串聯(lián)型直流穩(wěn)壓源設(shè)計論文

1、一、設(shè)計題目串聯(lián)型直流穩(wěn)壓源二、設(shè)計任務(wù)和要求要求：設(shè)計并制作用晶體管和集成運(yùn)算放大器組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。指標(biāo)：1、輸出電壓6V、9V兩檔，正負(fù)極性輸出；2、輸出電流：額定電流為150mA，最大電流為500mA； 3、紋波電壓峰值Vop-p5mv；三、原理電路和程序設(shè)計(1)整體框圖和電路原理圖A.直流穩(wěn)壓電源主要由四部分組成：變壓部分、整流部分、濾波部分、穩(wěn)壓部分。除變壓器部分外，其它部分都有多種形式。其中串聯(lián)反饋型直流穩(wěn)壓電源是比較典型的一種。串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的整體電路框架圖如圖1-1所示。比較放大環(huán)節(jié)整流部分變壓器部分濾波部分整 流 部 分濾 波 部 分變 壓 部 分調(diào) 整 環(huán)

2、節(jié)比較放大環(huán)節(jié)取 樣 環(huán) 節(jié)基 準(zhǔn) 環(huán) 節(jié)B.原理電路圖(2)方案比較上述方案和最終方案的工作原理是相同的，只是在調(diào)整部分和穩(wěn)壓部分有所區(qū)別。它們的工作原理：若某種原因引電路輸出電壓變小時，變阻器輸出取樣電位也隨之變小，因取樣三極管的發(fā)射極電位不變，所以取樣三極管的發(fā)射結(jié)正向偏壓變小，其集電極電位就升高，使調(diào)整管的基極電位變大，所以取樣三極管的基極電位變大，故使調(diào)整管的管壓降減小，輸出電壓就自動升高，從而起到穩(wěn)定輸出電壓的作用。反之，若某種原因起輸出電壓的增大時，電路也會自動將輸出電壓調(diào)低。最終方案是在上述方案改良而來的，最終方案用結(jié)型場效應(yīng)管Q1做成恒流電路來代替電阻R1，增大放大器的增益，

3、提高電壓的穩(wěn)定性，減小紋波。在C1上并上瓷介電容來過濾高頻波，同時在Q1的基極與地間接上10NF的瓷介電容來消除自激振蕩，并與場效應(yīng)管、調(diào)整管構(gòu)成濾波器，因而市電的波動對輸出幾乎無影響。(4)單元電路的設(shè)計與元器件的選擇1)變壓器部分(V1)變壓器主要實(shí)現(xiàn)交流電壓降壓變換，在本設(shè)計中主要是將220V的交流電降為比穩(wěn)壓電源輸出電壓略高的交流電。假設(shè)電源輸出電壓為Uo(本電路中Uo=9V)，變壓器次級電壓為Ui1，經(jīng)過整流濾波后輸?shù)椒€(wěn)壓電路的電壓為Ui2，考慮到調(diào)整管上的管壓降，故取Ui2=1.2Uo+(38)V=1.2×9V+(38)V=(13.818.8)V，根據(jù)全波橋式整流輸入、輸

4、出的關(guān)系，Ui1=Ui2/1.2=(10.818.8)/1.2V=(9.015.7)V， 綜合考慮，變壓器部分選取輸入220V、輸出10W、15V、50Hz的變壓器。 2)整流部分 （D1、D2、D3、D4）本單元采用橋式全波整流，最大整流電流If和最高反向工作電壓Urm分別為：If1.1Io/21.1×500mA/2275mA；Urm1.12U223.33V。1N4007整流二極管的反向耐壓為1000V23.33V，最大整流電流為1A500mA。在組裝本電路時，選用了四個1N4007整流二極管，當(dāng)然整流橋堆也可以實(shí)現(xiàn)。 3)濾波部分 （C1、C2、C6）本單元利用電解電容器C1、C

5、6和瓷介電容器C2來濾波，C1和C6的電容容量要求比較大，越大濾波效果越好，但要兼顧電源的體積。電容器的耐壓值應(yīng)大于1.1U23.33V。本電路中C1取為1000uf/25的電解電容，并聯(lián)一個10nf/25V的瓷介電容C2。C2的作用是濾去高頻波。濾波電容的容量大小與電流的關(guān)系如下表所示：4)穩(wěn)壓部分 這部分包括：取樣、基準(zhǔn)、比較放大、調(diào)整。 (1)取樣環(huán)節(jié) 本單元由電阻R3、R4、變阻器R5和R6、單聯(lián)開關(guān)S組成，它將輸出電壓的一部分取出與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較放大，控制調(diào)整管工作，對電路進(jìn)行調(diào)整，使電壓趨于穩(wěn)定。另外取樣環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了輸出電壓的可調(diào)。因而有利我們實(shí)現(xiàn)設(shè)計要求中的9V和6V兩擋，并可以

