模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)--直流電源串聯(lián)穩(wěn)壓電路

1、<p>　　課程名稱(chēng): 直流電源串聯(lián)穩(wěn)壓電路</p><p><b>　　系別班級(jí)：XX</b></p><p><b>　　學(xué)生姓名XX</b></p><p><b>　　學(xué)生學(xué)號(hào)： XX</b></p><p>　　指導(dǎo)老師： XX</p>

2、;<p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間： XX</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)并制作一個(gè)直流穩(wěn)壓電源。</p><p><b>　　技術(shù)指標(biāo)及要求：</b></p><p>　　輸出電壓U0在7～9V之間連續(xù)可調(diào);</p><p>

3、　　最大輸出電流IoM=500mA；</p><p>　　電壓調(diào)整率≤0.1%（輸入～220V，變化±10%，滿(mǎn)載）；</p><p>　　負(fù)載調(diào)整率≤1%（輸入電壓～220V，空載到滿(mǎn)載）；</p><p>　　波紋抑制比≥35dB（輸入～220V，滿(mǎn)載）；</p><p>　　有過(guò)流保護(hù)環(huán)節(jié)，在負(fù)載電流為600mA時(shí)實(shí)施動(dòng)作。&

4、lt;/p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)由七個(gè)模塊電路組成：變壓整流濾波電路，調(diào)整電路，過(guò)流保護(hù)電路，比較放大電路，基準(zhǔn)電路，采樣電路，負(fù)載電路。采用分立元件串聯(lián)穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)，使用了NPN晶體管，具有輸出電壓范圍寬，輸出電流大的特點(diǎn)。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案：</b></p

5、><p>　　I. 采用模塊化思想，對(duì)整個(gè)電路以模塊為單位進(jìn)行分析，計(jì)算與論證。</p><p>　　II. 串聯(lián)式穩(wěn)壓電源具有較寬的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍，合理的選擇元器件可以達(dá)到較高的性能指標(biāo)，如：電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率、紋波抑制比等，但效率較低。</p><p>　　III. 針對(duì)設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求，應(yīng)當(dāng)選擇串聯(lián)式穩(wěn)壓電源。</p><p>

6、<b>　　電路的設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　I、變壓整流濾波電路的設(shè)計(jì)： </p><p>　　當(dāng)輸入為Ui220V交流電壓時(shí)，首先通過(guò)變壓器降至UI20V左右交流</p><p>　　電壓。整流部分選用了全波橋式整流電路，輸出U0為25V直流電壓。Uo=1.414UI(1-T/4RLC)</p><p>　　

7、通過(guò)調(diào)整T,RL,C可得UO需要的電壓。</p><p>　　本電路的目的在于從50Hz、220V的交流電壓中得到直流電壓。電路如下圖所示：</p><p>　　II、調(diào)整電路的設(shè)計(jì)：</p><p>　　在串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源中，調(diào)整管是核心元件，它的安全工作是電路正常工作的基礎(chǔ)。調(diào)整管選擇的一般原則：調(diào)整管T1的最大集電極電流Icm、集電極-發(fā)射極最大反向電壓BU

8、ceo、集電極最大功耗Pom應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：</p><p>　　Icm≥1.5Iom(Iom為最大負(fù)載電流)</p><p>　　BUceo≥UiMax-UoMin</p><p>　　Pom≥1.5Icm(UiMax-UoMin)</p><p>　　當(dāng)由于某種原因（如電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電壓的變化等）使輸出電壓Uo升高（降低）時(shí)，采樣電路

9、將這一變化趨勢(shì)送到VT3的反相輸入端，并與同相輸入端Uz進(jìn)行比較放大；VT3的、輸出電壓，即調(diào)整管VT1的基極電位降低（升高）；因?yàn)殡娐凡捎蒙錁O輸出形式，所以輸出電壓Uo必然降低（升高），從而使Uo得到穩(wěn)定。</p><p><b>　?。ㄕ{(diào)整電路）</b></p><p>　　III.比較放大電路的設(shè)計(jì)：</p><p>　　E點(diǎn)的電壓會(huì)與U

