模擬與數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告--串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源

1、<p>　　模擬與數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　設(shè)計(jì)課題： 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源 </p><p><b>　　串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源</b></p><p>　　摘要：穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路輸出電流較小，輸出電壓不可調(diào)，不能滿足很多場(chǎng)合下的應(yīng)用。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路以穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路為基礎(chǔ)，利用晶

2、體管的電流放大作用，增大負(fù)載電流；在電路中引用深度電壓負(fù)反饋使輸出電壓穩(wěn)定；并且，通過(guò)改變反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)使輸出電壓可調(diào)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：穩(wěn)壓電源;整流電路;濾波電路;穩(wěn)壓電路</p><p>　　引言: 電子技術(shù)是當(dāng)今高新技術(shù)的“龍頭”，各先進(jìn)國(guó)家無(wú)不把它放在優(yōu)先的發(fā)展的地位。電子技術(shù)是電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，課程的顯著特點(diǎn)之一是它的實(shí)踐性。要想很好的掌握電子技術(shù)，除了

3、掌握基本器件的原理，電子電路的基本組成及分析方法外，還要掌握電子器件及基本電路的應(yīng)用技術(shù)，課程設(shè)計(jì)就是電子技術(shù)教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)。本課程設(shè)計(jì)就是針對(duì)模擬電子電路這門(mén)課程的要求所做的，同時(shí)也將學(xué)到的理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。</p><p>　　本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。小功率穩(wěn)壓電源一般是由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。</p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)

4、任務(wù)及要求</b></p><p>　　要求：設(shè)計(jì)并制作用晶體管和集成運(yùn)算放大器組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　指標(biāo)：(1)輸出電壓6V、9V兩檔，同時(shí)具備正負(fù)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(shí)候紋波電壓峰值▲V

5、op-p≤5mv；</p><p>　　任務(wù)：(1)了解帶有放大環(huán)節(jié)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的電路圖；</p><p>　　(2)識(shí)圖放大環(huán)節(jié)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的電路圖；</p><p><b>　　2.方案設(shè)計(jì)及論證</b></p><p>　　電路原理分析與方案設(shè)計(jì)</p><p>　　采用變壓器、二極管、

6、集成運(yùn)放，電阻、穩(wěn)壓管、三極管 等元件器件。220V的交流電經(jīng)變壓器變壓后變成電壓值較小的交流，再經(jīng)橋式整流電路和濾波電路形成直流，穩(wěn)壓部分采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。比例運(yùn)算電路的輸入電壓為穩(wěn)定電壓，且比例系數(shù)可調(diào)，所以其輸出電壓也以調(diào)節(jié)；同時(shí)，為了擴(kuò)大輸出大電流，集成運(yùn)放輸出端加晶體管，并保持射極輸出形式，就構(gòu)成了具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。</p><p><b>　　(1)方案比較</b>

7、</p><p>　　方案一：用晶體管和集成運(yùn)放組成的基本串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源</p><p>　　方案二：用晶體管和集成運(yùn)放組成的具有保護(hù)環(huán)節(jié)的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源</p><p>　　方案三：用晶體管和集成運(yùn)放組成的實(shí)用串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電壓</p><p><b>　　可行性分析： </b></p><

8、p>　　上面三種方案中，方案一最簡(jiǎn)單，但功能也最少，沒(méi)有保護(hù)電路和比較放大電路，因而不夠?qū)嵱?，故拋棄方案一。方案三功能最?qiáng)大，但是由于實(shí)驗(yàn)室條件和經(jīng)濟(jì)成本的限制，我們也拋棄方案三，因?yàn)樗鼱奚顺杀緛?lái)?yè)Q取方便。所以從簡(jiǎn)單、合理、可靠、經(jīng)濟(jì)從簡(jiǎn)單而且便于購(gòu)買(mǎi)的前提出發(fā)，我們選擇方案二未我們最終的設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　電路框圖

9、 </p><p>　　3單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算</p><p>　　交流電經(jīng)過(guò)電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電，其方框圖及各電路的輸出波形如圖所示，下面就個(gè)部分的作用加以介紹。</p><p><b&g

10、t;　　電源變壓器</b></p><p>　　直流電的輸入為220V的電網(wǎng)電壓，一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需要通過(guò)電源變壓器降壓后，再對(duì)電流電壓處理。變壓器副邊電壓有效值決定后面電路的需要。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，穩(wěn)壓電路的輸入電壓一般選取Ui=(2~3)Uo。所以選擇15V30W的變壓器。</p><p><b>　　整流電路</b&g

