shè)計(jì)制作一個(gè)分立式元器件串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源由交流電網(wǎng)經(jīng)變壓、整流、濾波、和穩(wěn)壓四個(gè)主要部分構(gòu)成。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是圍繞著如

8、何使分立式元器件串聯(lián)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源輸出直流電壓穩(wěn)定、脈動(dòng)成分減小而展開(kāi)的。首先介紹了全波整流電路的工作原理，接著介紹了電容濾波電路的性能特點(diǎn)，然后引入了具有放大環(huán)節(jié)和輔助電源的串聯(lián)可調(diào)式穩(wěn)壓電源，并在電路中采用了提高穩(wěn)定度，提高溫度穩(wěn)定性及限流型過(guò)流保護(hù)電路的具體措施，以確保電路安全穩(wěn)定的工作。</p><p>　　關(guān)鍵字：串聯(lián)穩(wěn)壓,直流,可調(diào)電源，DXP軟件，PCB板, </p><p&g

9、t;<b>　　目錄</b></p><p>　　一 串聯(lián)直流型穩(wěn)壓電源整體簡(jiǎn)介6</p><p>　　1.1 制作串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的目的要求6</p><p>　　1.2 基本知識(shí)介紹6</p><p>　　二 分立式元器件串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)與計(jì)算12</p><p>　　2.1串

10、穩(wěn)壓電路原理12</p><p>　　2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理圖12</p><p>　　2.3 電路整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與各部分相關(guān)參數(shù)的計(jì)算13</p><p>　　2.4電路選擇14</p><p>　　三 PCB板的制作與元器件的安裝23</p><p>　　3.1PCB板的制作流程介紹23</p

11、><p>　　3.2打印PCB圖，熱轉(zhuǎn)印，腐蝕，鉆孔，完成PCB板的制作。23</p><p>　　3.3 安裝元器件23</p><p>　　四 調(diào)試分析與性能測(cè)試24</p><p><b>　　五 心得體會(huì)25</b></p><p>　　六 元件清單26</p>&

12、lt;p>　　一 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源整體簡(jiǎn)介</p><p>　　1.1 制作串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的目的要求</p><p><b>　　一、基本目的</b></p><p>　　此次工程訓(xùn)練選擇使用分立式元器件構(gòu)成串聯(lián)反饋型直流穩(wěn)壓電源。學(xué)生通過(guò)實(shí)訓(xùn)了解相關(guān)分立式元器件的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、特性和參數(shù)以及由它們構(gòu)成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的工作

13、原理、原理圖的設(shè)計(jì)和參數(shù)的計(jì)算、元器件的選用、計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)硬件的仿真、PCB板的設(shè)計(jì)、電路的安裝和調(diào)試，最后完成達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。</p><p><b>　　二、基本要求</b></p><p>　　1、依據(jù)性能指標(biāo)和器件狀況，設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源電子電路，并計(jì)算器件參數(shù)確定選擇器件。（含散熱設(shè)計(jì)）；</p><p>　　2、以本工程訓(xùn)練

14、為實(shí)例先學(xué)習(xí)Altium Designer基本知識(shí)，并運(yùn)用其繪制電源sch原理圖和PCB圖；</p><p>　　3、學(xué)習(xí)Proteus知識(shí)，對(duì)本電源電路進(jìn)行仿真，最終確定sch和pcb圖；</p><p>　　4、掌握電子電路板制作的全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)電源的制作；</p><p>　　5、測(cè)量電源相關(guān)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，完成系統(tǒng)調(diào)試。</p><p>

15、　　1.2 基本知識(shí)介紹</p><p><b>　　一、電源變壓器知識(shí)</b></p><p>　　1． 初級(jí)(Primary Winding)：是指電源變壓器的電源輸入端。</p><p>　　2． 次級(jí)(Secondary Winding)：是指電源變壓器的輸出端。</p><p>　　3．額定輸入電壓U：是指電

16、源變壓器的初級(jí)所接上的電壓，也就是電源變壓器的工作電壓。對(duì)GS變壓器來(lái)說(shuō)，U＝230V；對(duì)BS變壓器來(lái)說(shuō)，U＝240V。</p><p>　　4．空載電流I：是指電源變壓器的初級(jí)接上額定輸入電壓U而次級(jí)不帶負(fù)載（即開(kāi)路）時(shí)，流過(guò)初級(jí)的電流。I與變壓器的設(shè)計(jì)有關(guān)，即使是兩個(gè)不同廠家生產(chǎn)的相同規(guī)格的電源變壓器，其I也可能不同。</p><p>　　5． 空載電壓U：是指變壓器初級(jí)接受上額定輸入

