模电直流稳压电源课设.doc

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1、课程设计 稳压电源一、 设计题目黑白TV设计电源（12V,1.5A）设计方案：交流220V降压整流电路滤波器直流稳压电源（12V,1.5A）（1） 线性串联稳压电源。（50%）（2） 开关串联稳压电源。（90%）本次试验选用的是第一个：线性串联稳压电源。二、 设计目的1. 如何选择变压器、整流二极管、滤波电容及调整三极管。学会选择电路元器件参数、绘制电路图。2. 学习集成稳压电源的使用和稳压电源主要技术指标的测试方法。3. 更加深刻的理解直流稳压电源的工作原理，以及电路的各个极点的工作状态。4. 培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。5. 培养我们做一个课题的能力，独立完成一个比较大的项

2、目，增强了我们的独立能力。三、 设计思想1. 概述：直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电，经滤波器后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现电压可在一定范围内调节。本次课程设计使用了变压器、二极管、三极管、电容、电阻、电位器等元件。基本框图如下：滤波电路整流电路电源变压器稳压电路 2. 根据以上电路分析设计如下电路图：四、 电路分析1、变压器电网提供的交流电一般为220V（或380V

3、），而各种电子设备所需要直流电压的幅值却各不相同。因此，常常需要将电网电压先经过电源变压器，然后将变换以后的二次电压再去整流，滤波，和稳压，最后得到所需要的直流电压幅值。1.变压器的特征参数：（1）额定电压指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。（2）额定功率在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。（3）电压比指变压器初级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。（4）空载电流变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。空载电流有磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。对于50HZ电源变压器而言，空载电流

4、基本上等于磁化电流。2、整流原理 整流电路的作用是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正选交流电压整流为单方向的脉动电压。但是，这种单向脉动电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差的很远。在小功率直流电源中，经常采用单向半波，单向全波和单向桥式整流电路。(1)单相半波整流电路下图为一单相桥式整流电路，电路中采用了四个二极管，接成电桥形式，故称为桥式整流电路。整流电路的作用是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正选交流电压整流为单方向的脉动电压。但是，这种单向脉动电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差的很远。在小功率直流电源中，经常采用单向半波，单向全波

5、和单向桥式整流电路。 在e2的正半周期，二极管D1、D2导电，D3、D4截止，电流iD1、iD2 通过RL,在负载上得到的输出电压极性为上正下负。在 e2的负半周，D3、D4导电，D1、D2截止， iD3、iD4流过RL是产生的电压极性也是上正下负，因此在负载上的得到一个单方向的脉动电压。桥式电路的有关波形图见图。 每个整流管的最大反响峰值电压URM是指整流管不导电时，在它两端出现的最大反向电压。选管时应选耐压比这个数值高的管子，以免被击穿。整流二极管承受的最大反向电压就是变压器二次电压的最大值，即Um=e2。 二极管正向平均工作电流ID(AV)在桥式整流电路中，二级管VD1、VD2和VD3、

6、VD4轮流导电，由图（3）的波形图可以看出，每个整流二级管的平均电流等于输出电流平均值的一半，即ID(AV)=1/2IO(AV)当负载电流平均值已知时，可以根据IO(AV)来选定整流二极管的ID(AV)。整流电路的输出直流电压UO(AV)是输出电压瞬时值在一个周期内的平均值，由图可见，在桥式整流电路中 U2 i1、i2 i3、i4 UoUO(AV)= 上式说明，在桥式整流电路中，负载上得到的直流电压约为变压器二次电压的有效值得90%。在同样的变压器二次电压之下，桥式整流电路输出电压的波形所包围的面积是半波整流电路的两倍，因此其平均值也是半波整流电路的两倍。3、单相桥式整流电容滤波电路 U2 U

