模電課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告----串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源

1、<p><b>　　模電課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　題目：串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)和要求</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

2、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▲Vop-p≤5mv；</p><p><b>　　原理電路設(shè)計(jì)：</b></p>&l

3、t;p><b>　　方案比較與確定</b></p><p>　　基本思路：先對(duì)輸入的220V交流電壓進(jìn)行降壓，然后就用單相橋式二極管對(duì)電壓進(jìn)行整流。整流后利用電容的充放電效應(yīng)，對(duì)其進(jìn)行濾波，使輸出電壓平滑。之后再通過穩(wěn)壓電路的功能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><p>　　方案1：220V交流電壓經(jīng)過基本部分

4、降壓整流后，將經(jīng)過穩(wěn)壓部分對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓部分如下圖，利用穩(wěn)壓管和三極管組成的穩(wěn)壓?jiǎn)卧娐罚^D1電壓作為三極管Q1的基準(zhǔn)電壓，電路引入電壓負(fù)反饋，使電網(wǎng)電壓波動(dòng)不會(huì)對(duì)Q1的基極電位產(chǎn)生很大的影響，則有可知，變化將導(dǎo)致發(fā)射極電流的變化，從而穩(wěn)定R兩端電壓，達(dá)到穩(wěn)壓的效果。</p><p>　　方案二：經(jīng)過整流后，脈動(dòng)電流通過濾波電路，其中濾波電路我采用RC型濾波電路，先用電容值較大的電解電容對(duì)其進(jìn)行低頻濾波，

5、靠近輸出端處使用較低電容值的陶瓷電容進(jìn)行高頻濾波，使濾波后電壓能夠變得比較平滑和波動(dòng)小。濾波后接上下圖的穩(wěn)壓電路，如圖為具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，其中包括了比較放大電路，基準(zhǔn)電壓電路，以及采樣電路。當(dāng)采樣睇啊路的輸出端電壓變化時(shí)，通過運(yùn)算放大器的比較放大后，抑制輸出電壓的變化，從而使輸出電壓得到穩(wěn)定。</p><p>　　通過對(duì)以上兩個(gè)方案的比較，發(fā)現(xiàn)方案一得輸出電壓不可調(diào)，輸出電流較小，而第二個(gè)方案的輸出電

6、壓可調(diào)，且輸出電流能夠滿足課程設(shè)計(jì)要求，另外穩(wěn)壓效果較好，所以選擇方案二。</p><p><b>　　電路框圖</b></p><p>　　電路框架如圖所示，先通過變壓器對(duì)輸入的交流電壓進(jìn)行變壓，其后再通過整流和濾波，然后接上由比較放大、基準(zhǔn)電路和采樣電路組成的穩(wěn)壓電路，為了進(jìn)一步得到更加穩(wěn)定的電壓，再加上基本濾波部分，這樣就成為一個(gè)能正負(fù)輸出的穩(wěn)壓電源。</

7、p><p>　　電路設(shè)計(jì)及元器件選擇</p><p>　?。?）、變壓器的選擇</p><p>　　本次設(shè)計(jì)要求為輸出電壓6V、9V兩檔，同時(shí)具備正負(fù)極性輸出。輸出電壓較低，而一般的調(diào)整管的飽和壓降在2-3V左右，而，當(dāng)=9V為輸出最大電壓，為最小的輸入電壓，為了使調(diào)整管工作在放大區(qū)，輸入電壓最小不能小于12V。而由功率公式P=UI，克制，變壓器的功率應(yīng)該為0.5A&#

8、215;9V=4.5W，所以變壓器的功率不能低于4.5W，并且串聯(lián)穩(wěn)壓電源工作時(shí)效率不高，所以變壓器要選擇相對(duì)較大功率的變壓器。結(jié)合電路需求和市場(chǎng)實(shí)際，我選用了220V-30V，額定功率10W的變壓器。</p><p>　　（2）、整流電路的設(shè)計(jì)和整流二極管的選擇</p><p>　　輸出電流要求的500mA是比較小的，所以整流部分我采用了較為常見的單相橋式整流電路，如圖，由四個(gè)串并聯(lián)的二

