模電課程設(shè)計---串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源

1、<p>　　模 擬 電 子 技 術(shù) 設(shè) 計（論 文）</p><p>　　論文題目： 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源</p><p>　　所屬系部： 航空電子工程系</p><p>　　指導(dǎo)老師： 老師 xx老師 班級 電子1001班</p><p>　　學(xué)生姓名： 學(xué)號

2、 56</p><p>　　專 業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù)</p><p>　　2011年 6 月22 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、前言………………………………………………1</p><p>　　二、課設(shè)題目…………………………

3、………………1</p><p><b>　　三、課題分析</b></p><p><b>　　1、設(shè)計目的</b></p><p><b>　　2、設(shè)計要求</b></p><p><b>　　四、總體方案設(shè)計</b></p><p&g

4、t;　　1、串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計思路</p><p>　　2、串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源原理框圖</p><p><b>　　五、整體原理分析</b></p><p><b>　　六、單元電路分析</b></p><p><b>　　1、變壓部分</b></p><p

5、><b>　　2、整流部分</b></p><p><b>　　3、濾波部分</b></p><p><b>　　4、穩(wěn)壓部分</b></p><p><b>　　七、電路測試分析</b></p><p>　　1．輸出電壓與最大輸出電流的測試<

6、/p><p><b>　　2.仿真圖像</b></p><p><b>　　八、整體電路圖</b></p><p><b>　　九、總結(jié)</b></p><p><b>　　十、謝辭</b></p><p><b>　　前言&

7、lt;/b></p><p>　　隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，可以說，有電器的地方就有電源。所有的電子設(shè)備都離不開可靠的電源為其供電?，F(xiàn)代電子設(shè)備中的電路使用了大量的半導(dǎo)體器件，這些半導(dǎo)體需要幾伏到幾十伏的直流供電，以便得到正常工作所必需的能源。這些直流電源有的屬于化學(xué)電源，如采用干電池和蓄電池，但這些不能持久性的供電。大多數(shù)電子設(shè)備的直流供電方法都是將交流電源經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等變換為所需的直流電壓。完成

8、這種變換任務(wù)的電源成為直流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　現(xiàn)代電子設(shè)備中使用的直流穩(wěn)壓電源有兩大類：線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)性穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源亦稱串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電源。它的穩(wěn)壓性能好，輸出紋波很小，缺點是需要使用體積和重量都比較大的工頻變壓器，而且穩(wěn)定效率較低。開關(guān)型穩(wěn)壓電源效率高，體積小，重量輕，缺點是輸出的紋波及產(chǎn)生的電磁干擾比較大。開關(guān)電源和線性電源的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。通常，

9、當(dāng)輸出功率較小時，線性電源的成本較低。但是，當(dāng)線性電源成本在某一輸出功率點上時，反而高于開關(guān)電源，這一點稱為成本反轉(zhuǎn)點。</p><p>　　本設(shè)計是針對實際需求，同時結(jié)合課設(shè)的基本要求，設(shè)計出的一種可調(diào)的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。</p><p><b>　　課設(shè)題目</b></p><p><b>　　串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源</b&g

10、t;</p><p><b>　　課題分析</b></p><p><b>　　1設(shè)計目的</b></p><p>　　掌握直流穩(wěn)壓電源的工作原理及電路設(shè)計過程</p><p><b>　　2設(shè)計要求</b></p><p>　　輸出直流電壓Uo=3~1

11、5V連續(xù)可調(diào)</p><p>　　最大輸出電流Im=500mA</p><p>　　穩(wěn)壓系數(shù)S<=0.05</p><p><b>　　具有過流保護(hù)作用</b></p><p><b>　　總體方案設(shè)計</b></p><p>　　1、串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計思路</

12、p><p>　?。?）我國電網(wǎng)供電電壓為交流220V（有效值），頻率為50HZ，為了獲得低壓直流輸出，須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低至獲得所需要的交流電壓。</p><p>　?。?）降壓后的交流電壓通過整流電路整流變成單向的直流電，但其幅值變化大（脈動大）。</p><p>　?。?）脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變換成平滑的、脈動小的直流電，即將交流成分濾掉，保留其

