直流穩(wěn)壓電源設(shè)計報告.doc

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1、江蘇技術(shù)師范學院電氣信息工程學院課 程 題 目 專業(yè)班級 學生姓名 學生學號 指導教師 年 月 日1設(shè)計課題：串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源2主要技術(shù)指標：（1） 輸出直流電壓：Vo = 1.5V 9V，連續(xù)可調(diào)；（2） 輸出直流電流：Io = 0 80mA;（3） 當輸出為額定值Vo = 4.5V時，輸出最大功率：Po 0.36W；（4） 交流電源電壓：220V10%220V；（5） 放大管具有恒流源負載；（6） 有過流保護電路，當Io 100mA時，保護電路工作；（7） 內(nèi)阻Ro ID和Vrm Vrmax的要求，選擇整流二極管型號為1N4007GP或1N4001GP。（3）選擇濾波電容C1整流濾波電路

2、的濾波電容C1 C1 (35) T / 2RL1式中，T是交流電網(wǎng)電壓的周期，RL1是整流濾波電路得負載電阻，T = 0.02s，RL1 = Vo1 / Io1 = 127。所以C1可取1000uF。（4）確定對電源變壓器的要求變壓器次級電壓有效值V2 = Vo1 / 1.2 12V,次級電流有效值I2 =（1.13）IL，現(xiàn)取I2 = 1.5IL = 165mA2.穩(wěn)壓電路設(shè)計（1）穩(wěn)壓電路的工作原理帶有直流放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路如下圖2所示。這種穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓性能較好。下圖2所示電路中，T1和T2為復合調(diào)整管；R1、Rw1和R2組成取樣電路；T3是作比較放大用的放大管；T4、D5、

3、D6、R3、R4構(gòu)成的恒流源電路作為比較放大管的集電極負載，該恒流源能提供必要的工作電流，可以看成是放大管T3的數(shù)值較大的有源集電極負載電阻，它提高了T3的增益，從而獲得了更好的穩(wěn)壓性能。二極管D5、D6通過R3導通后，其正向壓降具有穩(wěn)壓作用，流過T4的集電極電流Ic4Ie4=(VD5+VD6-VBE4)/R4,VBE4是T4的發(fā)射結(jié)壓降（約0.7V），VD5+VD6是D5、D6正向壓降之和（約1.21.4V），因為VD5和VD6以及VBE4在正常工作時變化很小，所以Ic4基本是恒定的。圖中D7接于放大管T3的發(fā)射極，利用二極管D7的正向壓降作基準電壓源。三極管T5及電阻R5組成過流保護電路（

4、如下圖1所示），當輸出電流Io過大時，R5上的壓降使T5導通，拉下T2的基極電位，將T3逐漸變?yōu)榻刂?，使輸出Io下降，從而達到保護目的。圖1 過流保護電路VoVi圖2 串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路（2）具體穩(wěn)壓電路的設(shè)計選擇輸入電壓Vi為保證復合調(diào)整管T1、T2工作于放大區(qū)，需要有一定的管壓降VCE,故整流濾波電路的輸出電壓，即穩(wěn)壓電路的輸入電壓Vi應大于穩(wěn)壓電路的輸出電壓Vo和保護電路的取樣電阻R5上的壓降VR5之和。而本穩(wěn)壓電路是輸出可調(diào)的穩(wěn)壓電路，故復合調(diào)整管的壓降VCE在輸出電壓Vo的變化范圍之內(nèi)始終應大于其飽和壓降VCE（sat）和小于其V(BR)CEO。允許電網(wǎng)電壓有10%的波動，即Vi有

5、10%的波動，因此Vi的最小值應滿足： Vimin Vomax + VCEmin + VR5式中，Vomax為穩(wěn)壓電路輸出電壓的最大值9V；VCEmin為調(diào)整管的最小管壓降；VR5為保護取樣電阻R5上的壓降。又有VCEmin VCE(sat)1 = VCE(sat)2T1、T2均為硅管，其VCE(sat)取13V。這里取VCE（sat）1 = VCE（sat）2 = 3V,VR5 = 0.5V,則有Vimin 9V + 3V + 0.5V = 12.5VVi = Vimin / 0.9 = 13.9V 14V允許Vi有10%波動，即 Vimin = 1.9Vi Vimax = 1.1Vi選擇調(diào)