11、t;</p><p>　　為了將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動(dòng)電壓，還需要通過(guò)整流電路。查閱資料可知單相整流電路有半波整流電路、單相橋式整流電路（全波整流電路）。單相橋式整流電路和半波整流電路相比，在相同的變壓器副邊電壓下，對(duì)二極管的參數(shù)要求一樣，并且還具有輸出電壓高，變壓器利用率高、脈動(dòng)系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)。所以在電路中采用單相橋式整流電路，如圖所示：</p><p><b>　　1.

12、工作原理</b></p><p>　　單相橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，如圖（a）所示。在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路中的二極管是作為開(kāi)關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖1（a）的電路圖可知：當(dāng)正半周時(shí)，二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)負(fù)半周時(shí)，二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過(guò)合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓

13、。單相橋式整流電路的波形圖見(jiàn)圖1（b）。</p><p><b>　　2.參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　根據(jù)圖1（b）可知，輸出電壓是單相脈動(dòng)電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓為</p><p>　　流過(guò)負(fù)載的平均電流為</p><p>　　流過(guò)二極管的平均電流為</p><p

14、>　　二極管所承受的最大反向電壓</p><p>　　流過(guò)負(fù)載的脈動(dòng)電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動(dòng) 電壓做傅里葉分析，此時(shí)諧波分量中的二次諧波幅度最大。脈動(dòng)系數(shù)S定義為二次諧波的幅值與平均值的比值。</p><p>　　3.單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線</p><p>　　單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線是指輸出電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系</p&

15、gt;<p>　　該曲線如圖3所示，曲線的斜率代表了整流電路的內(nèi)阻。</p><p>　　單相橋式整流電路的變壓器中只有交流電流流過(guò)，而半波和全波整流電路中均有直流分量流過(guò)。所以單相橋式整流電路的變壓器效率較高，在同樣功率容量條件下，體積可以小一些。單相橋式整流電路的總體性能優(yōu)于單相半波和全波整流電路，故廣泛應(yīng)用于直流電源之中。</p><p>　　注意，整流電路中的二極管是

16、作為開(kāi)關(guān)運(yùn)用的。</p><p>　　整流電路既有交流量，又有直流量，通常對(duì)</p><p>　　輸入（交流）——用有效值或最大值；</p><p>　　輸出（交直流）——用平均值；</p><p>　　整流管正向電流——用平均值；</p><p>　　整流管反向電壓——用最大值。</p><p&g

17、t;<b>　　保護(hù)電路</b></p><p>　　在集成穩(wěn)壓器電路內(nèi)部含有各種保護(hù)電路，使集成穩(wěn)壓器在出現(xiàn)不正常情況時(shí)不至于損壞。因?yàn)榇?lián)型穩(wěn)壓電路的調(diào)整管是其核心器件，它流過(guò)的電路近似等于負(fù)載電流，且電網(wǎng)電壓波動(dòng)或輸出電壓調(diào)節(jié)時(shí)管壓降將產(chǎn)生相應(yīng)的變化，所以這些保護(hù)電路都與調(diào)整管緊密相關(guān)。過(guò)流保護(hù)電路能夠在穩(wěn)壓管輸出電流超過(guò)額定值時(shí)，限制調(diào)整管發(fā)射極電流在某一數(shù)值或使之迅速減少，從而保護(hù)

18、調(diào)整管不會(huì)因電流過(guò)大而燒壞。</p><p><b>　　主要參數(shù)：</b></p><p>　　輸出電壓平均值Uo（av）：負(fù)載電阻上電壓的平均值</p><p>　　輸出電流平均值：負(fù)載電阻上電路的平均值</p><p><b>　　=≈</b></p><p>　　整流

19、輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)S：整流輸出電壓的基波峰值與輸出電壓平均值之比，因而S越大，脈動(dòng)越大。</p><p><b>　　二極管的選擇：</b></p><p>　　考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍為±10%，整流二極管的極限參數(shù)最高反向工作電壓和最大整流平均電流應(yīng)滿足：</p><p>　　>1.1和>1.1·