13、直流成分。</p><p>　?。?）濾波后的直流電壓再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，能夠得到不受外界影響的穩(wěn)定的直流電壓輸出，供給負(fù)載。</p><p>　　2、串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源原理框圖</p><p>　　電源變壓器:將交流電網(wǎng)電壓u1 變?yōu)楹线m的交流電壓u2</p><p>　　整流電路:將交流電壓u2變?yōu)槊}動的直流電壓u3</p>

14、<p>　　濾波電路:將脈動直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4</p><p>　　穩(wěn)壓電路:清除電網(wǎng)波動及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓u0的穩(wěn)定</p><p>　　利用電源變壓器，將電網(wǎng)220v、50HZ交流電降壓后送給整流電路。(變壓器變比由變壓器副邊電壓確定)</p><p>　　整流電路用單相橋式整流電路。</p><p&g

15、t;　　濾波器通常采用無源元件R、L、C構(gòu)成不同類型的濾波電路。本設(shè)計為小功率電源，采用電容輸入式濾波電路。</p><p>　　穩(wěn)壓電路采用串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。比較電路采用分立三極管組成的差動放大器，提高電路的穩(wěn)定性。</p><p>　　過流保護(hù)電路，串聯(lián)穩(wěn)壓電路中，調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)，當(dāng)輸出電流過大或者輸出短路時，調(diào)整管會被損壞，因此可采取一定保護(hù)措施。</p><

16、p><b>　　五、整體原理分析</b></p><p>　　串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本結(jié)構(gòu)所示,T1 為調(diào)整管,T2</p><p>　　為比較放大管,D2 為穩(wěn)壓二極管,當(dāng)電網(wǎng)電壓升高引起V1 增加,</p><p>　　或負(fù)載電流Io 減小時,都會引起Vo 增大, Vo 的增加量通過R1 、</p><p>　　R

17、2 分壓取樣,使T2 的基極電壓VB2 升高,由于VE2 基本不變,因</p><p>　　此VBE2 增加,T2 集電極電流Ic2 增加,并使Vc2 下降,致使Vo 恢</p><p>　　復(fù)到原值附近,保證Vo 基本穩(wěn)定,上述穩(wěn)壓過程表示如下:</p><p>　　VI ↑Io ↓→ Vo ↑ → VB2 ↑ → VBE2 ↑ → IC2 ↑ → VC2 ↓ →

18、VE1 ↓ →Vo ↓</p><p>　　同理,當(dāng)VI 降低Io 增大時, Vo降低,通過反饋過程,又會使Vo 升高,也能使Vo 基本不變.</p><p>　　由以上分析可知,穩(wěn)壓過程是一個負(fù)反饋過程,負(fù)反饋順利進(jìn)行,才能實現(xiàn)穩(wěn)壓,上述反饋過程要求T1 、T2 處于放大狀態(tài), D2 處于穩(wěn)壓狀態(tài),在正常工作狀態(tài)下,輸出電壓</p><p>　　Vo =（R1 +

19、 R2）/R2* ( V2 + VBE2) (1)</p><p>　　改變R1 或R2 的值,可使輸出電壓Vo 穩(wěn)定在要求的數(shù)值上,輸</p><p>　　出電壓最大值Vomax 為</p><p>　　Vomax =( VI - VBE1) (1 +β1) RL/(RC + (1 +β1) RL)(2)</p><p><b>

20、　　當(dāng)RC 較大時</b></p><p>　　Vomax ≈( VI - VBE1) (1 +β1) RL/RC</p><p><b>　　當(dāng)RC 較小時</b></p><p>　　Vomax ≈ VI - VBE1</p><p>　　輸出電壓最小值Vomin 為</p><p&g

21、t;　　Vomin = V2 + VBE2 (3)</p><p><b>　　輸出電流Io 為</b></p><p>　　Io =Vo/RL(4)</p><p>　　改變Vo 或RL 可改變輸出電流,但在穩(wěn)定Vo 的情況下增</p><p>　　大RL → ∞時, I0min →0</p><p