6、整管選擇復合調(diào)整管中的大功率管T1流過T1的電流包括流過負載的電流Io和穩(wěn)壓電路本身消耗的電流，過載保護時穩(wěn)壓電路的最大輸出電流Iomax = 100mA。取穩(wěn)壓電路內(nèi)部各支路消耗電流總和為I = 0.1Iomax = 10mA，則流過T1的最大電流為Ic1max = Iomax + I = 110mAT1的最大管壓降發(fā)生在電網(wǎng)電壓最高、輸出Vo最小、過載保護電路動作之前，即VCE1max = Vimax Vomin = 14VT1的最大管耗為 Pc1max = VCE1max Ic1max = 1.54W據(jù)此選用型號為3DD15選擇復合調(diào)整管中的小功率管T2T2的選擇原則與T1的選擇原則相同

7、。設(shè)T1的hfe = 30,則有Ic2max = Ib1max = Ic1max / hfe1 = 3.7mA VCE2max VCE1max = 14VPC2max = VCE2max IC2max由以上參數(shù)的極限值可看出，T2選擇3DG型高頻小功率三極管即可滿足要求。據(jù)此選擇3DG6。比較放大電路的計算比較放大電路由比較放大管T3作基準電壓的二極管D7和用來作T3的集電極負載的恒流源電路T4、D5、D6、R3、R4組成。D5、D6、D7的選擇由于穩(wěn)壓電源輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍是1.5 9V，當取樣電路中的電位器Rw1調(diào)至0時，輸出電壓應小于或等于1.5V。當三個二極管正向?qū)〞r，兩端電壓約為0

8、.7V。據(jù)此，D5、D6、D7可選用型號為1N4007GP。比較放大管T3的選擇T3的管壓降VCE3max = Vomax + VBE1 + VBE2 - VD7，T2的IB2max為微安數(shù)量級。因為比較放大器是小信號放大電路，其靜態(tài)集電極電流為毫安數(shù)量級，此處可選IC3 = 1.5mA，則有PC3max = VCE3max IC3據(jù)此T3可選用 9012或9015T4的選擇T4屬于恒流源電路，其集電極電流IC4應滿足：IC4 = IB2max + IC3 = 1.6mA據(jù)此T4可選用9012或9015。R4的選擇流過T4的電流IC4 = （VD VBE4）/ R4，而IC4 = IB2max

9、 + IC3，故可求的R4 = （VD VBE4）/ IC4 = 375據(jù)此R4可選用390。R3的選擇流過R3的電流IR3 10IB4，取毫安數(shù)量級，則有R3 = （V1 VD VD7）/ IR3 = 37.5k據(jù)此R3可選用39k。取樣電路的確定取樣電路由R1、R2和Rw1組成，流過取樣支路的電流應大于比較放大管的基極電流，而在電源空載時（Io = 0），要有一定的電流流過T1，以保證T1的hfe1不至于太低。一般取樣支路的電流按輸出電流Iomax的2%左右選取。當Rw1調(diào)至阻值最大時，Vo = 9V，則有（R1Rw1）+ R2 = Vomax / (2%Iomax) = 5.6k取R2

10、: (R1Rw1) = 1 : 5。據(jù)此R1可選取10k，R2可選取1k，Rw1可選取47k。保護電路的確定保護電路是由T5和R5組成的限流式保護電路（如圖1所示），設(shè)保護管T5開始導通時的電壓VBE = 0.5V,Iomax = 100mA時保護電路動作，故保護電路的取樣電阻R5為R5 = VBE / Iomax = 5據(jù)此R5可選用5，T5可選用型號為3DG6。C2、C3、C4的作用及選擇C2接于復合調(diào)整管的基極與地之間，可選用33nF，它的作用是使高頻增益衰減而防止震蕩的產(chǎn)生。為了進一步減少穩(wěn)壓電路的動態(tài)輸出電阻，可在穩(wěn)壓電路的輸出端接一個大容量的電容C4，本電路中C4 = 100uF/

11、25V。C4還有濾波作用，并且可以防止負載中的交流成分流進整流管。電容C3可以進一步減小輸出紋波分量，而且可以防止寄生震蕩。本電路取C3 = 10uF/25V。二、串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的調(diào)整和測試1.完整電路圖串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源2.空載檢查空載時電路總電流(1) 空載時電路總電流應小于10mA，測試結(jié)果如上圖，總電流為2.13mA，符合要求。(2) 空載時電路輸出直流電壓范圍如下圖所示Vomin = 1.1V Vomax = 11.5V最低輸出電壓最高輸出電壓(3) 要求輸出直流電壓范圍如下圖所示Vomin = 1.5VVomax = 9V要求最低輸出直流電壓1.5V要求最高輸出直流電壓9V（4