10、z穩(wěn)壓二極管比較，當(dāng)Ub的電壓高于Uce時(shí)管VT3（相關(guān)參數(shù)見(jiàn)下表1）就會(huì)導(dǎo)通進(jìn)入采樣電路實(shí)現(xiàn)電壓在一定范圍的輸出。同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電壓的篩選，使得輸出電壓能夠集中一個(gè)小范圍內(nèi)的波動(dòng)。使用時(shí)要注意穩(wěn)壓二極管D1最小擊穿電流，否則會(huì)造成穩(wěn)壓管的損壞。</p><p><b>　　表1</b></p><p><b>　　比較放大電路</b>&l

11、t;/p><p>　　IV. 基準(zhǔn)電路的設(shè)計(jì)：</p><p>　　該電路的基準(zhǔn)電壓是由的穩(wěn)壓管提供的，穩(wěn)壓二極管的特點(diǎn)就是擊穿后，其兩端的電壓基本保持不變。 這樣，當(dāng)把穩(wěn)壓管接入電路以后，若由于電源電壓發(fā)生波動(dòng)，或其它原因造成電路中各點(diǎn)電壓變動(dòng)時(shí)，負(fù)載兩端的電壓將基本保持不變。</p><p>　　V. 過(guò)流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)：</p><p>　

12、　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。該電路由晶體管VT2、R1、R2等構(gòu)成過(guò)流保護(hù)電路，當(dāng)電路處于正常工作狀態(tài)時(shí)，限流電阻R6、R3、R4上分得的電流幾乎為零，電路應(yīng)滿(mǎn)足的要求：R2Iom-(R1/R1+R6)Uo≥Uth（Uth為VT2管的死區(qū)電壓),即</p><p>　　R2Iom-9(R1/R1+R6)=Uth</p><p>&l

13、t;b>　　（過(guò)流保護(hù)電路）</b></p><p>　　VI. 采樣電路的設(shè)計(jì)：</p><p>　　R4,R5,Rp為采樣電阻，電阻R4和和靠近R4部分的Rp阻值為反饋電阻，通過(guò)移動(dòng)滑片P可改變輸出電壓的大小，從而得到一系列符合實(shí)際需要的電壓，實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)的作用。</p><p><b>　　（采樣電路原理圖）</b>

14、</p><p>　　VII.負(fù)載電路的設(shè)計(jì)：</p><p>　　選取合適的電阻RL作為負(fù)載。</p><p>　　VIII.原理圖如下：</p><p>　　六、 元件選擇及參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　I.選用器材及測(cè)量?jī)x表：</p><p>　　選用器材主要有：①BJT管、穩(wěn)壓二極管;

15、②電阻若干（10、430、510、1k、2k、2.7k、5.1k、8.2k、9.1k、10k）。</p><p>　　測(cè)量?jī)x表主要有：①萬(wàn)用表;②直流電壓表;③直流電流表；④晶體管毫伏表。</p><p>　　II. 電阻的選取:</p><p>　　經(jīng)測(cè)定基準(zhǔn)電壓Uz=5.4V，而Ube3=0.7V，所以Ub3=6.1V</p><p>

16、　　當(dāng)Rp抽頭打到最上面時(shí)：</p><p>　　Ub3=7(Rp+R5)/R4+Rp+R5 ①</p><p>　　當(dāng)Rp抽頭打到最下面時(shí)：</p><p>　　Ub3=9R5/R4+Rp+R5 ②</p><p><b>　　由①、②聯(lián)立得

17、，</b></p><p>　　R5=Rp7/2 (取Rp=1k)</p><p>　　所以 R5=3.5k,R4=660Ω</p><p>　　由R2Iom-(R1/R1+R6)U0=Uth=0.5V</p><p>　　取R2=10?,又Iom=500mA，Uomin=7V,所以R1/R1+R6=4.5/7</p>

18、;<p>　　取R1=5.1k,則R6≈2.8k</p><p>　　取R3=430Ω,Rc=2k，RL=1k，則由R4=1K∥2K=660Ω,R5=5.1k∥10k=3.5k</p><p>　　可知 分別選2k、5.1k電阻2個(gè)，10Ω、430Ω、1k、2.7k、10k電阻1個(gè)，1k電位器2個(gè)（Rp與RL）</p><p>　　由此得出的一系列