6、通過單聯(lián)開關(guān)進(jìn)行切換。具體設(shè)計時，利用公式：Uomin(R1+R2+R3)Uz/(R2+R3)；Uomax(R1+R2+R3)Uz/R3。 來確定電阻R3、R4的大小和變阻器的選擇。確定其中二個參數(shù)，另一個就自然確定。電阻的大小會影響到電路自動調(diào)節(jié)的靈敏性和帶載能力。在設(shè)計本單元時，選用1/4W的電阻，已經(jīng)充分考慮到各電阻的最大消耗功率。 (2)基準(zhǔn)環(huán)節(jié)(D5、R2)本單元中基準(zhǔn)環(huán)節(jié)由穩(wěn)壓管D5和限流電阻R2組成。設(shè)計本單元時以電源最大輸出電壓(本電路最大輸出電壓為9V)的一半左右來選取，故選擇4.3V的穩(wěn)壓管，最大穩(wěn)壓電流為76mA，限流電阻R2為820，通過限流電阻的最大電流IMAX=(9

7、4.3)/820mA=5.7mA76mA，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于比較三極管的電流。該環(huán)節(jié)能夠正常工作，提供基準(zhǔn)電壓。 (3)比較放大環(huán)節(jié) (Q4)本單元主要是將輸出電壓的變化量放大后送到調(diào)整管Q3的基極，使調(diào)整管處于工作狀態(tài)，這部分由三極管Q4完成。Q1是結(jié)型場效管K30AGR，短接該管的柵極和源極構(gòu)成一個性能良好的恒流源，由于場效應(yīng)管的內(nèi)部電阻幾乎是無窮大，其共發(fā)射極電路的增益非常大，提高了放大環(huán)節(jié)的增益，使輸出電壓更穩(wěn)定，紋波更小。在設(shè)計過程中我們要充分考慮Q4的放大倍數(shù)，一般來說，越大，反饋越好，調(diào)整越靈敏，輸出越穩(wěn)定。在這里給出用N溝道和P溝道結(jié)型場效應(yīng)管實(shí)現(xiàn)恒流源的連接方式。（4）調(diào)整環(huán)節(jié) (Q

8、2、Q3、C3)本單元主要由功率管Q2和Q3構(gòu)成的復(fù)合管來組成。由于單管不能實(shí)現(xiàn)輸出最大電流500mA的指標(biāo)，故采用復(fù)合管。在設(shè)計時，在復(fù)合管的基極增加了電容器C3。三極管Q2、Q3、場效應(yīng)管Q1和C3構(gòu)成了一個濾波器，即將C3的電容量放大為(1+23)倍(2、3分別為Q2和Q3的放大倍數(shù))，所以C3不必用大電容就能幾乎完全消除交流電網(wǎng)的紋波。此外電容C還具有軟啟動功能，當(dāng)電路剛通電時，Q1組成的恒流源對C3充電，由于電容電壓兩端電壓不能突變，Q3基極初始電位為0，輸出端無電壓輸出，隨著C3兩端電壓上升，輸出端才慢慢建立電壓，因此在剛通電時能減小對負(fù)載的沖擊。為消除溫度變化對輸出的影響，提高電

9、源的穩(wěn)定性，在設(shè)計本單元時用R來補(bǔ)償。在設(shè)計本電路時還在取樣三極管的基極并電容器C3，C3的作用是減小輸出端與取樣三極管的交流阻抗，穩(wěn)定負(fù)反饋。在輸出端并上電容C3，有利于減小輸出端的交流輸出阻抗，提高電源的穩(wěn)定性。 (4)場效應(yīng)管和功率管的選取 只要是結(jié)型場效應(yīng)管且Idss擋上有設(shè)計要求的電流值，不管那種在本電路都可以用，而不必過分注重標(biāo)稱型號。場效應(yīng)管的Idss：Y1.23.0mA，GR2.66.5mA，BL614mA。選取功率管Q2時的參數(shù)要求：ucemaxUomax12.73V；icmax1.5Iomax750mA；Pcemax(UiUomin)×Iomax(186)

10、5;0.5W6W。(集射極間最大工作電壓uema、集電極最大工作電流icmax、集電極最大功率Pcemax、整流濾波后的輸入電壓Ui)因而T2管要安裝散片。T3管的選取方法與T2管一致，只是最大電壓為9V0.7V8.3V，最大電流為500mA/2。元件代號型號封裝數(shù)量備注變壓器V110W,50Hz,220V,15V-0V-15V1二極管D1，D2，D3，D4IN40071000V/1ADIODE0.44場效應(yīng)管Q1K30GRTO-92A1結(jié)型三極管Q2TIP41CTO-220AB1NPN大功率三極管Q38050TO-92A1NPN三極管Q49013TO-92A1NPN電解電容C11mF/25VRB.4/.81電解電容C447u/25vRB.2/.41電解電容C6470u/25vRB.2/.41瓷介電容C2、C3、C5103(10NF)RAD0.23穩(wěn)壓管D5IN4731A（4.3V）DO-411電阻R110KAXIAL0.41電阻R2820AXIAL0.41電阻R3200AXIAL0.41電阻R4100AXIAL0.41變阻器R5，R61KLIN_POT2開關(guān)J1單刀雙制13+2腳四、電路調(diào)試與測試結(jié)果 電路安裝完成后，按照電路原理圖認(rèn)真檢查，確認(rèn)連接無誤后接通交流電，進(jìn)行電氣檢查。首先