串聯(lián)型可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

1、摘要電子技術(shù)在21世紀(jì)飛速發(fā)展，在我們身邊幾乎處處可以看到它們的身影，如家里的電視，冰箱等家用電器，辦公用的電腦，手機(jī)等，可以肯定地說(shuō)在當(dāng)今的社會(huì)我們的生活離不開(kāi)電子產(chǎn)品。而每一個(gè)電子產(chǎn)品都離不開(kāi)電源。一個(gè)可靠穩(wěn)定的直流電源是各系統(tǒng)和正常產(chǎn)品工作的基礎(chǔ)。作為一個(gè)電子專(zhuān)業(yè)的大學(xué)生，能夠制作一個(gè)可調(diào)的直流電壓源是一項(xiàng)基本功。本文系統(tǒng)地介紹了串聯(lián)型連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓正電源的設(shè)計(jì)。本課設(shè)的目的是如何把220V 50HZ的交流市電通過(guò)降壓電路把電源幅值降下來(lái)；通過(guò)全波整流電路把小幅值的交流電轉(zhuǎn)變成單向脈動(dòng)的直流電壓；通過(guò)濾波電路把整流電路輸出直流電壓里的交流成分濾除，由穩(wěn)壓電路穩(wěn)定輸出電壓，最后由取樣電路

2、使輸出電壓可調(diào)。并且該電路具有電流過(guò)流保護(hù)功能和輸出電流擴(kuò)展功能。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、參數(shù)確定以及焊接電路板后，較為完美地完成了本次課設(shè)，最終的產(chǎn)品也達(dá)到了所有的要求。關(guān)鍵字：整流、濾波、穩(wěn)壓、擴(kuò)流、輸出可調(diào) 第一章 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求基本要求(1) 輸出直流電壓1.510V可調(diào)； 要求輸出的電壓為連續(xù)可調(diào)，其范圍為1.5到10V。 （2 輸出電流Iom=300mA(有電流擴(kuò)展功能)； （3）穩(wěn)壓系數(shù)Sr<=0.05； (4) 具有過(guò)流保護(hù)功能。提高要求 1、要求對(duì)電路板合理布局，充分利用板子，元器件按照平行、垂直的規(guī)律擺放。焊接美 觀，焊接連線要求連接直線和垂直連接。 2、要求做出的產(chǎn)品能夠在實(shí)際中

3、經(jīng)久耐用。第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇 2.1 方案一采用集成穩(wěn)壓器搭建電路 電路圖如下：2.1.1 2.2方案二采用分立元件搭建電路電路圖如下：2.2.1比較方案一和方案二，方案二充分用到了所學(xué)的理論知識(shí)，并且結(jié)合了運(yùn)放，晶體管等知識(shí)?？梢愿玫撵柟汤碚?，同時(shí)可以在實(shí)踐中很好地鍛煉自己的焊接，電路布局等能力，因而選擇方案二作為本次課設(shè)的電路。第三章 系統(tǒng)組成及工作原理 1.交流變壓電路 變壓電路主要由變壓器組成，變壓器如下所示： 3.1.1變壓器的作用是把交流市電的幅值升高或減少。一般有四個(gè)或五個(gè)接頭。變壓器兩組線圈圈數(shù)分別為N1和N2，N1為初級(jí)，N2為次級(jí).在初級(jí)線圈上加一交流電壓，在次級(jí)線

4、圈兩端就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).當(dāng)N2>N1時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)要比初級(jí)所加的電壓還要高，這種變壓器稱(chēng)為升壓變壓器：當(dāng)N2<N1時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)低于初級(jí)電壓，這種變壓器稱(chēng)為降變壓器.初級(jí)次級(jí)電壓和線圈圈數(shù)間具有下列關(guān)系：式中n稱(chēng)為電壓比(圈數(shù)比).當(dāng)n<1時(shí)，則N1>N2，V1>V2，該變壓器為降壓變壓器.反之則為升壓變壓器. 一般的直流電壓源采用降壓變壓器。初級(jí)線圈匝數(shù)N1、次級(jí)匝數(shù)N2和原副線圈電壓U1、U2關(guān)系為N1/N2=U1/U2。當(dāng)電源變壓器的初級(jí)繞組通電后，線圈所產(chǎn)生的磁通在鐵芯流動(dòng)，因?yàn)殍F芯本身也是導(dǎo)體，在垂直于磁力線的平面上就會(huì)感應(yīng)電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)在鐵芯的斷

