直流稳压电源课程设计报告.docx
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直流稳压电源课程设计报告
《模拟电子技术基础》
串联型晶体管稳压电源
专业:
电子信息工程
班级:
学号:
姓名:
指导老师:
完成时间:
《目录》
1.课程设计的要求和设计的任务
2.基本工作原理
3.设计的方法
4.电路工作原理及参数选择
5.仿真实验测量及主要技术指标
6.心得体会
7.参考文献
1、设计任务和要求
本节的设计任务就是采用分立元器件设计一台串联型稳压电源。
其功能和技术指标如下:
(1)输出电压Uo可调:
6~12V.
(2)输出额定电流Io=500mA.
(3)电压调整率Ku≤0.5.
(4)电源内阻Rs≤0.1.
(5)过载电流保护:
输出电流为600mA时,限流保护电路工作。
2、基本工作原理
1.直流稳压电源的组成
直流稳压电源包括变压器,整流,滤波,稳压电路,负载组成。
其框图如下
3、设计方案
整流电路:
交流电压转变成单向脉动直流电
1、半波整流
U0=
=
=
U2=0.45U2
2、桥式整流
然而单相桥式整流电路与半波整流电路相比,在相同的变压器副边电压下,对二极管的参数要求式一样的,并且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点,因此在次设计中我选用单相桥式整流电路。
在调整管部分,既可以采用单管调整也可以采用复合管调整,但在此设计中要求额定电流Io=500mA,如果用单管的话,可能不能达到这么大的输出电流,因此在此设计中我选用复合管做调整管。
滤波电路:
经整流后的电压仍具有较大的交流分量,必须通过滤波电路将交流分量滤掉。
尽量保留其输出中的直流分量,才能获得比较平滑的直流分量。
可以利用电容两端电压不能突变或流经电感的电流不能突变的特点,将电容与负载并联,或将电感与负载串联就能起来滤波作用。
稳压电路:
由于滤波后的直流电压Ui受电网电压的波动和负载电流变化的影响(T的影响)很难保证输出电流电压的稳定。
所以必须在滤波电路和负载一直加上稳压电路,才能保证输出直流电压的进一步稳定。
四、电路工作原理及参数选择
1.电路工作原理
如下图基本电路图所示,220V交流电经变压器产生低压交流电,VD1、VD2、VD3、VD4和C1构成整流滤波电路,产生20V的直流电压,VT4和Ro为过流保护电路,VT1、VT2为电压调整器,VT3、VD5、R1、R2、R3、Rp构成输出电压取样比较电路,Rp调整输出电压大小。
(1)稳压过程。
当输出电压Uo因某种原因下降时,VT3的基极电压UBY也下降,VD5两端的电压恒定,因此VT3的UBE电压随之下降,VT3的工作点往截止区靠近,就造成VT3的集电极电压UC上升,即VT2的基极电压上升,从而使调整管VT1的UCE电压下降,使输出电压上升。
若输出电压Uo因某种原因上升时,其过程恰好相反。
这样输出电压因某种原因变化时,VT1和VT2构成的电压调整器就能够调整输出电压,使其保持恒定。
(2)输出电压调整过程。
RP用于调整输出电压大小。
当RP滑动端向上滑时,VT3的基极电压UB就上升,VD5两端的电压恒定,因此VT3的UBE电压随之上升,集电极电压UC就下降,即VT2的基极电压下降,从而使调整管VT1的UCE电压上升,使输出电压变小。
若当RP滑动端向下滑时,输出电压则会变大。
(3)过流保护过程。
VT4和Ro为过流保护电路,Ro阻值比较小(大约为1欧)。
当输出电流Io较小时,在Ro上产生的电压较小,不足以使VT4导通,因此其不起作用。
当输出电流Io过大时,在Ro上产生的电压较大,使VT4导通,VT4的集电极电压下降,即VT2的基极电压下降,电压调整管VT1的UCE电压增大,使输出电压下降,起到保护作用。
2.确定电路参数
(1)电源变压器T。
若要求调整管VT1不进入饱和区,则Uimin≥Uomax+(2~3)V=15V:
Ui=Uimin/(1-10%)=20V
U2=Ui/1.2=16.7V
考虑整流二极管和变压器T的降压等因素,取U2=15V。
(2)整流二极管VD1、VD2、VD3、VD4
IDM≥Io/2=250mA
URM≥√2*(1+10%)U2=25.9V
由此可知,VD1、VD2、VD3、VD4选择1N4001.