17、電壓U次級(jí)不帶負(fù)載（即開(kāi)路）時(shí)，次級(jí)兩端的電壓。U與變壓器的設(shè)計(jì)有關(guān)，即使是兩個(gè)不同廠家生產(chǎn)的相同規(guī)格的電源變壓器，其U也可能不同。</p><p>　　6． 負(fù)載電流I：是指變壓器初級(jí)接上額定輸入電壓U，次級(jí)接上額定負(fù)載時(shí)，流過(guò)負(fù)載的電流。</p><p>　　7． 負(fù)載電壓U：是指變壓器初級(jí)接上額定輸入電壓U，次級(jí)接上額定負(fù)載時(shí)，負(fù)載兩端的電壓。</p><p>

18、;　　8． 定輸出功率P：是指變壓器在額定輸入電壓U時(shí)的輸出功率，它表示變壓器傳送能量的大小。一般來(lái)說(shuō)，在相同頻率下，P越大，變壓器的尺寸越大；P相同，即使輸出電壓U不同，變壓器的尺寸也相同，即變壓器的價(jià)格也應(yīng)相差無(wú)幾。 </p><p>　　由公式P=U*I可知若輸出功率P一定，若輸出電壓U越高，則輸出電流I越低。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)輸出功率P=10VA的變壓器，若輸出電壓U=24V，則輸出電流I= P/U=10VA

19、/24V＝ 0.416A；若U=12V， 則輸出電流I=0.833A。</p><p>　　電源變壓器：將電網(wǎng)交流電壓變?yōu)檎麟娐匪璧慕涣麟妷?，一般次?jí)電壓u2較小。</p><p>　　變壓器副邊與原邊的功率比為P2/ P1=η，式中η是變壓器的效率。</p><p>　　對(duì)于本次工程訓(xùn)練對(duì)電源變壓器的要求主要為次級(jí)空載電壓大小，額定輸出功率，變壓器的額定容量，

20、所以在本次工程訓(xùn)練中選擇的是小型單相式變壓器，有四組輸出線分別為7V、10V、17V、10V。可根據(jù)具體功率及計(jì)算要求選擇。</p><p><b>　　二、整流電路</b></p><p><b>　　1、半波整流電路</b></p><p>　　由以上圖可知，半波整流電路的利用率低，一般不采用。</p>

21、<p><b>　　2、全波整流電路</b></p><p>　　由于變壓器副線圈的接線較復(fù)雜，在實(shí)際中葉一般不采用。</p><p><b>　　3、橋式整流電路</b></p><p>　　電路工作原理:利用二極管正向?qū)ǚ聪蚪刂沟墓ぷ髟?當(dāng)U2為正半周時(shí)二極管D1、D3導(dǎo)通,D2\D4截止當(dāng)U2為負(fù)半周時(shí)

22、二極管D2、D4導(dǎo)通, D1、D3截止。而流過(guò)負(fù)載的電流的方向是一致的,在負(fù)載形成單方向的全波脈動(dòng)電壓。.從而實(shí)現(xiàn)將交流的電壓變?yōu)橹绷麟妷?主要參數(shù)：Uo=0.9*Ui 脈動(dòng)系數(shù):S=0.67 選管原則: If ≥ 1/2Io    Ur   ≥  1.414U2結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單性能優(yōu)越，絕大多數(shù)整流電路采用橋式整流電路，所以本次工程訓(xùn)練采用橋式整流。</p><

23、p><b>　　三、濾波電路</b></p><p>　　濾波電路主要有：電容濾波、RC-∏型濾波、LV-∏型濾波、L濾波，LC濾波，其中LC濾波電路在負(fù)載電流較大或較小時(shí)，均有較佳的濾波特性，故LC濾波對(duì)負(fù)載的適應(yīng)性最強(qiáng)，整流管的沖擊電流小，特別適用在電流變化較大的場(chǎng)合， 所以本電路采用LC濾波電路，</p><p><b>　　LC 濾波波形<

24、;/b></p><p>　　電路利用電感器兩端的電流不能突變的特點(diǎn)，把電感器與負(fù)載串聯(lián)起來(lái)，以達(dá)到使輸出電流平滑的目的。從能量的觀點(diǎn)看，當(dāng)電源提供的電流增大（由電源電壓增加引起）時(shí),電感器L把能量存儲(chǔ)起來(lái)；而當(dāng)電流減小時(shí)，又把能量釋放出來(lái)，使負(fù)載電流平滑，所以電感L有平波作用,再并上一個(gè)電容,利用電容的充放電作用,使得負(fù)載電流較大時(shí)或較小時(shí)均有較佳的濾波能力. 主要參數(shù):LC濾波電路的直流輸出電壓,如忽