5、面上形成閉合回路并產(chǎn)生電流，好像p一個(gè)旋渦所以稱(chēng)為“渦流”。這個(gè)“渦流”使變壓器的損耗增加，并且使變壓器的鐵芯發(fā)熱電源變壓器的溫升增加。因而在變壓器工作時(shí)會(huì)有損耗，由于本文設(shè)計(jì)的電壓源是小功率電源，變壓器損耗較少，因而可以忽略不計(jì)。2 整流電路 一般的整流電路的作用是將交流電壓變成單向的脈動(dòng)電壓?？捎伤膫€(gè)二極管搭成（2.2.1）或用集成的橋堆（2.2.2）。 3.3.1 3.2.2其工作原理為：當(dāng)變壓器副邊線圈U2在正半周，A點(diǎn)電位高于B點(diǎn)，由二極管的單向?qū)щ娦钥芍狣1和D3導(dǎo)通，D2和D4截止。此時(shí)的電流通路為：AD1RLD3B.此時(shí)的輸出波形為U2的上半周。當(dāng)B點(diǎn)電位高于A電位是。D2和D

6、4導(dǎo)通，D1和D3截止。此時(shí)的電流通路為：BD2RLD4A。此時(shí)的輸出電壓波形為U2波形的負(fù)半周的負(fù)值，即輸出的電壓負(fù)半周關(guān)于時(shí)間軸的對(duì)稱(chēng)波形。兩對(duì)二極管周而復(fù)始地交替導(dǎo)通和截止，使負(fù)載RL上的電壓始終是正電壓。整流電路輸出的波形為： Uo（）.（）.×由于橋式整流電路的每只二極管只在半個(gè)周期導(dǎo)通，因而流過(guò)的平均電流僅為輸出平均電流的一半，即Id(av)0.45×U2/RL.二極管截止時(shí)所承受的最大反向電壓使變壓器副邊線圈電壓的峰值，即Urm=1.414×U23濾波電路 一般的濾波電路主要由電容（6.3.1）構(gòu)成，電容容量一半大于470uf. 3.3.1其工作原理

7、為：當(dāng)U2>Uc時(shí)，二極管D1和D3導(dǎo)通，對(duì)電容C充電，時(shí)間常數(shù)很?。划?dāng)U2<Uc時(shí)，所有二極管均截止，電容對(duì)RL放電，時(shí)間常數(shù)為RL*C；若變壓器副邊電壓U2在正半周，且電容上的電壓在A點(diǎn)，A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間為T(mén)1，則當(dāng)T>T1是時(shí)，D1和D3因加正向電壓而導(dǎo)通，U2一方面提供負(fù)載電流，另一方面對(duì)C充電；若變壓器副邊內(nèi)阻、二極管導(dǎo)通電阻均可忽略不計(jì)，則UO將按U2的變化規(guī)律充電至峰值電壓，如圖B點(diǎn)，伺候U2的下降使得U2<UC，所有二極管均截止，濾波電容C向負(fù)載電阻RL放電，時(shí)間常數(shù)為RL*C。再放電的BC段，UO基本按U2的變化規(guī)律下降；但到C點(diǎn)后，UO按指數(shù)規(guī)律下降，

8、二U2按正弦規(guī)律下降，UOB比U2變得緩慢，見(jiàn)曲線的CD段。電容C放電到圖中的D點(diǎn)后，又重復(fù)上述A點(diǎn)以后的過(guò)程。如此周而復(fù)始形成了電容的周期性充、放電過(guò)程。最終濾波后的波形如下：3.3.2當(dāng)RL*C=（35）T/2時(shí)，UO(av)1.2U2.4 穩(wěn)壓電路3.4.1工作原理：設(shè)負(fù)載不變，當(dāng)輸入電壓U1升高時(shí)，因而UO隨之增大，即穩(wěn)壓管端電壓UZ增大嗎。 由圖6.4.2所示穩(wěn)壓管伏安特性可知，穩(wěn)壓管電壓微小增大，使流過(guò)穩(wěn)壓管的電流Idz急劇增大，Ir隨之增大，以致電阻R上的壓降Ur增大，從而抵消了Ui的升高，時(shí)輸出電壓Uo基本不變。同理當(dāng)輸入電壓Ui降低時(shí)，各值的變化與上述相反，從而使得輸出電壓穩(wěn)