(3)滤波电容C1
根据电容C1的表达式
C1=(3~5)T/2/RLmin
已知输入交流电的周期
T=1/f=0.02s
RLmin=Uimin/Io=36欧
因此
C1=2T/RLmin=1111uF
对于耐压,因为
URM≥√2U2max=√2(1+10%)U2=25.9V
所以C1选用2200uF/25V的铝电解电容器。
(4)调整管VTI
U(BR)CEO1>UCE1max=Uimax-Uomin=Uimax=20V
ICM1>IO=500mA
PCM1>IOUCE1MAX=16.5W
因此,调整管VT1选用D880三极管,参数为U(BR)CEO=60V,ICM=3A,PCM=;并测得β1=50,rbe1=40欧。
(5)其他小功率管VT2、VT3、VT4
U(BR)CEO>UCEmax=22V
ICM≥Io/β1=10m
PCM≥IoUCEmax/β1=220mA
因此,VT2、VT3、VT4选用9013,其U(BR)CEO=30V,ICM=300mA,PCM=700mW,并侧得β=100.
(6)基准电路UZ与R3.根据UZ≤UOmin=6V,IZmin>5mA和α,γ尽量要小的原则,选用2CW11稳压管,其参数为:
UZ=3.2~4.5V,IZmin=10mA,IZmax=55mA.
由
(Uomax-Uz)/IZmax≤R3≤(Uomin-Uz)/IZmin
得
148欧≤R3≤215欧
因此R3选取200欧的电阻。
(7)取样电路R1,Rp1,R4。
当负载开路时,提供调整管VT1的泄流通路,故通过取样电路的最小电流为2%×Io=10mA.
设
Rz=R1+Rp+R2=Uomin/2%Io=600欧
因此
Nmin=(Uz+UBE(on))/Uomin=0.76
Nmax=(Uz+UBE(on))/Uomax=0.38
R2=RZ×Nmin=228欧
Rp=RZ×Nmax-R2=228欧
R1=RZ-R2-Rp=144欧
所以,选取R2=235欧,R1=130欧,Rp=240欧,功率为1/8W。
(8)保护电路Ro.当输出电流为600mA并流过检测电阻Ro,使URO≥UBE(on)时,VT4导通,限流保护电路开始工作。
此时
Ro=UBE(on)/Io=1.2欧
PRO=IoIoRo=0.43W
因此,Ro选取1.2欧/1W的电阻。
五、仿真实验测量及主要技术指标
1、整流电路的波形、滤波后的波形、通过稳压电路后的波形
2、各项技术指标的测量方法及记录相关的数据波形
(1)副边电压U2及输出电压Ui的测量
(2)电路中各个晶体管的静态工作点测量
VT1的静态工作点的测量
VT2的静态工作点的测量
VT3的静态工作点的测量
VT4的静态工作点的测量
(3)当流经负载RL的电流为400mA时的电路图
输出电压的范围测量
Uomax
Uomin
Uomin≤Uo≤Uomax
六、心得体会
一个学期结束了,在上了这么久的模拟电子技术基础课程,在最后的一次课程设计中,我发现了许多的问题。
发现自己对模拟电子这门课还存在很多的不足之处,理论知识的理解不是很深。
下面的自己写哈呵呵
七、参考文献
胡宴如主编.模拟电子技术.北京.高等教育出版社,2000
童诗白主编.模拟电子技术基础(第四版).北京:
高教出版社,2006
康华光主编.电子技术基础—模拟部分(第四版)。
华中理工大学电子学教研室编,高等教育出版社,1998
东华理工大学长江学院
课程设计评分表
学生姓名:
班级:
学号:
课程设计题目:
项目内容
满分
实评
选
题
能结合所学课程知识、有一定的能力训练。
符合选题要求
(5人一题)
10
工作量适中,难易度合理
10
能
力
水
平
能熟练应用所学知识,有一定查阅文献及运用文献资料能力
10
理论依据充分,数据准确,公式推导正确
10
能应用计算机软件进行编程、资料搜集录入、加工、排版、制图等
10
能体现创造性思维,或有独特见解
10
成
果
质
量
总体设计正确、合理,各项技术指标符合要求。
10
说明书综述简练完整,概念清楚、立论正确、技术用语准确、结论严谨合理;分析处理科学、条理分明、语言流畅、结构严谨、版面清晰
10
设计说明书栏目齐全、合理,符号统一、编号齐全。
格式、绘图、表格、插图等规范准确,符合国家标准
10
有一定篇幅,字符数不少于5000
10
总分
100
指导教师评语:
指导教师签名:
年月日
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