25、略電感上的壓降,則輸出直流電壓等于全波整流的輸出電壓,則有  Uo=0.9U2</p><p><b>　　四、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　穩(wěn)壓電路：它能在電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流的變化時(shí)，保持輸出直流電壓的穩(wěn)定。它是直流穩(wěn)壓電源的重要組成部分，決定著直流電源的重要性能指標(biāo)。</p><p>　　穩(wěn)壓電路的主要指標(biāo)：<

26、/p><p>　　1．穩(wěn)壓電路的主要指標(biāo)穩(wěn)壓系數(shù)Sr和穩(wěn)壓電路的輸出電阻</p><p>　　穩(wěn)壓系數(shù)Sr：穩(wěn)壓系數(shù)是在有負(fù)載固定不變的前提下，輸出電壓的相對(duì)變化量△Uo/Uo與穩(wěn)壓電路輸入電壓相對(duì)變化量△Ui/Ui之比，即：  該指標(biāo)反映了電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響。此外穩(wěn)壓電路輸入電壓Usc就是整流濾波以后的直流電壓。</p><p>　　2．穩(wěn)壓

27、電路的輸出電阻  </p><p>　　輸出電阻可以衡量穩(wěn)壓電路受載電阻的影響程度,即： 除了上述兩個(gè)指標(biāo)外,有時(shí)還用其它指標(biāo):電壓調(diào)整率，指當(dāng)電網(wǎng)電壓（u2）變化10%時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量；電流調(diào)整率，指當(dāng)輸出電流Io從零到最大時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化 ；最大波紋電壓，反映在輸出端存在的HZ或者100Hz交流分量，通常以有效值或峰—峰值表示；溫度系數(shù)，指電網(wǎng)電壓和負(fù)載都不變時(shí)，由于溫度變化面引起的輸

28、出電壓漂移等。 直流穩(wěn)壓電路的類型很多，有：硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路、串聯(lián)某型穩(wěn)壓電路、集成穩(wěn)壓電路，開(kāi)關(guān)穩(wěn)奪電路，其中集成穩(wěn)壓電路相對(duì)于其它類型的穩(wěn)奪電路來(lái)講具有體積小、穩(wěn)定性高、輸出電阻小、溫度性能好、使用方便、外圍元件少等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。集成穩(wěn)壓器有兩種：輸出固定電壓和可調(diào)輸出電壓的穩(wěn)壓塊。</p><p>　　1.3 主要元器件簡(jiǎn)介</p><p><b&g

29、t;　　一、三極管：</b></p><p>　　（1）、9013 NPN 低頻放大 40V－50V 0.5A 0.625W 150MHZ hFE：100～1000 (放大倍數(shù)分段可選</p><p>　　（2）、9012 PNP 50V 500mA 600mW 低頻管 放大倍數(shù)30-90</p><p>　　（3）、大功率三極管 2SC2563

30、 NPN 通用參數(shù)： 8.0A/120V</p><p>　　二、常用整流二極管參數(shù) </p><p>　　IN5399 耐壓1000V 1.5A</p><p>　　1N4007 硅整流二極管 1000V, 1A,</p><p>　　1N4735A 1W 6.2V穩(wěn)壓管</p><p>　　1

31、N4727A 1W 3V穩(wěn)壓管</p><p><b>　　三、芯片</b></p><p>　　1、數(shù)顯部分芯片：ICL7107(31/2位雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，)主要參數(shù)： 電源電壓 ICL7107 V+ to GND 6V </p><p>　　溫度范圍 0℃ to 70℃ </p><p>　　ICL7107

32、 V- to GND -9V </p><p>　　熱電阻 PDIP封裝 qJA(℃/W) 50 </p><p>　　MQFP封裝 80 </p><p>　　模擬輸入電壓 V+ to V- 最大結(jié)溫 150℃ </p><p>　　參考輸入電壓 V+ to V- 最高儲(chǔ)存溫度范圍 -65℃ to 150℃ </p>

33、;<p>　　時(shí)鐘輸入 GND to V+ </p><p>　　2、 7805芯片 輸出5V電壓 具體參數(shù)見(jiàn)集成電路查詢網(wǎng)</p><p><b>　　四、電磁繼電器</b></p><p>　　電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁

34、效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。</p>

35、;<p>　　二 分立式元器件串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　2.1串穩(wěn)壓電路原理</p><p>　　當(dāng)電網(wǎng)電壓降低或負(fù)載電阻減小而使輸出端電壓有所降低時(shí)，其取樣電壓UB2相應(yīng)減小，T2基極電位降低。但因T2發(fā)射極電位既穩(wěn)壓管的穩(wěn)定Uz保持不變，所以發(fā)射極電壓UBE2減小，導(dǎo)致T2集電極電流減小而集電極電位Uc2升高，由于放大管T2的集電極與調(diào)整管T1的

