模电课程设计实验报告----串联型直流稳压电源[7页].doc

模电课程设计

一、 设计题目

题目：串联型直流稳压电源 二、 设计任务和要求

要求：设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的串联型直流稳压电源。 指标：1、输出电压6V 、9V 两档，同时具备正负极性输出；

2、输出电流：额定电流为150mA ，最大电流为500mA ；

3、在最大输出电流的时候纹波电压峰值▲V op-p ≤5mv ； 三、 原理电路设计： 1、 方案比较与确定

基本思路：先对输入的220V 交流电压进行降压，然后就用单相桥式二极管对电压进行整

流。整流后利用电容的充放电效应，对其进行滤波，使输出电压平滑。之后再通过稳压电路的功能使输出直流电压基本不受电网波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性。

方案1：220V 交流电压经过基本部分降压整流后，将经过稳压部分对其进行稳压，稳压部

分如下图，利用稳压管和三极管组成的稳压单元电路，同过D1电压作为三极管Q1的基准电压，电路引入电压负反馈，使电网电压波动不会对Q1的基极电位产生很大的影响，则有

E B BE U U U -=可知，BE U 变化将导致发射极电流的变化，从而稳定R 两端电压，达到稳

压的效果。

方案二：经过整流后，脉动电流通过滤波电路，其中滤波电路我采用RC 型滤波电路，先

用电容值较大的电解电容对其进行低频滤波，靠近输出端处使用较低电容值的陶瓷电容进行高频滤波，使滤波后电压能够变得比较平滑和波动小。滤波后接上下图的稳压电路，如图为具有放大环节的串联型稳压电路，其中包括了比较放大电路，基准电压电路，以及采样电路。当采样睇啊路的输出端电压变化时，通过运算放大器的比较放大后，抑制输出电压的变化，从而使输出电压得到稳定。

通过对以上两个方案的比较，发现方案一得输出电压不可调，输出电流较小，而第二个方案的输出电压可调，且输出电流能够满足课程设计要求，另外稳压效果较好，所以选择方案二。

2、 电路框图

电路框架如图所示，先通过变压器对输入的交流电压进行变压，其后再通过整流和滤波，然后接上由比较放大、基准电路和采样电路组成的稳压电路，为了进一步得到更加稳定的电压，再加上基本滤波部分，这样就成为一个能正负输出的稳压电源。

3、 电路设计及元器件选择 （1）、变压器的选择

本次设计要求为输出电压6V 、9V 两档，同时具备正负极性输出。输出电压较低，而一

般的调整管的饱和压降在2-3V 左右，而min Im O ax CE U U U -=，当ax U Im =9V 为输出最大电压，m in O U 为最小的输入电压，为了使调整管工作在放大区，输入电压最小不能小于12V 。而由功率公式P=UI ，克制，变压器的功率应该为0.5A ×9V=4.5W ，所以变压器的功率不能低于4.5W ，并且串联稳压电源工作时效率不高，所以变压器要选择相对较大功率的变压器。结合电路需求和市场实际，我选用了220V-30V ，额定功率10W 的变压器。

（2）、整流电路的设计和整流二极管的选择

输出电流要求的500mA 是比较小的，所以整流部分我采用了较为常见的单相桥式整流电路，如图，由四个串并联的二极管组成。

二极管的选择:结合参考资料，我们知道二极管的平均电压为

，其中2U 为变

压器次级交流电压的有效值。可以求得)(AV o U =13.5V

而对于全波整流来说，则二极管承受的最大反向电压时

222U 为34.2V 。而考虑电网的波动，则)(AV o U 应该大于19.3V ，

最大反向电压应该大于48.8V 。在输出电流最大为500mA 的情况下，我们使用了二极管

IN4007。

（3）、滤波电路设计

根据参考资料，我们知道电容的取值应当有一个范围，应为变压

器的次级电压为15V ，而最大输出电流为500mA ，输出电压为9V ，

此时负载应为18欧，则根据滤波电容的计算公式：

求得滤波电容取值范围，在电路频率为50Hz 时，T 为20ms ，则电容的取值范围就为1667-2750uf ，结合实际，我们采用的标准值为2200uf 的铝电解电容。

同时，由于电路中存在寄生电感和电阻的原因，我们使用10uf 的陶瓷电容来进行高频滤波。

（4）、稳压电路的设计

串联型稳压电路的基本组成部分及其作用：

由于输出电流为500mA，为了防止电流过大烧坏调整管，以及经过计算知道调整管的最大关押将应该大于13V，最小功率应该达到6.5W。所以我们选用了中功率三极管TIP41，最大功率为60W，最大电流为6A，能够满足调整管的条件。则负极端就使用相对应的TIP42。而基准电路由5.1V的IN4733A稳压管和1000欧的保护电阻组成。由于要求输出6V和9V 两档，则采样电路应该采用可调的会比较准，但由于实际原因，我们的实际采样电路由三个

电阻构成，由计算公式：得出，取

Z

U为5.1V，则算得R1=270欧，R2=510欧，R3=1000欧。

（4）、电路总图

名称型号及大小数量

变压器220V—15V 1个

二极管IN4007 4个

陶瓷电容10uf 2个

电解电容 2.2mf 2个

电阻1000欧4个270欧2个510欧2个

运放uA741 2个

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稳压二极管IN4733A 2个调整管

TIP41 1个

TIP42 1个

四、电路调试过程与结果：

接入18欧电阻后，理论输出电流和输出电压如图所示

6V档输出电压仿真如图

输出电流如图：

9V档输出电压如图：

输出电流如图：