9、極管組成。</p><p>　　二極管的選擇:結(jié)合參考資料，我們知道二極管的平均電壓為</p><p>　　，其中為變壓器次級(jí)交流電壓的有效值?？梢郧蟮?13.5V</p><p>　　而對(duì)于全波整流來說，則二極管承受的最大反向電壓時(shí)為34.2V。而考慮電網(wǎng)的波動(dòng)，則應(yīng)該大于19.3V，最大反向電壓應(yīng)該大于48.8V。在輸出電流最大為500mA的情況下，我們使用了二

10、極管IN4007。</p><p>　?。?）、濾波電路設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)參考資料，我們知道電容的取值應(yīng)當(dāng)有一個(gè)范圍，應(yīng)為變壓器的次級(jí)電壓為15V，而最大輸出電流為500mA，輸出電壓為9V，此時(shí)負(fù)載應(yīng)為18歐，則根據(jù)濾波電容的計(jì)算公式： 求得濾波電容取值范圍，在電路頻率為50Hz時(shí)，T為20ms，則電容的取值范圍就為1667-2750uf，結(jié)合實(shí)際，我們采用的標(biāo)準(zhǔn)值為2200

11、uf的鋁電解電容。</p><p>　　同時(shí)，由于電路中存在寄生電感和電阻的原因，我們使用10uf的陶瓷電容來進(jìn)行高頻濾波。</p><p>　?。?）、穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本組成部分及其作用：</p><p>　　由于輸出電流為500mA，為了防止電流過大燒壞調(diào)整管，以及經(jīng)過計(jì)算知道調(diào)整管的最大關(guān)押將應(yīng)該大

12、于13V，最小功率應(yīng)該達(dá)到6.5W。所以我們選用了中功率三極管TIP41，最大功率為60W，最大電流為6A，能夠滿足調(diào)整管的條件。則負(fù)極端就使用相對(duì)應(yīng)的TIP42。而基準(zhǔn)電路由5.1V的IN4733A穩(wěn)壓管和1000歐的保護(hù)電阻組成。由于要求輸出6V和9V兩檔，則采樣電路應(yīng)該采用可調(diào)的會(huì)比較準(zhǔn)，但由于實(shí)際原因，我們的實(shí)際采樣電路由三個(gè)電阻構(gòu)成，由計(jì)算公式：得出，取為5.1V，則算得R1=270歐，R2=510歐，R3=1000歐。<

13、;/p><p><b>　?。?）、電路總圖</b></p><p><b>　　元件清單</b></p><p>　　四、電路調(diào)試過程與結(jié)果：</p><p>　　接入18歐電阻后，理論輸出電流和輸出電壓如圖所示</p><p>　　6V檔輸出電壓仿真如圖</p>

14、<p><b>　　輸出電流如圖：</b></p><p>　　9V檔輸出電壓如圖：</p><p><b>　　輸出電流如圖：</b></p><p>　　接入18歐電阻后，實(shí)測(cè)輸出電流和輸出電壓如表</p><p>　　仿真結(jié)果分析，實(shí)際仿真值與理論相差平均為0.147V，接近于設(shè)計(jì)

15、要求值，造成的原因是由于計(jì)算所得電阻在實(shí)際規(guī)格中不能完全符合，理論需求電阻與實(shí)際使用電阻阻值有點(diǎn)偏差造成的。</p><p>　　9V檔時(shí)電源輸出電流波形如圖</p><p>　　電壓的直流波形為基本為一條直線，符合要求。</p><p>　　而電路輸出紋波波形如圖</p><p>　　紋波在nV級(jí)別，比要求的5mV要低得多，而實(shí)際測(cè)量時(shí)，紋

16、波電壓達(dá)到了12mV，比要求的高，分析原因，可能是實(shí)際焊接時(shí)工藝問題所致。</p><p><b>　　五、總結(jié)</b></p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)運(yùn)用了模擬電路的基本知識(shí)，串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源通過變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓等部分，理論輸出6V、9V兩檔，而實(shí)際輸出5.87V、9.35V正負(fù)兩檔。</p><p>　　作品優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單。輸