36、基極接在一起，故T1基極電位升高，導(dǎo)致集電極電流增大而管壓降UCE1減小。因?yàn)門1與RL串聯(lián)，所以，輸出電壓Uo基本不變。</p><p>　　同理，當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載發(fā)生變化引起輸出電壓Uo增大時(shí)，通過(guò)取樣、比較放大、調(diào)整等過(guò)程，將使調(diào)整管的管壓降UCE1增加，結(jié)果抑制了輸出端電壓的增大，輸出電壓仍基本保持不變。</p><p>　　調(diào)節(jié)電位器Rp，可對(duì)輸出電壓進(jìn)行微調(diào)。從圖可見(jiàn)，調(diào)整管

37、T1與負(fù)載電阻RL組成的是射極輸出電路，所以具有穩(wěn)定輸出電壓的特點(diǎn)。</p><p>　　在串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路的工作過(guò)程中，要求調(diào)整管始終處在放大狀況。通過(guò)調(diào)整管的電流等于負(fù)載電流，因此必須選用適當(dāng)?shù)拇蠊β使茏髡{(diào)整管，并按規(guī)定安裝散熱裝置。為了防止短路或長(zhǎng)期過(guò)載燒壞調(diào)整管，在直流穩(wěn)壓器中一般還設(shè)有短路保護(hù)和過(guò)載保護(hù)等電路。</p><p>　　2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理圖</p>

38、<p>　　2.3 電路整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與各部分相關(guān)參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源電路可分為以下幾個(gè)模塊：</p><p>　　變壓器（220V50Hz）→整流→濾波→穩(wěn)壓電路（反饋調(diào)整、取樣電路）→穩(wěn)定直流</p><p><b>　　一、整流電路</b></p><p>　　1、整流輸出電壓平

39、均值：（Uo）</p><p>　　Uo= 1/2ρ∫02ρuod(wt)=0.9U2</p><p><b>　　、脈動(dòng)系數(shù)S </b></p><p>　　S定義為：整流輸出電壓的基波峰值Uom與平均值Uo的比值。</p><p>　　所以 ，經(jīng)計(jì)算知 S=2/3≈0.67</p><p>&

40、lt;b>　　二、濾波電路</b></p><p>　　RLC愈大→電容放電越慢 →Uo越大 一般取</p><p>　　td=RLC≥(3~5)T/2 ( T :電源電壓的周期)</p><p>　　近似估算：Uo=1.2U2</p><p>　　三、穩(wěn)壓輸出電路部分相關(guān)參數(shù)的計(jì)算</p><p&g

41、t;　　可分析得知該電路具有穩(wěn)壓功能。</p><p>　　對(duì)應(yīng)原理圖看有(一個(gè)檔位)：</p><p>　　UQ5b=（R1+R4）Uo/(R1+R4+R8)</p><p>　　所以, 輸出最小：</p><p>　　Uo=(R1+R4+R8) UQ5b/(R4+R8) 負(fù)載上的平均電流：IL=0.9U2/RL</p>

42、<p><b>　　2</b></p><p><b>　　輸出最大：</b></p><p>　　Uo= (R1+R4+R8) UQ5b/R5</p><p><b>　　2.4電路選擇</b></p><p>　　根據(jù)所給的電路性能指標(biāo)，初選直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)原理

43、圖如下：</p><p><b>　　變壓部分</b></p><p>　　這一部分主要計(jì)算變壓器B1次級(jí)輸出電壓（UB1）O和變壓器的功率PB1。</p><p>　　一般整流濾波電路有2V以上的電壓波動(dòng)（設(shè)為ΔUD）。調(diào)整管T1的管壓降（UT1）CE應(yīng)維持在3V以上，才能保證調(diào)整管T1工作在放大區(qū)。整流輸出電壓最大值為15V。根據(jù)第二章《常

44、用整流濾波電路計(jì)算表》可知，橋式整流輸出電壓是變壓器次級(jí)電壓的1.2倍。</p><p>　　當(dāng)電網(wǎng)電壓下降－10％時(shí)，變壓器次級(jí)輸出的電壓應(yīng)能保證后續(xù)電路正常工作，那么變壓器B1次級(jí)輸出電壓（UB1）OMIN應(yīng)該是：</p><p>　?。║B1）OMIN＝（ΔUD＋（UT1）CE＋（UO）MAX）÷1.2</p><p>　?。║B1）OMIN＝（2V