22、>　　減小RL 時Io 增大,輸出電流最大值為</p><p>　　Iomax =VI - Vo - VBE1/Rc*(1 +β1) (5)</p><p><b>　　六、單元電路分析</b></p><p><b>　　1、變壓部分</b></p><p>　　本次課程設(shè)計的要求是輸出3~

23、15V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=15V為輸出最大電壓，為最小的輸入電壓，以飽和管壓降=3伏計算，又整流濾波電路可能帶來2V以下的電壓波動，整流濾波后電壓最小值應(yīng)為：2V＋3V＋15V=20。變壓器次級輸出電壓U2min應(yīng)該是：U2min＝20/1.2=16.6V。考慮電網(wǎng)電壓可能下降10%，變壓器次級額定電壓至少為：U2min/0.9=16.6V÷0.9＝18.4V

24、選擇輸出電壓18V的變壓器。再由P=UI可知，變壓器的功率應(yīng)該為0.5A×15V=7.5w，所以變壓器的功率絕對不能低于7.5w，并且串聯(lián)穩(wěn)壓電源工作時產(chǎn)生的熱量較大，效率不高，所以變壓器功率需要選擇相對大些的變壓器。結(jié)合市場上常見的變壓器的型號，可以選擇常見的變壓范圍為220V-18V，額定功率12W，額定電流1A的變壓器。</p><p><b>　　2、整流部分 </b>&l

25、t;/p><p>　　由于輸出電流最大只要求500mA，電流比較低，所以整流電路的設(shè)計可以選擇常見的單相橋式整流電路。單相橋式整流電路：采用的是全波整流，它有四只二極管組成。其構(gòu)成原則就是保證在變壓器副邊電壓的整個周期內(nèi)，負(fù)載上電壓和電流的方向始終不變，利用四只二極管橋式連接，可滿足這一要求，如圖所示。其輸出電壓波形如圖5.</p><p>　　單相橋式整流電路

26、 </p><p>　　橋式整流電路輸出電壓波形圖</p><p>　　單二極管的選擇：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，我們可以得到二極管的平均電壓為：</p><p><b>　　===0.9</b></p><p>　　其中為變壓器次級交流電壓的有效值。我們可以求得=16.2V

27、。</p><p>　　對于單相橋式整流來說，如果兩個次級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√2U2，即為25.5V</p><p>　　考慮電網(wǎng)波動,通常波動為10%,我們可以得到 應(yīng)該大于16.2V，最大反向電壓應(yīng)該大于25.5V。在輸出電流最大為500mA的情況下我們可以選擇額定電流為1A，反向耐壓為1000V的二極管IN4007.&

28、lt;/p><p><b>　　3、濾波部分</b></p><p>　　當(dāng)濾波電容偏小時，濾波器輸出電壓脈動系數(shù)大；而偏大時，整流二極管導(dǎo)通角θ偏小，整流管峰值電流增大。不僅對整流二極管參數(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)有一個范圍，由前面的計算我們已經(jīng)得出變壓器的次級線圈電壓為18V，當(dāng)輸出電流為0.5A

29、時，我們可以求得電路的負(fù)載為30歐，我們可以根據(jù)濾波電容的計算公式：</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1333-1667uF，保險起見我們可以取標(biāo)準(zhǔn)值為2200uF額定電壓為25V的鋁電解電容。 </p>&

30、lt;p><b>　　電容濾波電路輸出</b></p><p><b>　　4、穩(wěn)壓部分</b></p><p>　　這部分包括：取樣、基準(zhǔn)、比較放大、調(diào)整。 （1）取樣環(huán)節(jié)

31、 本單元由電阻R3、R4、變阻器RP1，它將輸出電壓的一部分取出與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較放大，控制調(diào)整管工作，對電路進(jìn)行調(diào)整，使電壓趨于穩(wěn)定。另外取樣環(huán)節(jié)實現(xiàn)了輸出電壓的可調(diào)。因而有利我們實現(xiàn)設(shè)計要求中的3V和15V兩擋.具體設(shè)計時，利用公式：Uomin＝(R3+RP1+R4)Uz/(RP1+R4)；Uomax＝(R3+RP1+R4)Uz/R4, 來確定電阻R3、R4的大小和變阻器的選擇。當(dāng)電源輸出功率最大時，UO=15V，IO=50

