直流稳压电源课程设计文档格式.docx

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为有效值）交流电压变为所需要的低压交流电。

而整流电路则把低压交流电转变为交流分量较小的直流电。

再经滤波电路和稳压电路再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。

本设计主要采用由分立元件构成的直流稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V、50HZ的市电，变为稳定的直流电，并实现电压在10V～14V范围内连续可调。

二、设计任务和设计指标

设计一个直流稳压电源，要求：

（1）输入电压为220V，50Hz市电，输出为直流稳定电压；

（2）采用分立元件方式；

（3）技术要求：

A、额定输出电压：

=12V且

在10V～14V范围内连续可调。

B、额定输出电流１.５Ａ；

C、满载纹波峰峰值小于6０ｍV；

D、稳压系数Sv≤5×

10-3；

（4）主要测量内容：

最大输出电流，纹波峰峰值，稳压系数，电压调整率。

三、设计方案的论证和电路工作原理

1.总体设计思路

（1）电网供电电压为220V、50Hz的交流电，要获得低压的直流输出电压，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要的交流电压。

（2）经电源变压器降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。

（3）经整流电路得到的脉动大的直流电必须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成分滤掉，保留其直流成分。

（4）经滤波电路后得到的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定的直流输出电压，也就达到了设计的目的。

2.设计方案

稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压Uo、输出电流Io、输出纹波电压ΔUop-p等性能指标要求，正确地确定电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路所用元器件的性能参数，从而能够合理的选择这些元器件。

直流稳压电源的设计可以分为以下四个步骤：

（1）电源变压器的选择：

根据稳压电路的输入电压UI，确定电源变压器副边电压u2的有效值U2；

根据稳压电源的最大输出电流I0max，确定流过电源变压器副边的电流I2和电源变压器副边的功率P2；

根据P2,从表中查出变压器的效率η，可确定电源变压器原边的功率P1。

然后根据所确定的参数，选择合适的电源变压器（降压变压器）。

（2）整流电路的选择：

在实用电路中，多采用单相全波整流电路，最常用的是单相桥式整流电路，既由四个参数相同的整流二极管构成单相桥式整流电路。

通过确定整流二极管的正向平均电流ID、整流二极管的最大反向电压URM和滤波电容的电容值和耐压值并根据所确定的参数，选择整流二极管和滤波电容。

（3）滤波电路的选择：

在实用电路中，有电容滤波电路、电感滤波电路和复式滤波电路，其中以复式滤波电路的性能为最好，最常用的是电容滤波电路。

（4）稳压电路的选择：

由于稳压管稳压电路的输出电流较小，输出电压不可调，不能满足课题设计的要求，而串联型的稳压电路一般以稳压管稳压电路为基础，利用晶体管的电流放大作用，增大负载电流，并在电路中引入深度电压负反馈使输出电压稳定，在采样电路中，使用滑动变阻器，通过改变滑动变阻器的阻值来改变输出电压，从而达到输出电压可调的目的。

根据稳压电源的输出电压Uo、最大输出电流Iomax，确定稳压电路的各电阻和稳压二极管的参数。

B．整流电路

（1）电路形式：

整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2所示。

图2单相桥式整流电路

（2）工作原理：

设变压器副边电压，

，U2为有效值。

在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；

在u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。

正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。

整流电路的简易画法如图3所示：

图3单相桥式整流电路的简易画法

其波形图如图4所示：

图4单相桥式整流电路的波形图

在单相桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即

。

电路中的每只二极管承受的最大反向电压为

（U2是变压器副边电压有效值）。

C、滤波电路——电容滤波电路

在设计中，常利用电容两端的电压不能突变和流过电感的电流不能突变的特点，将电容和负载电容并联或电容器和负载电阻并联，以达到使输出波形基本平滑的目的。

即通过滤波电路滤除整流电路输出电压中的交流成分，而保留直流成分使电压波形变得平滑。

常见的滤波电路有电容滤波电路、电感滤波电路和复式滤波电路等，而用的较多的是电容滤波电路。

在整流电路的输出端，即负载电阻RL两端并联一个电容量较大的电解电容C，则构成了电容滤波电路，如图5所示电路，由于滤波电容和负载并联，也称为并联滤波电路。

图5单相桥式整流电容滤波电路

从图3可以看出，当u2为正半周时,电源u2通过导通的二极管VD1、VD3向负载RL供电，并同时向电容C充电（将电能存储在电容里，如t1～t2），输出电压uo＝uc≈u2；

uo达峰值后u2减小，当uo≥u2时，VD1、VD3提前截止，电容C通过RL放电，输出电压缓慢下降（如t2～t3），由于放电时间常数较大，电容放电速度很慢，当uC下降不多时u2已开始下一个上升周期，当u2＞uo时，电源u2又通过导通的VD2、VD4向负载RL供电，同时再给电容C充电（如t3～t4），如此周而复始。