45、＋3V＋15V）÷1.2＝20V÷1.2＝16.67V</p><p>　　則變壓器B1次級(jí)額定電壓為：</p><p>　?。║B1）O＝（UB1）OMIN÷0.9</p><p>　?。║B1）O＝16.67V÷0.9＝18.5V</p><p>　　當(dāng)電網(wǎng)電壓上升＋10％時(shí)，變壓器B1的輸出功率最

46、大。這時(shí)穩(wěn)壓電源輸出的最大電流（IO）MAX為500mA。此時(shí)變壓器次級(jí)電壓（UB1）OMAX為： </p><p>　?。║B1）OMAX＝（UB1）O×1.1</p><p>　?。║B1）OMAX＝18.5V×1.1＝20.35V</p><p>　　變壓器B1的設(shè)計(jì)功率為：</p><p>　　PB1＝（UB1）O

47、MAX×（IO）MAX</p><p>　　PB1＝20.35V×500mA＝10.2VA</p><p>　　為保證變壓器留有一定的功率余量，確定變壓器B1的額定輸出電壓為18.5V，額定功率為12VA。實(shí)際購(gòu)買零件時(shí)如果沒(méi)有輸出電壓為18.5V的變壓器可以選用輸出電壓為18V或以上的變壓器。當(dāng)選用較高輸出電壓的變壓器時(shí)，后面各部分電路的參數(shù)需要重新計(jì)算，以免由于電壓

48、過(guò)高造成元件損壞。</p><p><b>　　整流部分</b></p><p>　　這一部分主要計(jì)算整流管的最大電流（ID1）MAX和耐壓（VD1）RM。由于四個(gè)整流管D1～D4參數(shù)相同，所以只需要計(jì)算D1的參數(shù)。</p><p>　　根據(jù)第二章《常用整流濾波電路計(jì)算表》可知，整流管D1的最大整流電流為：</p><p&g

49、t;　?。↖D1）MAX＝0.5×IO</p><p>　　（ID1）MAX＝0.5×500mA＝0.25A</p><p>　　考慮到取樣和放大部分的電流，可選取最大電流（ID1）MAX為0.3A。</p><p>　　整流管D1的耐壓（VD1）RM即當(dāng)市電上升10％時(shí)D1兩端的最大反向峰值電壓為：</p><p>　　

50、（VD1）RM≈1.414×（UB1）OMAX＝1.414×1.1×（UB1）O≈1.555×（UB1）O</p><p>　?。╒D1）RM≈1.555×18.5V≈29V</p><p>　　得到這些參數(shù)后可以查閱有關(guān)整流二極管參數(shù)表，這里我們選擇額定電流1A，反向峰值電壓50V的IN4001作為整流二極管。</p>&l

51、t;p><b>　　濾波部分</b></p><p>　　這里主要計(jì)算濾波電容的電容量C1和其耐壓VC1值。</p><p>　　根據(jù)根據(jù)第二章濾波電容選擇條件公式可知濾波電容的電容量為（3－5）×0.5×T÷R，一般系數(shù)取5，由于市電頻率是50Hz，所以T為0.02S，R為負(fù)載電阻。</p><p>　　當(dāng)

52、最不利的情況下，即輸出電壓為15V，負(fù)載電流為500mA時(shí)：</p><p>　　C1＝5×0.5×T÷（UO÷IO）</p><p>　　C1＝5×0.5×0.02S÷（15V÷0.5A）≈1666μF</p><p>　　當(dāng)市電上升10％時(shí)整流電路輸出的電壓值最大，此時(shí)濾波電容承受的

53、最大電壓為：</p><p>　　VC1＝（UB1）OMAX＝20.35V</p><p>　　實(shí)際上普通電容都是標(biāo)準(zhǔn)電容值，只能選取相近的容量，這里可以選擇2200μF的鋁質(zhì)電解電容。耐壓可選擇25V以上，一般為留有余量并保證長(zhǎng)期使用中的安全，可將濾波電容的耐壓值選大一點(diǎn)，這里選擇35V。</p><p><b>　　調(diào)整部分</b><

54、/p><p>　　調(diào)整部分主要是計(jì)算調(diào)整管T1和T2的集電極－發(fā)射極反向擊穿電壓（BVT1）CEO，最大允許集電極電流（IT1）CM，最大允許集電極耗散功率（PT1）CM。</p><p>　　在最不利的情況下，市電上升10％，同時(shí)負(fù)載斷路，整流濾波后的出電壓全部加到調(diào)整管T1上，這時(shí)調(diào)整管T1的集電極－發(fā)射極反向擊穿電壓（BVT1）CEO為：</p><p>　?。˙

