串联型直流稳压电源课程设计.doc

模拟电子技术课程设计报告

学 院 电子信息与电气工程学院
专 业 电子信息科学与技术
班 级 XXXXXXXXXX
学生姓名 XXXXXXXX
学 号 XXXXXXXXXXXXXXXXXXX
指导教师 XXXX

串联型直流稳压电源
一、主要指标和要求
1、输出电压：8~15V可调
2、输出电流：I0=1A
3、输入电压：交流220V +/- 10%
4、保护电流：I0m =1.2A
5、稳压系数：Sr = 0.05%/V
6、输出电阻：R0 < 0.5 Ω
7、交流分量（波纹电压）：<10mV

二、方案选择及电路工作原理
² 分析电路组成及工作原理；

我们所设计的串联型直流稳压电源为小功率电源，它将频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转化为幅值稳定、输出电流为1A以下的可调直流电压。交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压，其方框图如图1所示。
1、 电源变压器
电源变压器是利用电磁感应原理，将输入的有效值为220V的电网电压转换为所需的交流低电压。变压器的副边电压有效值由后面电路的需要决定。

2、 整流电路
整流电路的任务是将经过变压器降压以后的交流电压变换为直流电压。变压器的选择，除了应满足功率要求外，它的次级输出电压的有效值Ｖ2 应略高于要求稳压电路输出的直流电压值。对于高质量的稳压电源，其整流电路一般都选用桥式整流电路。整流电路常见的有单相桥式整流电路，单相半波整流电路，和单相全波整流电路。

(1) 工作原理
单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，如图（a）所示。在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。根据图1（a）的电路图可知：当正半周时，二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当负半周时，二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。
(2) 参数计算
输出电压是单相脉动电压，通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为

流过负载的平均电流为

流过二极管的平均电流为

二极管所承受的最大反向电压

流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析，此时谐波分量中的二次谐波幅度最大。脉动系数S定义为二次谐波的幅值与平均值的比值。

单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。
3、 滤波电路
(1) 滤波的基本概念
滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量，又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。
(2) 电容滤波电路
现以单相桥式整流电容滤波电路为例来说明。电容滤波电路如图4所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C。

(3) 滤波原理
若V2处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压V2给电容器C充电。此时C相当于并联在V2上，所以输出波形同V2 ，是正弦波。
当V2到达wt=p/2时，开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载ＲL放电。指数放电起始点的放电速率很大。在刚过wt=p/2时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过wt=p/2时二极管仍然导通。在超过wt=p/2后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。所以在t2到t3时刻，二极管导电，Ｃ充电，Vi=Vo按正弦规律变化；t1到t2时刻二极管关断，Vi=Vo按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。
需要指出的是，当放电时间常数RLC增加时，t1点要右移，t2点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小；反之，RLC减少时，导通角增加。显然。当RL很小，即IL很大时，电容滤波的效果不好。反之，当RL很大，即IL很小时，尽管C较小, RLC仍很大,电容滤波的效果也很好。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。
此外，为了进一步减小负载电压中的纹波，电感后面可再接一个电容而构成倒L型滤波电路或采用π型滤波电路，分别如图5（a）和图5(b)所示。
(4) 电容滤波电路参数的计算
电容滤波电路的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅，一般常采用以下近似估算法：
一种是用锯齿波近似表示，即
另一种是在RLC=（3~5）的条件下，近似认为VO=1.2V2。
4、 稳压电路
a) 稳压电路
选用可调式三端集成稳压器 CW317。该集成块有输入端Ｖi、输出端Ｖo、和可调端 ADJ 三个端头。它的组成和分立元件稳压电路一样，主要由恒流源电路、基准电压电路、比较放大电路、调整管及保护电路组成。在实际应用时，只要外接 Ｒ1 和Ｒ2 两个电阻就能实现所需要的稳压值。当Ｒ2 用电位器Ｒw 代替时，就可以实现输出电压可调的稳压电源，电压可调范围为 1.25V～37V 。在图 5 所示的实验电路中，三端稳压器的输入端并接了一个电容Ｃ3 ，是为了消除电路可能产生的自激振荡。
b) 稳压电源的主要性能指标
衡量一个稳压源的主要性能指标有：电压调节范围、电压调整 率ＳV 、电流调整率 Ｓi、输出电阻 r0 、纹波抑制比
Ｓrip 。它们的定义如下：
a) 电压调节范围：是指可调式稳压电源的最大输出电压Ｖomax 与最小输出电压Ｖomin 之间的范围。
b) 电压调整率Ｓv：是指负载不变时，电网电压的相对变化量与由此引起的输出电压的相对变化量之比，即

