串联型直流稳压电源设计

串联型直流稳压电源设计

串联型直流稳压电源设计报告

一、设计任务与要求

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▲Vop-p≤5mv；

任务：1、了解带有的组成和工作原理：

2、识别的电路图：

3、仿真电路并选取元器件：

4、安装调试带有放大环节串联型稳压电路：

5、用仪器仪表对电路调试和测量相关参数：

6、撰写设计报告、调试。

二、电路原理分析与方案设计

采用变压器、二极管、集成运放、电阻、稳压管、三极管等元器件。220V 的交流电经变压器变压后变成电压值较小的电流，再经桥式整流电路和滤波电路形成直流稳压部分采用串联型稳压电路。比例运算电路的输入电压为稳定电压，且比例系数可调，所以输出电压也可以调节：同时，为了扩大输出电流，集成运放输出端加晶体管，并保持射级输出形式就构成了具有放大环节的串联型稳压电路。

1、方案比较

方案一：

先对输入电压进行降压，然后用单相桥式二极管对其进行整流，整流后利用电容的充放电效应，用电解电容对其进行滤波，将脉动的直流电压变为更加平滑的直流电压，稳压部分的单元电路由稳压管和三极管组成（如图1），以稳压管D1电压作为三极管Q1的基准电压，电路引入电压负反馈，当电网电压波动引起R

两端电压的变化增大（减小）时，晶体管发射极电位将随着升高（降2

低），而稳压管端的电压基本不变，故基极电位不变，所以由E B BE U U U -=可知BE U 将减小（升高）导致基极电流和发射极电流的减小（增大），使得R 两端的电压降低（升高），从而达到稳压的效果。负电源部分与正电源相对称，原理一样。

图1 方案一稳压部分电路

方案二：

经有中间抽头的变压器输出后，整流部分同方案一一样擦用四个二极管组成的单相桥式整流电路，整流后的脉动直流接滤波电路，滤波电路由两个电容组成，先用一个较大阻值的点解电容对其进行低频滤波，再用一个较低阻值的陶瓷电容对其进行高频滤波，从而使得滤波后的电压更平滑，波动更小。滤波后的电路接接稳压电路，稳压部分的电路如图2所示，方案二的稳压部分由调整管，比较放大电路，基准电压电路，采样电路组成。当采样电路的输出端电压升高（降低）时采样电路将这一变化送到A 的反相输入端，然后与同相输入端的电位进行比较放大，运放的输出电压，即调整管的基极电位降低（升高）；由于电路采用射极输出形式，所以输出电压必然降低（升高），从而使输出电压得到稳定。

图2 方案二稳压部分单元电路

对以上两个方案进行比较，可以发发现第一个方案为线性稳压电源，具备基本的稳压效果，但是只是基本的调整管电路，输出电压不可调，而且输出电流不大，而第二个方案使用 了运放和调整管作为稳压电路，输出电压可调，功率也较高，可以输出较大的电流。稳定效果也比第一个方案要好，所以选择第二个方案作为本次课程设计的方案。

2、电路的整体框图

3、单元设计及参数计算、元器件选择

交流电经过电源变压器变压、整流电路、滤波电路和稳压电路转换变

压

电全波整正

极

滤波负

极

滤

波稳压 电路 比较采样基准稳压 电路 基准比较采样输出滤波输出滤

波正极负极

共地

成稳定的直流电，其方框图及各电路的输出波形如图所示，下面就各个

部分的作用加以介绍：

1）电源变压器变压

直流电源的输入为220V ，一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的有效只相差太大，因而需要通过电源变压器降压后，再对交流电压处理。变压器副边电压有效值决定于后面电路的需要。本次课程设计的要求是输出正负9伏和正负6负的双电压电源，输出电压较低，而一般的调整管的饱和管压降在2-3伏左右，由Omin Imax CE U U U -=，CE U 为饱和管压降，而Im ax U =9V 为输出最大电压，Om in U 为最小的输入电压，以饱和管压降CE U =3伏计算，为了使调整管工作在放大区，输入电压最小不能小于12V ，为保险起见，可以选择220V-15V 的变压器，再由P=UI 可知，变压器的功率应该为0.5A ×9V=4.5w ，所以变压器的功率绝对不能低于 4.5w ，并且串联稳压电源工作时产生的热量较大，效率不高，所以变压器功率需要选择相对大些的变压器。结合市场上常见的变压器的型号，可以选择常见的变压范围为220V-15V ，额定功率20W 。

2）整流电路

为了将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，还需要通过整流电路。单相桥式整流电路和半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求一样，并且还具有输出电压高，变压器利用率高，脉动系数小等特点。所以在电路中采用单相桥式整流电路，如图所知

由于输出电流最大只要求500mA ，电流比较低，所以整流电路的设计可以选择常见的单相桥式整流电路，由4个串并联的二极管组成。

二极管的选择：当忽略二极管的开启电压与导通压降，且当负载为纯阻性负载时，我们可以得到二极管的平均电压为)(AV o U ：

)(AV o U =)(sin 2102t d t U ωωππ⎰•=π2

22U =0.92U

其中2U 为变压器次级交流电压的有效值。我们可以求得)(AV o U =13.5v 。

对于全波整流来说，如果两个次级线圈输出电压有效值为2U ，则处于截止状态的二极管承受的最大反向电压将是222U ，即为34.2v

考虑电网波动（通常波动为10%，为保险起见取30%的波动）我们可以得到)(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 的情况下我们可以选择额定电流为1A ，反向耐压为1000V 的二极管IN4007.

3）滤波电路

整流后的电压仍含有较大交流分量，会影负载电路的正常工作。所以为了减小电压的脉动，需通过低通滤波电路，使输出电压平滑。理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使输出电压仅为直流电压。而在电路中采用复式滤波电路效果最佳，如图所示