課程設(shè)計(jì)----串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源

1、<p><b>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題目： 串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源</p><p>　　時(shí)間：2011 年12月 26日 ~2011 年 12 月 30日</p><p>　　串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)題目</b></

2、p><p>　　題目：串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源</p><p>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)并制作用晶體管、集成運(yùn)算放大器電阻、電阻器、電容組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　指標(biāo)：1、輸入電壓：220V,50Hz;</p><p>　　2、輸出電壓：6V-15V；</p><p>　　3、輸出電流：最大電流為100mA

3、；</p><p>　　4、保護(hù)電路：過流保護(hù)、短路保護(hù)。</p><p>　　5、驅(qū)動(dòng)負(fù)載：120Ω<RL<240Ω</p><p>　　三、理電路和程序設(shè)計(jì)：</p><p>　　一 電路原理方框圖：</p><p><b>　　二原理說明：</b></p><

4、p>　　單相橋式整流電路可以將單相交流電變換為直流電；</p><p>　　整流后的電壓脈動(dòng)較大，需要濾波后變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓用來供電；</p><p>　　濾波后的輸出電壓容易隨電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化波動(dòng)不利于設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行；</p><p>　　將輸出電壓經(jīng)過穩(wěn)壓電路后輸出電壓不會(huì)隨電網(wǎng)和負(fù)載的變化而變化從而提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，保障設(shè)備的正常使

5、用；</p><p>　　關(guān)于輸出電壓在不同檔位之間的變換，可以將穩(wěn)壓電源的電壓設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)電壓再對(duì)其進(jìn)行變換，電壓在檔位間的調(diào)節(jié)可以通過調(diào)節(jié)電位器來進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　四：方案選擇</b></p><p><b>　　一：變壓、濾波電路</b></p><p

6、>　　電路原理圖如圖1所示：</p><p>　　圖1 變壓和濾波電路</p><p><b>　　二：穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　方案：該方案穩(wěn)壓電路部分如圖3所示，穩(wěn)壓部分由調(diào)整管（Q1），比較電路（集成運(yùn)放U2A），基準(zhǔn)電壓電路（穩(wěn)壓管D1 BZV55-B3V0），采樣電路組成（采樣電路由R2、R3、R4、R5組成）。當(dāng)

7、采樣電路的輸出端電壓升高（降低）時(shí)采樣電路將這一變化送到A的反相輸入端，然后與同相輸入端的電位進(jìn)行比較放大，運(yùn)放的輸出電壓，即調(diào)整管的基極電位降低（升高）；由于電路采用射極輸出形式，所以輸出電壓必然降低（升高），從而使輸出電壓得到穩(wěn)定。</p><p>　　圖3 穩(wěn)壓部分單元電路</p><p>　　三：電路框圖和電路圖</p><p>　　整體電路的框架如下圖所示

8、，先有變壓器對(duì)其進(jìn)行變壓，變壓后再對(duì)其進(jìn)行整流，整流后是高低頻的濾波電路，最后是由采樣電路、比較放大電路和基準(zhǔn)電路三個(gè)小的單元電路組成的穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓后為了進(jìn)一步得到更加穩(wěn)定的電壓，在穩(wěn)壓電路后再對(duì)其進(jìn)行，最后得到濾波穩(wěn)壓電源。</p><p><b>　　圖4電路框圖</b></p><p>　　圖5 串聯(lián)直流穩(wěn)壓總電路圖</p><p>　

9、　五 電路設(shè)計(jì)及元器件選擇；</p><p>　?。?）、變壓器的設(shè)計(jì)和選擇</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)的要求是輸出為3V-15V的穩(wěn)壓電源，輸出電壓較低，而一般的調(diào)整管的飽和管壓降在2-3伏左右，由，為飽和管壓降，而=12V為輸出最大電壓，=3V為最小的輸入電壓，以飽和管壓降=3V計(jì)算，為了使調(diào)整管工作在放大區(qū)，輸入電壓最小不能小于15V，為保險(xiǎn)起見，可以選擇220V-15V的變壓