电路进入稳态工作后，负载上得到如图中实线所示的近似锯齿的电压波形，和整流输出的脉动直流（虚线）相比，滤波后输出的电压平滑多了。

显然，放电时间常数RLC越大、输出电压越平滑。

若负载开路（RL=∞），电容无放电回路，输出电压将保持为u2的峰值不变。

D、稳压电路

选择电容滤波电路后，直流输出电压：

Uo1=（1.1～1.2）U2，U01（AV）=0.9U2；

直流输出电流：

（I2是变压器副边电流的有效值），稳压电路则选用由分立元件构成的直流稳压电路。

其电路形式如下图所示：

四、单元电路设计和参数计算

已知

，

，又稳压部分的输入电压满载纹波峰峰值小于60mv，稳压系数Sv≤0.005。

根据实验测试时提供的稳压电路的输入电压为18V，则设

，则

电路参数计算如下：

1.整流电路

电路形式如下图所示：

由于在单相桥式整流电路中，因为每只二极管只在变压器副边电压的半个周期内通过电流，所以每只二极管的平均电流只有负载电阻上电流平均值的一半，即：

由于输出电流的最大值为1.5A，则

那么

和半波整流电路中二极管的平均电流相同。

二极管能够承受的最大反向电压

，和半波整流电路中的最大反向电压也相同。

考虑到电网电压的波动范围为-10％～+10％,在实际选用二极管时，应至少有10％的余量，且满足：

选择选择最大想留电流

和最高反向工作电压

分别为

24V。

所以选择整流部分的二极管时，最大整流电流要大于0.9A，最高反向工作电压应大于25V。

2.滤波电路

电路形式见图5

（1）输出电压的估算

电容滤波电路的输出电压和电容的放电时间常数τ=RLC有关，τ应远大于u2的周期T，分析及实验表明，当

τ=RLC≥（3～5）T/2

时，滤波电路的输出电压可按下式估算，即：

UO1≈1.2U2=UI=18V则U2=15V

（2）整流二极管导通时间缩短了，存在瞬间的浪涌电流，要求二极管允许通过更大的电流，管子参数应满足

IFM＞2IV=IO

（3）在已知负载电阻RL的情况下，根据式子选择滤波电容C的容量，即

C≥（3～5）T/2RL

若容量偏小，输出电压UO将下降，一般均选择大容量的电解电容；

电容的耐压应大于u2的峰值，同时要考虑电网电压波动的因素，留有足够的余量。

电容滤波电路的负载能力较差，仅适用于负载电流较小的场合。

不妨取

，由于

和公式：

（稳压系数为

）

可求得：

所以，滤波电容：

电容的耐压要大于

，故滤波电容C取容量应至少大于1500uF，耐压为20V的电解电容。

3.稳压电路

在串联型稳压电路中，调整管是核心，它的安全工作是电路正常工作的保证。

调整管常为大功率管，因而选用原则和功率放大电路中的功放管相同，主要考虑其极限参数

、

和

调整管极限参数的确定，必须考虑到稳压电路的

输入电压

，由于电网电压波动而产生的变化，以及输出电压的调节和负载电流的变化所产生的影响。

调整管Q1的发射极电流等于采样电阻总电流和负载电流之和，Q1的管压降等于输入电压和输出电压之差，显然，当负载电流最大时，流过Q1管发射极的电流最大，即

通常，R0上电流可忽略，且

，所以通常调整管的最大集电极电流等于发射极电流由此可知，流过基准电压电路的电流大约3A，而稳压部分的输入电压大约为18V,

又

不妨取三极管的放大倍数

，则根据

及b、c、e极的电位分布情况可计算出R2大约为4k，R1大约为3k。

因为给定的电位器是500Ω的，即R2最大阻值为500Ω，稳压管的电压是+6.2v，且电压输出范围是10-14v，由于制作过程中电阻和其他元件会造成误差，使输出范围变小，可设定输出范围大致为8-17v由公式

可计算出R4大致为300Ω，R5大致为500Ω。

4.电源变压器

电源变压器的原边电压为：

（有效值），副边电压为:

（有效值）。

则匝数比为：

K=

五.仿真和调试

用仿真软件Multisim按照上述参数进行仿真调试，在多次跳是后得到的输出电压范围比较理想时，各个电阻的阻值大小分别为：

、

（滑动变阻器）、

、。

电容大小为：

调试结果如下图所示：

*以上两图为换算成为18v直流电压源之后的电压调节仿真图，电压调节范围为8.8v——16.7v。

六．器件清单

原件序号

元件类型

元件参数

元件数量

备注

R1

电阻

1K

1

R2

7.5K

R3

500

电位器

R4

270

R5

430

T1

NPN

2N3415

大功率三极管

T2

2N2222A

9014

T3

C1

100mf

电解电容

VCC

18v

直流电源

D1

6.2v

稳压二极管

七、安装和调试

经一系列计算和仿真之后，输出电压能够得到比较大的调节范围，满足输出在10-14V。

并绘制原理电路的PCB，在实验室制作电路板并用钻孔机打孔，砂纸打磨，按照元件清单上的数据来选择合适的电子元器件，并用万用表检测元器件的好坏，确定没有问题后，对照原理电路认真完成元器件的电烙铁焊接，焊接成功后，用实验电源进行检测及调试，成功检测的结果是，电压输出范围为8~16V，当输出电压为10V，所接负载电阻为10

时电流为1.0A符合要求，并交和老师验收，并撰写模电课程设计实习报告。

八、心得体会

通过此次课程设计，通过实践使我更好掌握了有关模拟电子技术方面的知识。

我了解了常用元件的测试，熟悉了常用仪器，以及如何提高电路的性能等等。

在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过自己的思考，认真检查终于找出了原因所在，并且从中学到了很多知识，当然也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。

让我明白了，在今后学习实践过程中，一定要不懈努力，一定勇于发现问题所在，然后努力解决，只有这样才会不断进步。

同时明白了只要认真钻研，动脑思考，积极参加查阅相关资料，我们就一定会有所进步。