9、定。 3.4.2 如下為帶調(diào)整管的穩(wěn)壓電路，由于電路中引入了電壓負(fù)反饋，因而可以穩(wěn)定輸出電壓 3.4.35 過(guò)流保護(hù)、輸出電壓調(diào)節(jié)、輸出電流擴(kuò)流電流電路 3.5.1工作原理：一般流過(guò)調(diào)整管的電流比較大，因而可以在調(diào)整管后再加一個(gè)保護(hù)晶體管，R1為采樣電阻，當(dāng)電流較小時(shí)，R1上的壓降小于調(diào)整管的導(dǎo)通電壓，因而保護(hù)電路不工作，當(dāng)電流較大時(shí)，可將調(diào)整管的基極分流，限制了調(diào)整管Ice的增長(zhǎng)；電路中的運(yùn)放和電阻和電位器構(gòu)成輸出電壓調(diào)節(jié)電路，設(shè)運(yùn)放同向端的基準(zhǔn)電壓為U5，則輸出電壓的范圍為：（R2+R5+R3）*U5/(R5+R3)UO（R2+R5+R3）*U5/R3;電路的擴(kuò)流電路是應(yīng)用了晶體管的共基接

10、法，設(shè)未加擴(kuò)流電路時(shí)的輸出電流為I,晶體管的電流放大倍數(shù)為B，則輸出的電流I輸出=i*B.因而達(dá)到輸出電流擴(kuò)流作用。第四章 單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、器件選擇 1. 變壓電路 所選變壓器為副邊線圈為含有中心抽頭輸出正負(fù)12V的變壓器。4.1.1 2. 整流電路 由于在領(lǐng)元器件時(shí)沒(méi)有領(lǐng)到橋堆，因而用1N4007搭建了一個(gè)整流電路。 可知1N4007的最大正向平均整流電流為1A，最大正向電壓為1.1V。最大反向電壓為1000V。因而可以滿足電路中最大電流100MA的要求。4.2.1 3.濾波電路參數(shù)計(jì)算 由于整流出的電壓有較大的交流成分，因而濾波電容的容量要較大，本課設(shè)中選擇容量為1000UF25V

11、的大電解電容。 4.穩(wěn)壓、輸出電壓、過(guò)流保護(hù)電路元器件、參數(shù)選擇 由濾波電路出來(lái)的直流電壓約為15V，由輸出電壓范圍為（R2+R5+R3）*U5/(R5+R3)UO（R2+R5+R3）*U5/R3可知，取樣電路的同相端的基準(zhǔn)電壓應(yīng)小于6V,選取穩(wěn)壓二極管的型號(hào)為1N4735。其穩(wěn)壓值為6.1V。其反向電阻為150歐，因而加一個(gè)400歐的電阻與之串聯(lián)。在跟隨器輸出端串聯(lián)40K和10.5K的電阻分壓，以10.5K的端電壓作為取樣電路的基準(zhǔn)電壓（1V）。調(diào)整管選取3DG180B,其Icm=200ma,放大倍數(shù)為20，最大管耗為700mw.取樣電阻分別為100K、30K，電位器為200K的精密電位器使

12、輸出的電壓為1.5V到10V。電路過(guò)流保護(hù)選取1歐的電阻、晶體管3DG6B，其參數(shù)為Icm=100ma.放大倍數(shù)為30。輸出電流擴(kuò)流功能選用晶體管的共基接法，型號(hào)為3DG181B。參考文獻(xiàn)華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)基本教程.清華大學(xué)出版社.2006.陳兆仁.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究與設(shè)計(jì).電子工業(yè)出版社，2000.杜龍林.用萬(wàn)用表檢測(cè)電子元器件.遼寧科學(xué)技術(shù)出版社.2001.楊振江等.新穎實(shí)用電子設(shè)計(jì)與制作.西安電子科大出版社.2000.附錄一 原件清單：名稱(chēng)型號(hào)個(gè)數(shù)芯片運(yùn)放LM3581變壓器輸出正負(fù)12V1晶體管3DG181B2電容3DG6B11000UF25V110UF25V1二極管1N400741N47351