c) 电流调整率Ｓi：是指输入电压不变而负载变化时，负载电流 Ｉo 在规定的范围内变化而引起的输出电压的相对变化量，即

d) 输出电阻
ro ：就是稳压电源的内阻。它可以通过测量电源空载时的输出电压Ｖo' 和接入负载ＲL 时的输出电压Ｖo 而求得，即

e) 纹波抑制比Ｓrip：是指稳压电源对交流纹波的抑制能力。
定义为电源的输入纹波电压Ｖi~ 与输出纹波Ｖo~ 之比值。常用 dB 值表示。即

三、单元电路设计计算，元器件选择，电路原理图，元器件明细表
1、 单元电路设计计算
确定变压器次级电压

考虑到最低电压为~220- 10% =198V，此时次级应有 15V，所以正常（~220V）时有：

2、 元器件参数选择
(1) 调整管选择
最高输入电压发生在 ~220+10% =242V 此时变压器次级电压U次 =18.7V

极端情况，负载短路，且考虑峰值： 取BVCEO=100V
最大电流： IOM >=1.2A
最大管压降：
最大集电极功耗：

(2) 选基准电压、稳压管
选DZ1=6.2V ，可选稳压管2CW IDZ=10mA

(3) 取样电路

一般取样电流为30~50mA ，取

(4) 调整电路
IOM=1.5mA 取β1=β2=50
有：
取 R2=2kΩ
(5) 保护电路
取
这里，取UDZ1稳定电流为10mA
取流过R3+R4的电流也为10mA，

取UE4=1V， 则R4=100Ω， R3=1.6KΩ
当IOM =1.2A时保护， 取RO=0.6Ω , URO=1.2*0.6=0.72V
3、 电路原理图

4、 元器件明细表
直流稳压电源
万用板×1
9013×3
6V稳压管×1
TIP41C配散热片，螺丝×1
电阻/Ω
1.6K×1
2K×1
0.6×1
150×1
270×1
30可调电阻×1
电容
1000uf×1
0.01uf×2
220uf×1

四、安装、调试中遇到的问题，解决的方法及实验效果
1. 在安装过程中，我们首先在电路板上，画出电路图的草图，然后在电路板上进行焊接元器件，由于电路板线路很窄，所以需要特别小心。第一次焊接时，不小心把三极管短路了，再三检查电路后，重新换了一个三极管来焊接。焊接要可靠，不能有虚焊、短路。

2. 在调试过程中，需要检查元器件安装、连接是否正确，晶体管管脚、二极管方向、电解电容极性是否接对，电源正、负端是否正确，电源数值是否符合要求。用表测量电源二端的直流电阻，判断是否有短路情况。注意电路中的电流过大，从而会导致元器件的烧坏。

