太原理工大学-模电课设-直流稳压电源.doc

太原理工大学现代科技学院

模拟电子技术 课程设计

设计名称:直流稳压电源
专业班级: 测控13-1
学 号: 2013101561
姓 名: 王文俊
指导教师: 杨小平

太原理工大学现代科技学院 课程设计
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专业班级 测控13-1 学号 2013101561 姓名 王文俊 成绩

一、设计目的
通过设计实验，学习电子系统设计的一般方法，学会选择变压器、整流二极管、三极管等原件设计直流稳压电源，掌握电源的主要性能参数，掌握常用元器件的识别与测量，熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法。
二、设计要求
（1） 直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。
（2） 电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。
（3）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）。
（4） 脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。
（5） 滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。
（6） 根据设计到实验室选择合适的原件进行试验。
（7） 报告中给出各部分电路原理以及原件选择，最后给出原件参数及实验心得。
三、设计内容
（1）设计一个输出12V的直流稳压电源,且在一定范围连续可调；
（2）稳压电路要加有放大环节以改善稳定性；
（3）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；
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（4）要求汇出原理图；
（5）在实验室中能根据原理图进行插板；
（6）测量直流稳压电源带负载和空载时的输出电压，输入电压，各 管脚电压及调节可变电阻时输出电压的变化范围
（7）撰写设计报告。
四、电路组成（思路）
直流稳压电源的工作流程如下

直流稳压电源的设计电路图

直流与稳压过程

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五、 用复合管做调整管的电路图

简易电路

电路的分析：
图中，变压器的作用是降压； ~的作用是整流；电解电容的作用是滤波。
电路包括四部分：采样电阻，放大电路，基准电压，调整管
<1>采样电阻
由电阻,和组成，当输出电压发生变化时，采样电阻对变化量进行采样，……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………
并传送到放大电路的基极。
<2>放大电路
比较放大器的作用是将采样电阻送来的变化量进行放大，然后传送到调整管的基极。
<3>基准电压
基准电压由稳压管提供，接在比较放大器的发射极。
<4>调整管
在电路中调整管由和共同构成。调整管T接在输入。
<5>直流电压
与输出端得负载电阻之间，当输出电压发生波动时，调整管的集电极电压产生相应的变化，使输出电压基本保持稳定。
六、原理解释（锦上添花）
1.电源变压器

变压器原理图
电网提供的交流电一般为220V（或380V），而各种电子设备所需要直流电压的幅值却各不相同。因此，常常需要将电网电压先经过电源变压器，然后将变换以后的二次电压再去整流，滤波，和稳压，最后得到所需要的直流电压幅值。
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2.整流原理
整流电路的作用是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正选交……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………
流电压整流为单方向的脉动电压。但是，这种单向脉动电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差的很远。在小功率直流电源中，经常采用单向半波，单向全波和单向桥式整流电路。
单相桥式整流电路
在的正半周，二极管和导电，截止，电流、流过，在负载得到的输出电压极性为上正下负。在的负半轴， 导通，和截止，流过时产生的电压极性也是上正下负，因此在负载上得到一个单方向的脉动电压。桥式整流电路的波形图如下：

单向桥式整流电路图
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单相桥式整流电路电压、电流波形

3.电容滤波原理
   整流电路虽然可将交流电变成直流电，但其脉动成分较大，在一些要求直流电平滑的场合是不适用的，需加上滤波电路，以减小整流后直流电中的脉动成分。
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电路图

桥式整流电路电容滤波电路电压、直流波形
当=时：；
当为有限值时：
通常取,RC越大越大；为获得良好的滤波效果，一般取（3~5）
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（T为电网交流电压的周期）

（a）外特性（b）滤波特性
4.电路的稳压原理

稳压管稳压电路原理图
稳压原理：
①假设稳压电路的输入电压保持不变，当负载电阻减小，负载电流增大时，由于电流在电阻R上的压降升高，输出电压将下降。而稳压管并联在输出端，由图中稳压管两端的电压有一个很小的下降时，稳压管的电流将减小很多。此时IR也有减小的趋势。实际上利用IZ的减小来补偿流过负载的电流的增大，使IR基本保持不变，从而使输出电压也保持基本稳定。
②假设负载电阻保持不变，由于电网电压升高而使电容两端电压升高时，自输出电压也将随之上升。但是，由于稳压管的伏安特性课件，此时稳压管的电流将急剧增加，于是电阻R上的压降增大，以此抵消电容两端电压的升高，从而使输……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………
出电压基本保持稳定。
5.输出电压的范围
当的滑动端调至最上端时，= 0，=，此时达到最小值，=
当的滑动端调至最下端时，=，=0，此时达到最大值，=
七、电路参数计算、元件选择及仿真
1、确定次级电压：
2、确定整2、流滤波电路参数：
桥式整流电路流过每个二极管的直流电流为最大负载电流的一半，则有：
当电网电压升高10%时，每管承受的最大反向电压为：
所以可以用型号1B4B42。
3、电容的选取：
①容量：
<1>每0.1A的电流对应200F的电容。因为输出电流为300mA，所以=。
<2>在电容滤波电路中，电容放电的时间常数=RC愈大，放电过程愈慢，则输出
直流电压愈高，同时脉动成分也愈小，即滤波效果愈好。所以应该选择大容量的……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………
电容作为滤波电容。其中交流电源周期T=20ms，T/2=10ms，所以。
<3>耐压值
考虑电网电压最大，负载电流最小时的情况