55、VT1）CEO＝（UB1）OMAX＝20.35V</p><p>　　考慮到留有一定余量，可取（BVT1）CEO為25V。</p><p>　　當(dāng)負(fù)載電流最大時(shí)最大允許集電極電流（IT1）CM為：</p><p>　　（IT1）CM＝IO＝500mA</p><p>　　考慮到放大取樣電路需要消耗少量電流，同時(shí)留有一定余量，可取（IT1）CM

56、為600mA。</p><p>　　這樣大允許集電極耗散功率（PT1）CM為：</p><p>　?。≒T1）CM＝（（UB1）OMAX－UOMIN）×（IT1）CM</p><p>　　（PT1）CM＝（20.35V-6V）×600mA＝8.61W</p><p>　　考慮到留有一定余量，可?。≒T1）CM為10W。&l

57、t;/p><p>　　查詢晶體管參數(shù)手冊(cè)后選擇3DD155A作為調(diào)整管T1。該管參數(shù)為：PCM＝20W，ICM＝1A，BVCEO≥50V，完全可以滿足要求。如果實(shí)在無(wú)法找到3DD155A也可以考慮用3DD15A代替，該管參數(shù)為：PCM＝50W，ICM＝5A，BVCEO≥60V。</p><p>　　選擇調(diào)整管T1時(shí)需要注意其放大倍數(shù)β≥40。 </p><p>　　調(diào)整

58、管T2各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算原則與T1類似，下面給出各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算過(guò)程。</p><p>　?。˙VT2）CEO＝（BVT1）CEO＝（UB1）OMAX＝20.35V</p><p>　　同樣考慮到留有一定余量，?。˙VT2）CEO為25V。</p><p>　?。↖T2）CM＝（IT1）CM÷βT1</p><p>　　（IT2）CM＝6

59、00mA÷40＝15mA</p><p>　　（PT2）CM＝（（UB1）OMAX－UOMIN）×（IT2）CM</p><p>　?。≒T2）CM＝（20.35V－6V）×15mA＝0.21525W</p><p>　　考慮到留有一定余量，可取（PT2）CM為250mW。</p><p>　　查詢晶體管參數(shù)手冊(cè)

60、后選擇3GD6D作為調(diào)整管T2。該管參數(shù)為：PCM＝500mW，ICM＝20mA，BVCEO≥30V，完全可以滿足要求。還可以采用9014作為調(diào)整管T2，該管參數(shù)為：PCM＝450mW，ICM＝100mA，BVCEO≥45V，也可以滿足要求。</p><p>　　選擇調(diào)整管T2時(shí)需要注意其放大倍數(shù)β≥80。</p><p>　　則此時(shí)T2所需要的基極驅(qū)動(dòng)電流為：</p>&l

61、t;p>　　（IT2）MAX＝（IT2）CM÷βT1＝15mA÷80＝0.1875mA</p><p><b>　　基準(zhǔn)電源部分</b></p><p>　　基準(zhǔn)電源部分主要計(jì)算穩(wěn)壓管D5和限流電阻R2的參數(shù)。</p><p>　　穩(wěn)壓管D5的穩(wěn)壓值應(yīng)該小于最小輸出電壓UOMIN，但是也不能過(guò)小，否則會(huì)影響穩(wěn)定度。這里

62、選擇穩(wěn)壓值為3V的2CW51，該型穩(wěn)壓管的最大工作電流為71mA，最大功耗為250mW。為保證穩(wěn)定度，穩(wěn)壓管的工作電流ID5應(yīng)該盡量選擇大一些。而其工作電流ID5＝（IT3）CE＋I(xiàn)R2，由于（IT3）CE在工作中是變化值，為保證穩(wěn)定度取IR2＞＞（IT3）CE，則ID5≈IR2。</p><p>　　這里初步確定IR2MIN＝8mA，則R2為：</p><p>　　R2＝（UOMIN－U

63、D5）÷IR2MIN</p><p>　　R2＝（6V－3V）÷8mA＝375Ω</p><p>　　實(shí)際選擇時(shí)可取R2為390Ω</p><p>　　當(dāng)輸出電壓UO最高時(shí)，IR2MAX為：</p><p>　　IR2MAX＝UOMAX÷R2</p><p>　　IR2MAX＝15V

64、47;390≈38.46mA</p><p>　　這時(shí)的電流IR2MAX小于穩(wěn)壓管D5的最大工作電流，可見(jiàn)選擇的穩(wěn)壓管能夠安全工作。</p><p><b>　　取樣部分</b></p><p>　　取樣部分主要計(jì)算取樣電阻R3、R4、R5的阻值。</p><p>　　輸出電壓：Ub3MAX =（R4＋R5）÷