7、d Uc(1)电路组成和工作原理将一个大电容C和负载电阻RL并联，即可组成电容滤波电路，如图所示。由于电容有维持其两端电压不变的特性，因此，将电容与负载并联，将使负载两端的电压波形比较平滑。如果不接电容，u2的正半周时二极管VD1，VD2导电，负半周时VD3、VD4导电，输出电压的波形如图中虚线所示。并联电容以后，由图可见，在u2的正半周，当VD1、VD2导通时，除了有一个电流io流向负载外，同时还有一个电流ic向电容充电，电容电压Uc的极性为上正下负。如果忽略二极管的内阻，则在二级管导通时，uc=uo=u2。当u2达到最大值后开始下降，此时电容上的电压也将由于放电而逐渐下降。当u2=uc时，

8、二极管VD1、VD2被反向偏置，因而不导电，于是uc以一定的时间常数按指数规律下降，直到下一个半周，当|u2|uc时，二极管VD3、VD4导通，输出电压uo的波形如图中实线所示。由图可以看出，加了电容滤波以后，输出电压的直流成分提高了。不接电容时，桥式整流电路的输出电压uo为半个正弦波的形状，如的波形如图中的虚线所示。在RL上并联电路以后，输出电压的波形如图中的实线所示，显然uo的波形包围的面积比原来虚线部分包围的面积增大了，因此，输出电压的平均值提高了。由图还可以看出，加上滤波电容以后，输出电压中的脉动成分降低了。这是由于电容的储能作用所导致。当二极管导电时，电容被充电，将能量储存起来，然后

9、再逐渐放电，把能量传送给负载，因此输出波形比较平滑。由图明显看出，uo的波形与全桥的输出波形相比，脉动成分减少了。(2) 波形电容的选择和输出直流电压的估算。根据以上分析可知，在电容滤波电路中，电容放电的时间常数=RLC愈大，放电过程愈慢，则输出直流电压愈高，同时脉动成分也愈小，即滤波效果愈好。当RLC为无穷大时，输出直流电压UO(AV)= 2 ，脉动系数S=0.所以应选择大容量的电容作为滤波电容。在实际工作中，为了得到比较好的滤波效果，常常根据下式来选择滤波电容的容量（在桥式整流情况下）：RLC(35)T/2 （1） 式中T为电网交流电压的周期。由于电容值比较大，一般为几十到几千微法，通常可

10、选用电解电容器。电容器的电压应大于U2. 连线时注意电容的极性不要反接。当滤波电容的溶质满足式（1）时，可以认为输出直流电压近似为 UO(AV)=1.2U2 此时脉动系数约为20%10%左右。(3) 电容滤波电路的特点 电容滤波电路的结构简单，因而常常被采用。电容滤波电路具有以下几个主要特点：1. 电容滤波电路适用于小电流负载。已经知道RLC的乘积越大，则滤波效果越好。为此，不仅要选择大容量的滤波电容，而且要求RL也尽量大，因此电容滤波滤波适用于负载电阻比较打大，即负载电流比较小的场合2. 电容滤波电路的外特性比较软。滤波电路的输出电压UO（AV）与输出电流IO（AV）之间的关系曲线称为外特性

11、。如果不考虑电流在二极管和变压器等效内阻上的降落，UO（AV）的变化范围在U2至0.9 U2之间。若考虑整流电路的内阻，则Uo（AV）值将更低。随着IO（AV）的增加，Vo（AV）下降更快，及外特性比较软，所以电容滤波适用于负载电流变化不大的场合。3. 采用电容滤波时，整流二极管中将流过较大的冲击电流。，接入电容后，整流二极管的导电角180o,而且，RLC的乘积愈大，则导电角愈小。由于加了电容滤波后，输出电流的平均值比原来提高了，二导电角却减小了，因此，整流管在短暂的导电时间内将流过一个很大的冲击电流，对管子的寿命带来不利的影响，所以必须选用较大容量的整流二极管。4、硅稳压管稳压电路硅稳压管稳