12、）輸出直流電壓為額定值4.5V時如下圖所示輸出電壓Vo = 4.5V時3.接入負載檢查（1）過流保護檢查 在穩(wěn)壓電路輸出端接假負載電阻RL = 56，輸出電流Io維持在105mA，如下圖所示，說明保護電路在Io 105mA時起作用，維持輸出電流的穩(wěn)定。過流保護最大電流為105mA（2）測量當輸出為額定值Vo = 4.5V時，輸出最大功率：Po = 4.5V 81mA = 0.3645W，符合Po 0.36W的技術(shù)指標要求。（3）測量穩(wěn)壓系數(shù)S和電源內(nèi)阻Ro測量穩(wěn)壓系數(shù)S在負載電流為穩(wěn)定值時（Io = 80mA），分別測量Vi 10%Vi，即調(diào)變壓器，使Vi1 = 242V和Vi2 = 198V

13、,也就是Vi1 = 1.1Vi和Vi2 = 0.9Vi對應的輸出電壓變化量Vo，將兩個結(jié)果中的Vo大者代入如下公式中計算仿真理論計算：S = (Vo / Vi) (Vi / Vo)|RL為常數(shù)= (0.05 / 22) (220 / 4.5)= 0.11實際電路測試：Vop-p1 = 15V Vop-p2 = 12V Vop-p = 13.5V Vo1 = 3.85V Vo2 = 2.66V Vo = 3.19V S = 0.10 相對誤差：9.09%測量穩(wěn)壓電源內(nèi)阻Ro在Vi = 220V時，改變負載阻值，測量相應的輸出電流的變化量Io，讀出相應的輸出電壓的變化量Vo，計算仿真理論計算：Ro

14、 = |Vo / Io| =|0.02V / 36mA|=0.56實際電路測試：Vo1 = 5.13V Vo2 = 5.12V Vo = 0.01 RL1 = 3.6k RL2 = 415 IL1 = 1.43mA IL2 = 12.33mA I = 10.9mA Ro = 0.99相對誤差：76.79%其他實際電路測試參數(shù)輸出直流電壓范圍：1.26V 11.92V過流保護電壓：3.98V（RL = 47）4.故障分析（1）Vo 0，這是由于調(diào)整管T1截止或Vi不正常造成的。首先檢查整流濾波電路輸出電壓，如其不正常，則先檢查和排除整流濾波電路故障；如其為正常值，則說明調(diào)整管或電路其他部分有故障

15、?？蓴嚅_T1基極，觀察輸出電壓有無變化，如Vo升高接近Vi，則說明故障出在比較放大級，檢查T3是否損壞或斷路，各點連接是否正確，找到故障并排除之。（2）Vo Vi，說明調(diào)整管T1飽和，把T3管集電極斷開，如Vo降到0，表明調(diào)整級良好，故障出在比較放大級，檢查比較放大部分，找到故障并排除之。如Vo仍不下降，表明故障在調(diào)整管部分，找到故障并排除之。5.本次設(shè)計的收獲通過本次設(shè)計，我自己總結(jié)了一下，主要有以下幾點：（1） 鞏固和加深了對模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)理論知識的理解，提高了綜合利用理論知識的能力。（2） 學會了EDA工具的基本應用，并初步掌握了對所做的理論設(shè)計進行模擬仿真測試，完善理論設(shè)計。（3） 培養(yǎng)了根據(jù)需要選學參考文獻，查閱手冊的自學能力。通過獨立思考，深入鉆研有關(guān)問題，學會分析解決問題的方法。（4） 通過實際電路方案的分析比較、設(shè)計計算、元件選擇、安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，初步掌握了實用電路的分析方法和工程設(shè)計方法。（5） 掌握了常用儀器設(shè)備的正確使用方法，學會了電路的實驗調(diào)試和政績指標測試方法，提高了實踐能力。（6） 了解了電子線路和元器件的工程技術(shù)規(guī)范，能按設(shè)計任務(wù)編寫課程設(shè)計報告等。6.參考文獻模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 楊拴科 主編 高等教育出版社現(xiàn)代電子技術(shù)設(shè)計 李良榮 主編 羅偉雄 副主編 機械工業(yè)出版社低頻電路課程設(shè)計指導書 江蘇技術(shù)師范學院電信學院