10、器，再由P=UI可知，變壓器的功率應(yīng)該為1A×15V=15w，所以變壓器的功率絕對(duì)不能低于15w，由于串聯(lián)穩(wěn)壓電源工作時(shí)產(chǎn)生的熱量較大，效率不高，所以變壓器功率需要選擇相對(duì)大些的變壓器。結(jié)合市場(chǎng)上常見的變壓器的型號(hào)，可以選擇常見的變壓范圍為220V-15V，額定功率20W，額定電流2A的變壓器。</p><p>　　（2）、整流電路的設(shè)計(jì)及整流二極管的選擇 </p><p>　　

11、由于輸出電流最大只要求1A，電流比較低，所以整流電路的設(shè)計(jì)可以選擇常見的單相橋式整流電路，由4個(gè)串并聯(lián)的二極管組成，具體電路如圖3所示。</p><p>　　圖6單相橋式整流電路</p><p>　　二極管的選擇：當(dāng)忽略二極管的開啟電壓與導(dǎo)通壓降，且當(dāng)負(fù)載為純阻性負(fù)載時(shí)，我們可以得到二極管的平均電壓為：</p><p><b>　　===0.9</b

12、></p><p>　　其中為變壓器次級(jí)交流電壓的有效值。我們可以求得=17v。</p><p>　　對(duì)于全波整流來說，如果兩個(gè)次級(jí)線圈輸出電壓有效值為，則處于截止?fàn)顟B(tài)的二極管承受的最大反向電壓將是，即為42.42v</p><p>　　考慮電網(wǎng)波動(dòng)（通常波動(dòng)為10%，為保險(xiǎn)起見取30%的波動(dòng)）我們可以得到實(shí)際的應(yīng)該大于22.1V，最大反向電壓應(yīng)該大于55.2

13、V。在輸出電流最大為1A的情況下我們可以選擇額定電流為2A，反向耐壓為1000V的二極管IN4007.</p><p>　?。?）、濾波電容的選擇</p><p>　　當(dāng)濾波電容偏小時(shí)，濾波器輸出電壓脈動(dòng)系數(shù)大；而偏大時(shí)，整流二極管導(dǎo)通角θ偏小，整流管峰值電流增大。不僅對(duì)整流二極管參數(shù)要求高，另一方面，整流電流波形與正弦電壓波形偏離大，諧波失真嚴(yán)重，功率因數(shù)低。所以電容的取值應(yīng)當(dāng)有一個(gè)范圍

14、，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1A時(shí)，我們可以求得電路的負(fù)載為18Ω時(shí)，我們可以根據(jù)濾波電容的計(jì)算公式：</p><p><b>　　C=(3～5)</b></p><p>　　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1667-2750uF，保險(xiǎn)起見我們可以取標(biāo)準(zhǔn)值為2200uF額

15、定電壓為35V的鋁點(diǎn)解電容。</p><p>　　另外，由于實(shí)際電阻或電路中可能存在寄生電感和寄生電容等因素，電路中極有可能產(chǎn)生高頻信號(hào)，所以需要一個(gè)小的陶瓷電容來濾去這些高頻信號(hào)。我們可以選擇一個(gè)50uF的陶瓷電容來作為高頻濾波電容。</p><p>　?。?）、穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì) </p><p>　　穩(wěn)壓電路組要由四部分構(gòu)成：調(diào)整管，基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路，比較放大電路，采

16、樣電路。當(dāng)采樣電路的輸出端電壓升高（降低）時(shí)采樣電路將這一變化送到A的反相輸入端，然后與同相輸入端的電位進(jìn)行比較放大，運(yùn)放的輸出電壓，即調(diào)整管的基極電位降低（高）；由于電路采用射極輸出形式，所以輸出電壓必然降低（升高），從而使輸出電壓得到穩(wěn)定。由于輸出電流較大，達(dá)到1A，為防止電流過大燒壞調(diào)整管，需要選擇功率中等或者較大的三極管，調(diào)整管的擊穿電流必須大于1A，又由于三極管CE間的承受的最大管壓降應(yīng)該大于15-6=9V，考慮到30%的電網(wǎng)

17、波動(dòng)，我們的調(diào)整管所能承受的最大管壓降應(yīng)該大于13V，最小功率應(yīng)該達(dá)到=6.5W。我們可以選擇適合這些參數(shù)最大功率為60W,最大電流超過6A，所能承受的最大管壓降為100V。基準(zhǔn)電路由3V的穩(wěn)壓管和10KΩ的保護(hù)電阻組成。由于輸出電壓要求為3V-6V、6V-9V和9V-12V，因此采樣電路的采樣電阻應(yīng)該可調(diào)，則采樣電路由一個(gè)電阻和一個(gè)可調(diào)電阻組成，根據(jù)公式：</p><p>　　求出。其中為輸入端的電阻，為輸出端