②材质：由于电容值比较大，一般为几十至几千微法，通常可用电解电容器。因此，可选用容量为，耐压值为35v的电解电容。
4、调整管的选取：
考虑到电网电压波动到最高值，负载短路时，整流滤波输出电压全部加在调整管两端，则调整管应该满足下列要求：
，，

所以调整管可以选用3DD4B:,,,在电路中我们用MJE243代替。
5、推动管的选择：
，

可选用2N1711：,,
6、确定基准环节:
一般有稳压管提供的稳定直流电压，其电压值由决定，其中n为取样电阻分压比。
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①选用或者内部具有温度补偿的稳压管,选,
②为减小稳压管内阻及变化电流对稳压值的影响，稳压管工作电流应取20mA.
③在输出电压范围较大时，要使选定的限流电阻R满足：

7、确定取样电阻:
,
,,,
在调试中，实际取值为：，，
8、确定比较放大器参数：
仍选用2N1711，.
9、过载保护电路用限流型保护电路
,三极管用MJE243。

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八、实验室进行试验
1.电路图：

2.对图查元件
1>查二极管D
实验室中提供的二极管IN4001。实验前须用万用表检测二极管的好坏。
2>查三极管T
实验室中不用复合管，提供 3DD15C作为VT1，VT2型号为 9013。使用前要用万用表检测其好坏并确定E,B,C极。
3>查电阻R
实验室里提供很多电阻，须根据色环或标记选出自己需要的电阻，实验前要用万用表测量所选电阻的实际值。
4>查电容C
实验室提供了2200uF的电解电容，如果发现电容如爆裂或破损，那就直接更换……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………
新的，耐压值不能低于原来元件的耐压值。
5>查变压器B
实验室提供已做好的变压器（15：1），只需检测其是否能正常导电和变压即可。
3.插板
将元件按照电路图接好，注意正负极不要接反，而且稳压管要反接，极性电容要正接。

电阻名称

理论阻值
200Ω
1kΩ
100Ω
470Ω
100Ω
实际阻值
208Ω
998Ω
99Ω
474Ω
98Ω
4. 在试验中，实际采用的电阻阻值如下

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5.通电并记录数据
数据记录：

空载
负载（40Ω）

17.84V
——

18.14V
19.35V
电容电压
19.50V
——
稳压管电压
6.55V
6.57V
变化范围
8.55V~14.07V

九、设计感想
本次的课程设计，培养了我们综合应用课本理论解决实际问题的能力；我觉得课程设计对我们的帮助是很大的， 它需要我们将学过的理论知识与实际系统地联系起来，加强我们对学过的知识的实际应用能力！我从中了解了直流稳压电源和贯通了书上的知识，同时也了解到了自己对于理论和实际应用的统一和对于器件在实际中的使用还有很大的不足，不能在使用器件时选择合适的参数的器件，不能根据器件的编号知道器件的基本功能。在设计的过程中不仅让我们能够主动自觉的去独立思考，主动学习相关的知识，能够很好的达到实习的效果，再动手的过程中也动了脑。还培养出了我们的团队精神，同学们共同协作，解决了许多个人无法解决的问题；在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。
在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。
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  在设计过程中，我通过查阅有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。
通过这次设计，让我了解了书本上没有的知识，更加巩固了所学的知识，也增强了自己灵活运用所学知识到实践中的能力。此外，也学到了许多的经验，做什么事都有思前想后，我们在做实验时，就因为没有深入思考，差点出现了一些事故但是还好有成员细心才避免了这次的失误。这次的课程设计，获益匪浅，虽然从了解原理到设计电路，再到实践验证和课程设计书的撰写，花了很多时间，但是是值的，因为成就感让我们很满足，也让我深深体会到了做学问一定要有认真、严谨的治学态度，这也将对我以后的学习和工作起到莫大的帮助。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。
我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。当然由于水平有限，我们的课程设计难免会有一些错误和误差，还望老师批评指正。