19、阻值可用碳膜電阻得到，由于它是引線式電阻，方</p><p>　　便手工安裝及維修，而且也是引線電阻中價(jià)格最便宜的，如今多用在一些如電源、</p><p>　　適配器之類(lèi)低價(jià)值的低端產(chǎn)品或早期設(shè)計(jì)的產(chǎn)品中。</p><p>　　碳膜電阻器具體特性如下：</p><p>　　【 工作溫度范圍：-55℃～+155℃</p><

20、;p><b>　　精度：2% 5%</b></p><p>　　阻值范圍：1Ω～10MΩ</p><p><b>　　標(biāo)稱(chēng)阻值：E-96</b></p><p><b>　　極限電壓高</b></p><p><b>　　極好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性</b>&l

21、t;/p><p><b>　　價(jià)格低</b></p><p>　　III.穩(wěn)壓管的選擇：</p><p>　　選擇穩(wěn)壓管時(shí)應(yīng)注意：流過(guò)穩(wěn)壓管的電流Iz不能過(guò)大，應(yīng)使Iz≤Izmax，否則會(huì)超過(guò)穩(wěn)壓管的允許功耗，Iz也不能太小，應(yīng)使Iz≥Izmin，否則不能穩(wěn)定輸出電壓，這樣使輸入電壓和負(fù)載電流的變化范圍都受到一定限制。根據(jù)設(shè)計(jì)需要應(yīng)選擇2DW231

22、型號(hào)的穩(wěn)壓管。</p><p>　　IV．晶體管的選擇：</p><p>　　根據(jù)該設(shè)計(jì)要求及上表數(shù)據(jù)，應(yīng)選用3DG6、3DD15D型三極管，有關(guān)介紹</p><p>　　【3DG6(3DG100)硅三極管 </p><p>　　[ 材料及極性 ] : SI-NPN </p><p

23、>　　[ Pcm： ] : 50W </p><p>　　[ Ic： ] : 5A </p><p>　　[ BVcbo： ] : 300V </p><p>　　[ 封裝 ] : TO3 </p><p><b>　　詳細(xì)說(shuō)明：</b></p><p>　　品牌 紅訊 型號(hào) 3DD15D

24、</p><p>　　類(lèi)別 直插 結(jié)構(gòu) 合金型 </p><p>　　封裝形式 TO 材料 鍺 </p><p>　　極性 NPN型 電流容量 大功率 </p><p>　　封裝材料 金屬封裝 </p><p>　　供應(yīng)3DD15D,3DD207D,3DD102D三極管詳細(xì)介紹：</p><p>

25、;　　3DD15D TO-3 NPN 200V 5A 50W</p><p>　　3DD207D TO-3 NPN 200V 5A 50W</p><p>　　3DD102D TO-3 NPN 200V 5A 50W</p><p><b>　　七、安裝調(diào)試</b></p><p>　　I．輸入與輸出電壓的測(cè)試，見(jiàn)下表：

26、</p><p>　　II. 穩(wěn)壓系數(shù)Sr的測(cè)試：</p><p>　　對(duì)于任何穩(wěn)壓電路，均可以用穩(wěn)壓系數(shù)Sr來(lái)描述其穩(wěn)壓特性。Sr定義為負(fù)載一定時(shí)穩(wěn)壓電路輸出電壓相對(duì)變化量與其輸入電壓相對(duì)變化量之比，即</p><p>　　Sr=△U0/U0／△Ui/Ui</p><p>　　Sr表明電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，其值越小，電網(wǎng)電壓變化時(shí)輸出電壓的變

27、化愈小。</p><p><b>　　八．結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　整個(gè)電路本著簡(jiǎn)單可靠，選用低價(jià)格通用元器件的原則完成了本設(shè)計(jì)任務(wù)，例如，晶體管均采用低價(jià)格的3DG6、3DD15D系列。設(shè)計(jì)具有較高的性?xún)r(jià)比，并簡(jiǎn)單可靠。</p><p>　　但是，系統(tǒng)設(shè)計(jì)仍有值得改進(jìn)的地方。例如，電路設(shè)計(jì)中對(duì)Ui與Uo精度考</p>

28、<p>　　慮較少，使測(cè)試數(shù)據(jù)精度有所下降等。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　華成英，童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基.第四版.北京：高等教育出版社，2006</p><p>　　孫肖子等.實(shí)用電子電路手冊(cè)（模擬電路分冊(cè)）.北京：高等教育出版社，1991</p><p>　　謝自美等.