65、（R3＋R4＋R5）×UO</p><p>　　UOMIN =（R3＋R4＋R5）÷（R4＋R5）×Ub3MAX</p><p>　　Ub3MIN = R5÷（R3＋R4＋R5）×UO</p><p>　　UOMAX =（R3＋R4＋R5）÷R5 × Ub3MIN</p><

66、;p>　　其中Ub3 = UD5＋（UT3）BE</p><p>　　即可根據(jù)電阻的取值求出UO 的范圍</p><p>　　電路同時(shí)接入T3的基極，為避免T3基極電流IT3B對(duì)取樣電路分壓比產(chǎn)生影響，需要讓IT3B＞＞IR3。另外為了保證穩(wěn)壓電源空載時(shí)調(diào)整管能夠工作在放大區(qū)，需要讓IR3大于調(diào)整管T1的最小工作電流（IT1）CEMIN。由于3DD155A最小工作電流（IT1）CE

67、MIN為1mA，因此取IR3MIN＝10mA。則可得：</p><p>　?。?）當(dāng)輸出電壓的檔位為3~8V時(shí)，UD5 =2V</p><p>　　變壓器B1次級(jí)輸出電壓即UIMIN 應(yīng)該是：</p><p>　　UIMIN = （UD5＋（UT3）BE + UOMAX ）÷1.2</p><p>　　=（2V+3V+8V）

68、÷1.2</p><p><b>　　=10V</b></p><p>　　R3＋R4＋R5＝UOMIN÷IR3MIN</p><p>　　R3＋R4＋R5＝3V÷10mA＝300Ω</p><p>　　當(dāng)輸出電壓UO＝3V時(shí)：</p><p>　　UD5＋（UT3）

69、BE＝（R4＋R5）÷（R3＋R4＋R5）×UO</p><p>　?。≧4＋R5）＝（UD5＋（UT3）BE）×（R3＋R4＋R5）÷UO</p><p>　　（R4＋R5）＝（2V＋0.7V）×300Ω÷3V＝270Ω</p><p>　　當(dāng)輸出電壓UO＝8V時(shí)：</p><p>

70、;　　UD5＋（UT3）BE＝R5÷（R3＋R4＋R5）×UO</p><p>　　R5＝（UD5＋（UT3）BE）×（R3＋R4＋R5）÷UO</p><p>　　R5＝（2V＋0.7V）×300Ω÷8V＝100Ω</p><p>　　實(shí)際選擇時(shí)可取R5為470Ω。R3為430Ω。但實(shí)際選擇時(shí)可取R3為2

71、20Ω。</p><p>　　(2)當(dāng)輸出電壓的檔位為8~15V時(shí)，UD5 =6.2V</p><p>　　變壓器B1次級(jí)輸出電壓即UIMIN 應(yīng)該是：</p><p>　　UIMIN = （UD5＋（UT3）BE + UOMAX ）÷1.2</p><p>　　=（2V+3V+15V）÷1.2</p>

72、<p><b>　　=17V</b></p><p>　　同理可計(jì)算出R3=120Ω，R5=240Ω</p><p><b>　　放大部分</b></p><p>　　放大部分主要是計(jì)算限流電阻R1和比較放大管T3的參數(shù)。由于這部分電路的電流比較小，主要考慮T3的放大倍數(shù)β和集電極－發(fā)射極反向擊穿電壓（BVT

73、1）CEO。</p><p>　　這里需要T3工作在放大區(qū)，可通過(guò)控制T3的集電極電流（IT3）C來(lái)達(dá)到。而（IT3）C是由限流電阻R1控制，并且有：</p><p>　　IR1＝（IT3）C＋（IT2）B</p><p>　　一方面，為保證T1能夠滿足負(fù)載電流的要求，要求滿足IR1＞（IT2）B；另一方面，為保證T3穩(wěn)定工作在放大區(qū)，以保證電源的穩(wěn)定度，其集電極電

74、流（IT3）C不能太大。</p><p>　　這里可以選IR1為1mA，當(dāng)輸出電壓最小時(shí)，則R1為：</p><p>　　R1＝（（UB1）O－UO－（UT1）BE－（UT2）BE）÷IR1</p><p>　　R1＝（15V－6V－0.7V－0.7V）÷1mA＝7.6KΩ</p><p>　　實(shí)際選擇時(shí)可取R1為7.5