18、與共地端之間的電阻 ，為穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。.所以根據(jù)此公式可求的電路的輸出電壓為3V-12V?？梢暂敵?V-12V的電壓，運(yùn)放選用工作電壓在15V左右前對(duì)電壓穩(wěn)定性要求不是很高的運(yùn)放，由于AD704JN的工作電壓為正負(fù)12V-正負(fù)22V，范圍較大，可以用其作為運(yùn)放，因?yàn)檎骱蟮碾妷翰▌?dòng)不是很大，所以運(yùn)放的工作電源可以利用整流后的電壓來對(duì)其進(jìn)行供電。為了使輸出電壓更穩(wěn)定，輸出紋波更小，需要對(duì)輸出端進(jìn)行再次濾波，可在輸出端接一個(gè)5uf電容，這

19、樣電源不容易受到負(fù)載的干擾。使得電源的性質(zhì)更好，電壓更穩(wěn)定，</p><p>　　六 畫出系統(tǒng)的電路總圖和元件列出清單</p><p><b>　　圖7 系統(tǒng)總電路圖</b></p><p><b>　　元件清單</b></p><p>　　七、電路的調(diào)試及仿真數(shù)據(jù)</p><p

20、>　　調(diào)節(jié)可變電阻R4，可以得到課程設(shè)計(jì)所要求輸出的3V-15V的電壓，仿真數(shù)據(jù)如下</p><p>　　在高壓的15V輸出時(shí)電壓有0.02V的電壓波動(dòng)，基本上對(duì)輸出的影響不大，可也不考慮其影響；在低壓的5V時(shí)輸出波形為一直線，基本無電壓波動(dòng)符合理論的要求。</p><p>　　直流電壓的輸出波形如圖8所示：</p><p>　　圖9 ：7 V、 11.5 V

21、 輸出波形圖</p><p><b>　　八 總結(jié)</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)運(yùn)用了模擬電路的基本知識(shí)，通過變壓，整流，濾波、穩(wěn)壓等步驟，輸出理論可變范圍為3V-6V、6V-9V、9V-12V ，實(shí)際可調(diào)范圍為3V-5.989V、5.99 V-9.003V-11.832V的直流穩(wěn)壓電源。</p><p><b>　　總結(jié)如

22、下：</b></p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：該電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。輸出電壓穩(wěn)定，紋波值小，而且使用的元件較少，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，輸出功率大，調(diào)整管可承受的范圍也很大。</p><p>　　缺點(diǎn)：電路電壓檔位的調(diào)整如果改用大胡子開關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電源檔位的數(shù)字控制；在調(diào)節(jié)不同檔位時(shí)無外部指示，實(shí)用價(jià)值較低。</p><p><b>　　九 心得體會(huì):</b&g

23、t;</p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)于模電知識(shí)有了更深的了解，尤其是對(duì)串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源方面的知識(shí)有了進(jìn)一步的研究。在電路的仿真過程中也提升了我的動(dòng)手能力，實(shí)踐能力得到了一定的鍛煉，加深了對(duì)模擬電路設(shè)計(jì)方面的興趣，理論與實(shí)踐得到了很好的結(jié)合，加深自己對(duì)實(shí)用價(jià)值和理論的統(tǒng)一的了解。</p><p>　　但對(duì)于理論和實(shí)際應(yīng)用的統(tǒng)一和對(duì)于器件在實(shí)際中的使用還有很大的不足，不能在使用器件

24、時(shí)選擇合適的參數(shù)的器件，不能根據(jù)器件的編號(hào)知道器件的基本功能。在這方面需要很大的提高。</p><p>　　還有自己處理問題的能力還有待提高，遇到問題要能夠冷靜的思考自己是哪里沒有想到位，而不是一味的轉(zhuǎn)牛角尖。</p><p>　　另外,通過這次的設(shè)計(jì)讓我也深深的了解到自己要學(xué)的知識(shí)真的還很多很多，在以后的時(shí)間中，要好好去充實(shí)自己，讓自己更具有競(jìng)爭(zhēng)力！</p><p&g