20、 >1.1×≈0.007A</p><p><b>　　所以選擇>1.1V</b></p><p><b>　　3）濾波電路</b></p><p>　　整流后的輸出電壓雖然是單一方向的，但是含有較大的交流成分，會(huì)影響電路的正常工作。一般在整流后，還需要利用濾波電路將脈動(dòng)的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟?/p>

21、壓。所以需通過(guò)低通濾波電路，使輸出電壓平滑。理想情況下，應(yīng)將交流分量全部濾掉，使輸出電壓僅為直流電壓。在實(shí)際電路中，應(yīng)選擇濾波電容的容量滿足C=(3~5)T/2的條件，為了獲得更好的濾波效果，電容容量應(yīng)選得更大些。</p><p>　　查閱資料可知濾波電路有電容濾波、電感濾波電路和復(fù)式濾波電路三種，其中復(fù)式濾波電路的效果最好，所以在電路中采用RC∏型的復(fù)式濾波電路，如圖所示：</p><p&g

22、t;　　C越大，R越大，T放電將越大，曲線越平滑，脈動(dòng)越小。所以C選擇2.2mF。</p><p><b>　　穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　交流電壓通過(guò)整流、濾波后雖然變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓，但是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)，其平均值也隨之變化。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)波動(dòng)和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性。</p>

23、<p>　　由于經(jīng)濟(jì)成本、元件購(gòu)買(mǎi)及仿真軟件的限制，穩(wěn)壓電路只采取一個(gè)具有放大環(huán)節(jié)的基本串聯(lián)型穩(wěn)壓電路加一個(gè)載流型過(guò)流保護(hù)電路。</p><p>　　a穩(wěn)壓原理：若由于某種原因使UO增大，則UO↑→UN↑→UB↑→UO↓</p><p>　　b輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍：·≤·</p><p>　　故≤6V,取=5.6V402Ω, 1000

24、KΩ(100Ω), 820Ω</p><p>　　c串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本組成部分及其作用：</p><p>　　調(diào)節(jié)管：是電路的核心，UFE隨UI和負(fù)載產(chǎn)生變化以穩(wěn)定Uo。</p><p>　　基準(zhǔn)電壓：是Uo的參考電壓。</p><p>　　采樣電阻：對(duì)Uo的采樣，與基準(zhǔn)電壓共同決定Uo。</p><p>　　比較放

25、大：將Uo的采樣電壓與基準(zhǔn)電壓比較后放大，決定電路的穩(wěn)壓性能。</p><p>　　d串聯(lián)型穩(wěn)壓電源中調(diào)整管的選擇：</p><p>　　要想使調(diào)整管起到調(diào)整作用，必須使之工作在放大狀態(tài)，因此其管壓降應(yīng)大于飽和管壓降；調(diào)整管極限參數(shù)的確定，必須考慮到輸出電壓由于電網(wǎng)電壓波動(dòng)而產(chǎn)生的變化，以及輸出輸出電壓的調(diào)節(jié)和負(fù)載電流的變化所產(chǎn)的影響。</p><p>　　根據(jù)極限

26、參數(shù)ICM、U（BR）CEO、PCM選擇調(diào)整管：</p><p><b>　　=≈<</b></p><p><b>　　=-<</b></p><p><b>　　=<</b></p><p>　　e限流電阻的選擇：保證穩(wěn)壓管既穩(wěn)壓又不損壞。</p&g

27、t;<p><b>　　> <</b></p><p>　　電網(wǎng)電壓最低且負(fù)載電流最大時(shí)，穩(wěn)壓管的電流最小。</p><p><b>　　=> R<</b></p><p>　　電網(wǎng)電壓最低且負(fù)載電流最小時(shí)，穩(wěn)壓管的電流最大。</p><p><

28、b>　　=< R</b></p><p>　　總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　4.1總原理圖</b></p><p><b>　　4.2元件清單：</b></p><p>　　5、電壓仿真過(guò)程及結(jié)果</p><p>　　1、穩(wěn)壓電源

29、的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括允許輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來(lái)衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度、包括穩(wěn)壓系數(shù)（或電壓調(diào)整率）、輸出電阻（或電流調(diào)整率）、紋波電壓（紋波系數(shù)）及溫度系數(shù)。</p><p>　?。?）穩(wěn)壓系數(shù)：在負(fù)載電流、環(huán)境溫度不變的情況下，輸出電壓的相對(duì)變化引起輸出電壓的相對(duì)變化，即</p><p>　　電壓調(diào)整率：輸入電壓相