75、KΩ。</p><p>　　當(dāng)輸出電壓最大時(shí)，IR1為：</p><p>　　IR1＝（（UB1）O－UO－（UT1）BE－（UT2）BE）÷R1</p><p>　　IR1＝（15V－6V－0.7V－0.7V）÷7.5 KΩ≈1.013mA</p><p>　　可見(jiàn)當(dāng)輸出電壓最大時(shí)IR1上升幅度僅1％，對(duì)T3工作點(diǎn)影響不

76、大，可滿足要求。</p><p>　　由于放電電路的電流并不大，各項(xiàng)電壓也都小于調(diào)整電路，可以直接選用3GD6D或9014作為放大管T3。</p><p>　　通過(guò)前面的計(jì)算，已經(jīng)得到了所有元件的參數(shù)。可以將這些參數(shù)標(biāo)注到圖4－3－1中，這樣就得到完整的串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電源電路圖，見(jiàn)圖4－3－2。這里計(jì)算的其實(shí)都還只是初步的參數(shù)，實(shí)際組裝完畢后應(yīng)該仔細(xì)測(cè)量電源的各項(xiàng)指標(biāo)是否符合要求，各部分元

77、件工作是否正常。如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況作出調(diào)整。根據(jù)調(diào)整的結(jié)果來(lái)修正原理圖中的電路參數(shù)，最終完成穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)。(如下：)</p><p><b>　　仿真實(shí)物圖</b></p><p><b>　　2、繪制原理圖</b></p><p><b>　　(1）選擇元器件</b></p>

78、;<p>　?。?）放置并連接元件</p><p>　　3、由原理圖導(dǎo)成PCB圖</p><p>　　三 PCB板的制作與元器件的安裝</p><p>　　PCB板的制作流程介紹</p><p>　　PCB板制作的一般流程：</p><p>　　設(shè)計(jì)繪制原理圖→導(dǎo)成PCB圖→打印輸出（熱轉(zhuǎn)印紙）

79、 ↓</p><p>　　金屬焊盤鉆孔← 腐蝕（留下電子線路）← 利用熱轉(zhuǎn)印法將PCB圖轉(zhuǎn)到敷銅板 </p><p><b>　　↓</b></p><p>　　焊接安裝元器件→ 調(diào)試→ 成品</p><p>　　3.2打印PCB圖，熱轉(zhuǎn)印，

80、腐蝕，鉆孔，完成PCB板的制作。</p><p>　　3.3 安裝元器件</p><p>　　利用烙鐵焊錫焊接，對(duì)照原理圖或PCB圖焊接安裝元器件。（注意焊接要牢固不要有虛焊點(diǎn)）</p><p>　　四 調(diào)試分析與性能測(cè)試</p><p>　　我們將所有的元器件安裝完成后，必須仔細(xì)對(duì)照電路圖檢查線路是否正確，看有沒(méi)有接錯(cuò)的地方。然后接通22

81、0V電源，按下主電路開(kāi)關(guān)SW1，用萬(wàn)用表檢測(cè)輸出端有無(wú)電壓輸出，若無(wú)電壓輸出，則檢測(cè)輸出端以前的電路每點(diǎn)的電位，找到電位異常的點(diǎn)后，可斷開(kāi)電源，仔細(xì)分析原因，檢測(cè)此部位的元器件是否存在有虛焊的情況，用萬(wàn)用表的蜂鳴檔檢測(cè)是否有短路或是開(kāi)路。對(duì)電路整體進(jìn)行分析排查，看是否有元器件因?yàn)槟滁c(diǎn)的短路而燒壞的，逐級(jí)進(jìn)行。反復(fù)調(diào)試，直到找到原因所在。</p><p>　　調(diào)試完成后，測(cè)試主電路的輸出范圍，是否滿足3~8V 8~

82、15V兩個(gè)檔位。觀察電主路輸出電壓實(shí)際值為多少，一般做出來(lái)之后兩檔范圍在4~10V 11~20V左右，在仔細(xì)分析產(chǎn)生誤差的原因，可知由于取樣電路的的阻值與理論計(jì)算值是存在一定的差異，可以對(duì)照原理圖將取樣部分的電阻R5、R6、R7、R8全都換成500Ω精密可調(diào)電阻，調(diào)動(dòng)這些可調(diào)電阻，使其輸出電壓的范圍在3~8V 與 8~15V兩個(gè)檔位之間連續(xù)變化。這樣，整個(gè)直流穩(wěn)壓電源就做好了。</p><p><b>

83、　　五 心得體會(huì)</b></p><p><b>　　六 元件清單</b></p><p>　　串聯(lián)型穩(wěn)壓電源元器件清單如下：</p><p>　　參考文獻(xiàn)（References）</p><p>　　（1）童詩(shī)白主編 《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》.北京:高等教育出版社 </p><p>