3. 分块电路调试步骤：
(1) 变压器电路的调试。
在所设计的变压器电路的输入端分别输入不同大小的交流电源电压，输出端接入一电压表，观测输出端电压表的读数，与理论输出值（即由输入电压作用下的输出电压值）进行比较，若两数值相等或相近，则所涉及的变压器单元电路通过测试；否则，需重新对该单元电路进行设计（在两数值差别不大的情况下，也可通过直接改变电路参数设置来进行优化和再设计）。直至两参数值相等。
(2) 整流电路的调试。
在所设计的整流电路的输入端分别输入不同大小的交流电源电压，在整流电路的输出端接入一示波器，观测输出电压的波形，与理想波形进行比较，如两波形相同，则所设计的整流单元电路通过测试；否则，需重新对该单元电路进行设计和调试，直至达到理想波形。
(3) 整流电路的调试。
在所设计的整流电路的输入端分别输入不同大小的交流电源电压，在整流电路的输出端接入一示波器，观测输出电压的波形，与理想波形进行比较，如两波形相同，则所设计的整流单元电路通过测试；否则，需重新对该单元电路进行设计和调试，直至达到理想波形。
(4) 稳压电路调试。
在所设计的稳压电路的输入端输入滤波电路的输出电压，在稳压电路的输出
端接入一示波器，观测输出电压波形，与理想波形进行比较，如两波形相同，则所设计的滤波单元电路通过测试；否则，需重新对该单元电路进行设计和调试，直至达到理想波形。

4. 整体电路调试：
在单元电路设计完成并通过调试后，就可以进行整体电路的设计和调试了。整体电路的方针必须是在整体电路设计完成并经过初步检查后方可进行。对所创建的整体电路功能进行测试，包括以下几项：
(1) 测试直流稳压电源各级电压，观察各级电压的波形。
(2) 验证直流稳压电路的稳压功能，测试直流稳压电路稳压系数。在整体电路通过调试、优化并得到满意的结果后，此次课程设计的任务就基本完成了。

五、电路性能指标测试结果，是否满足要求，对成果的评价
电路性能指标实验测试结果：
测量数值
降压后的电压
输入电压Ui
最大输出电压Uo
最小输出电压Uo
输出电流Io
第一次调试
13.93V
16.56V
15.03V
14.24V
1.24A
第二次调试
15.04V
18.08V
16.78V
14.24V
1.67A
保护电流Iom=1.2A
输出电阻=12Ω
输出电阻=10Ω
比较技术指标和实验测试结果，在一定的误差范围内，电路设计性能指标满足设计要求。调节滑动变阻器的阻值，测量得到的输出电压稍微偏大，可调节的电压范围较小，最小只有14.24V。经过一系列的改动和多次实验测试，这次的实验成果虽然还有一些指标不是非常满意，还需要改进，总的来说是不错的。

实际成果电路图及测试结果：

六、收获、体会及改进意见

经过两个星期的模拟电子技术课程设计过程，我们学到了很多东西，对一学期以来所学的电子方面的知识也有更加深刻的理解，也对我们自己在模拟电子方面的能力有了更客观的认识和评价。
在这次设计过程中，我们从最基本的查元器件，找资料做起，了解了完整的电子设计的一般步骤，也和同学们共同探讨，学到了很多课堂上学不到的东西，也遇到了各种各样从没想过的问题，通过请教老师，和同学交流，并真的解决了它们，可以说是为我们以后在电子领域的发展做了一些有益的尝试。同时也使我们增加了对电子方面知识的兴趣，也从中发现了我们自己的一些不尽如人意的地方，以后要多改进和提高。
通过这次课程设计使我们懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。我们掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用仪器、仪表；了解了电路的连线方法；如何的设计电路，焊接电路；以及如何提高电路的性能等等，掌握了可调直流稳压电源构造及原理。在设计的过程中遇到的问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。
相信以后我们会以更加积极地态度对待学习、对待生活。我们的激情永远不会结束，相反，我们会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己的优点，去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。只有不断的测试自己，挑战自己，才能拥有更多的成功和快乐！认真对待每一个实验，珍惜每一分一秒，学到最多的知识和方法，锻炼自己的能力，这个是我们在课程设计中学到的最重要的东西，也是以后都将受益匪浅的！
在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！

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