32、0mA， 考慮盡量不增加電源總功率 ，取樣支路的電流也應(yīng)遠(yuǎn)小于500mA， 但取樣電路的電流也不宜太小，應(yīng)使其遠(yuǎn)大于Q2的基極驅(qū)動電流。取 IR3max=10mA,則(R3+Rp1+R4)min=15/10mA=1.5kΩ。取R3+Rp1+R4≈2kΩ，Q2基極電位UB3=0.7+0.7=1.4V，UB3 × (R3+Rp1+</p><p>　　(3)比較放大環(huán)節(jié)

33、 本單元主要是將輸出電壓的變化量放大后送到調(diào)整復(fù)合管Q1的基極，使調(diào)整管處于工作狀態(tài)，這部分由三極管Q2完成。選擇常見低頻小功率管9013（9013：極限參數(shù)25V/0.5A/0.625W，64<β<300）</p><p>　　（4）調(diào)整環(huán)節(jié)

34、 </p><p>　　本單元主要由功率管Q1和Q3構(gòu)成的復(fù)合管來組成。由于單管不能實現(xiàn)輸出最大電流500mA的指標(biāo)，故采用復(fù)合管。在設(shè)計時，在復(fù)合管的基極增加了電容器C2。 </p><p><b>　　七、電路測試分析</b></p><p>　　1．輸出電壓與最大輸出

35、電流的測試</p><p>　　實際測出電壓范圍為2.22v-21v,滿足設(shè)計要求</p><p>　　一般情況下，穩(wěn)壓器正常工作時，其輸出被測電流要小于最大輸出電流，電路工作時上消耗的功率為：P=UomaxIomax=7.5W</p><p>　　故取額定功率為10W，阻值為 30歐姆</p><p><b>　　2.仿真圖像&l

36、t;/b></p><p>　　當(dāng)調(diào)到最上端時，有最小值</p><p>　　當(dāng)PR1調(diào)到最下端時，有最大值</p><p><b>　　八、整體電路圖</b></p><p><b>　　九、總結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計的目的是利用市電通過一定的技術(shù)產(chǎn)生直

37、流穩(wěn)壓電，并利用它為電子器件提供必要的電壓、電流。該電源能提供一定的穩(wěn)定的電壓，并且在它的量程范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，同時具有一定保護(hù)作用，。</p><p>　　通過這次設(shè)計，我從中獲得了很多有用的東西。比如說，在以前上課時沒聽懂的知識，現(xiàn)在通過自己的進(jìn)一不了解，再結(jié)合自己以前所學(xué)的知識，對它有了新的認(rèn)識。在此同時，我還學(xué)到了新的知識，在了解這一方面知識的同時，我好查閱了相關(guān)的圖書和了解了網(wǎng)上最新的技術(shù)，為此，對我以后

38、設(shè)計的進(jìn)行打下了深厚的基礎(chǔ)，我相信在以后的畢業(yè)設(shè)計中可以很輕松的操作。</p><p>　　同時同過這次課程設(shè)計，我對于模電知識有了更深的了解，尤其是對與線性直流穩(wěn)壓電源方面的知識有了進(jìn)一步的研究。同時實物的制作也提升了我的動手能力，實踐能力得到了一定的鍛煉，加深了我對模擬電路設(shè)計方面的興趣。理論與實踐得到了很好的結(jié)合。</p><p>　　我們這次設(shè)計的直流穩(wěn)壓電源還有不足之處：電源帶負(fù)

39、載的能力不是很強(qiáng)，輸出的電流也有較多的限制等。我相信在以后的學(xué)習(xí)和探索過程中，我們一定會努力去解決這些問題，完善我們的設(shè)計，進(jìn)一步加深自己對設(shè)計流程思路的了解和認(rèn)識。</p><p><b>　　十、謝辭</b></p><p>　　在這次的課題設(shè)計中，我不但對自己學(xué)過的模電知識有了系統(tǒng)而全面的復(fù)習(xí)了解，也對現(xiàn)在直流穩(wěn)壓電源的用用前景做了非常多的了解，這次的設(shè)計使我收