30、對(duì)變化為±10%時(shí)的輸出電壓相對(duì)變化量，穩(wěn)壓系數(shù)和電壓調(diào)整率均說(shuō)明輸入電壓變化對(duì)輸出電壓的影響，因此也只需測(cè)試其中之一即可。</p><p>　　（2）輸出電阻及電流調(diào)整率</p><p>　　輸出電阻與放大器的輸出電阻相同，其值為當(dāng)輸入電壓不變時(shí)，輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比的絕對(duì)值。電流調(diào)整率：輸入電流從0變到最大值時(shí)所產(chǎn)生的輸出電壓相對(duì)變化值。輸出電阻和電流調(diào)整率均說(shuō)

31、明負(fù)載電流變化對(duì)輸出電壓的影響，因此也只需測(cè)試其中之一即可。</p><p>　?。?）紋波電壓：疊加在輸出電壓上的交流分量。用示波器測(cè)試其峰峰值一般為毫伏量級(jí)。也可用交流毫伏表測(cè)量其有效值，但因紋波不是正弦波，所以有一定的誤差。</p><p>　　6、電壓調(diào)試過(guò)程與結(jié)果</p><p>　　理論值輸出是±9V和±6V，但實(shí)際輸出是有點(diǎn)誤差，但

32、是可以通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器來(lái)達(dá)到準(zhǔn)確的±9V和±6V，之后就可以直接用雙擲開(kāi)關(guān)來(lái)選擇所要用的輸出電壓了。</p><p><b>　　7、心得體會(huì)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)令我受益匪淺，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中令我明白到書(shū)本知識(shí)的重要性，要對(duì)書(shū)本的知識(shí)有比較深刻的了解才能對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)對(duì)書(shū)本知識(shí)有一定的了解后，就會(huì)考驗(yàn)到自己的動(dòng)手能力，只有

33、經(jīng)過(guò)實(shí)踐才能把知識(shí)理解得更透徹，而且如果要進(jìn)行設(shè)計(jì)的話就要對(duì)一些元件有一定的了解，這樣才能繼續(xù)地進(jìn)行下去，在做這個(gè)課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中令不斷地對(duì)元件有了更加深刻的了解。在這過(guò)程中，令我印象深刻，令我深刻地體會(huì)到實(shí)踐的重要性，因?yàn)椴煌ㄟ^(guò)實(shí)踐是無(wú)法檢驗(yàn)出到底是正確還是錯(cuò)誤的。只有通過(guò)實(shí)踐才能更加地深入地去了解它的工作原理，才可以更好地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，</p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)令知道動(dòng)手設(shè)計(jì)是遠(yuǎn)比自己想象復(fù)雜，因?yàn)樵谶@

34、過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)很多自己沒(méi)有預(yù)料到的問(wèn)題要解決，不過(guò)只有這樣才能更好地提高自己。雖然在這過(guò)程中曾經(jīng)感到過(guò)厭煩，然而，在一步一步的改進(jìn)中走向成功的那種感覺(jué)是無(wú)比的興奮的。當(dāng)自己的努力得到回報(bào)時(shí)那種心情是難以形容的，而且這樣更加增加了自己的興趣。</p><p><b>　　8、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 童詩(shī)白,華成英等.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等

35、教育出版社,2001.</p><p>　　[2] 汪松體.串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源常見(jiàn)故障分析及檢測(cè)[N].電子報(bào),2007,(8):21-23.</p><p>　　[3] 孔保軍.直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)及制作[J].電子制作.2006, (6):34-36</p><p>　　[4]趙新宇, 胡建成, 楊九如 實(shí)用穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)《自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用》2011 年第 3

36、0 卷第 2 期</p><p>　　[5]　康華光．電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）［M］．北 京：高等教育出版社，2002．</p><p>　　[6] 高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)。電子工業(yè)出版社。2002.</p><p>　　[7] 楊拴科.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)。高等教育出版社.2003</p><p>　　[8] 孫肖子 張企民。

37、模擬電子技術(shù)簡(jiǎn)明教程。西安電子科技大學(xué)出版社。2001.</p><p>　　Tandem type dc voltage stabilizer</p><p>　　Type series voltage circuit voltage voltage to the circuit as the foundation, the use of the transistor current a

38、mplification effect, increase the load current; In a circuit quoted depth voltage output voltage stability negative feedback; And, by changing the feedback network parameters output voltage can be adjusted</p><