12、压电路的原理图如图所示,整流滤波后得到的直流电压作为稳压电路的输入电压,稳压管与负载电阻并联.为了保证工作在反向击穿区,稳压管作为一个二极管,要处于反向接法(极性如图所示).限流电阻R也是稳压电路中必不可少的组成原件。当电网电压波动或负载电流变化时，通过调节R上的压降来保持输出电压的基本不变。（1）首先介绍稳压管的一些性质。稳压管也是一种二极管，但是通常工作在反向击穿区。稳压管的主要参数有以下几项：1.稳定电压UZ UZ是稳压管工作在反向击穿区是的工作电压。稳定电压UZ 是挑选稳压管的主要依据之一。由于稳压电路随着工作电流的不同而略有辩护而，所以测试UZ 时应使稳压管的电流为规定值。不同型号的

13、稳压管，其稳定电压的值不同。对于同一型号的稳压管，由于制造工艺的分散性，各个不同的管子的UZ值也有些差别。例如稳压管2DW7C，其UZ=6.16.5V，表示型号同为2DW7C的不同的稳压管，其稳定电压有的可能为6.1V等，但并不意味着同一个管子得稳定电压会有如此之大的变化范围。2.稳定电流IZ IZ 是使稳压管正常工作时的参考电流。若工作电流低于 IZ，则管子的稳压性能变差；如工作电流高于 IZ，只要不超过额定功率，稳压管可以正常工作。而且一般来说，工作电流较大时稳压性能较好。五、电路组成电路包括四部分：采样电阻，放大电路，基准电压，调整管采样电阻 由电阻,和组成，当输出电压发生变化时，采样电

14、阻对变化量进行采样，并传送到放大电路的基极。放大电路 比较放大器的作用是将采样电阻送来的变化量进行放大，然后传送到调整管的基极。 基准电压 基准电压由稳压管提供，接在比较放大器的发射极。 调整管 在电路中调整管由和共同构成。调整管T接在输入直流电压与输出端得负载电阻之间，当输出电压发生波动时，调整管的集电极电压产生相应的变化，使输出电压基本保持稳定。六、参数的确定1.从Vo推求U2（1）Vi=（1.5-2）Vo （Vce11V）（2）Vi=U2*1.2 （U2：15-20V）2.变压器的选择（1）购买：瓦数40W （体积；次级压：18V）（2）自己设计制造3.D1D4的选择（1）二极管正向平均

15、电流:电桥中,和,轮流导电， ，其中为负载电流的最大值，一般取值为1.5A （1.5A）（2）二极管最大反向峰值电压：每个整流管的最大反向峰值电压是指整流管不导电时，在它两端出现的最大反向电压。选管时应该选择耐压比这个数值高的管子，以免被击穿。在电桥中，=,所以D的承受压4、的选择（1）容量：根据常识，每0.1A的电流对应200F的电容。因为输出电流为1.5A，所以=*200=3000F在电容滤波电路中，电容放电的时间常数=RC愈大，放电过程愈慢，则输出直流电压愈高，同时脉动成分也愈小，即滤波效果愈好。所以应该选择大容量的电容作为滤波电容。在实际工作中，在桥式整流情况下，通常选用（35）来选择

16、容量。式中T为电网交流电压的周期。可倒退的大小，但是R，R=16.（2）材质：由于电容值比较大，一般为几十至几千微法，通常可用电解电容器。（3）耐压值：25、电路的解释（1）VO的取值范围+0.7= =(+0.7) 当的滑动端调至最上端时，= 0，=，此时达到最小值， =(+0.7) 当的滑动端调至最下端时，=，=0，此时达到最大值，=(+0.7)（2）的自我稳压，自我稳定。（3）反馈形式当Vo减小时，T3通过采样后反馈到T3的基极使Vb减小，而发射极电压不变，bc两级电压减小，使Vce增大，使T2的基极电压升高，使T1的Ic1增大，从而使Vce减小，使Vo升高。 6、各电压关系：（1）VI=

17、1.2u2 VI=24V=2 (2)首先求出： = 则 =12.7V 7、各电流关系：， ， ，8、各功率关系：（1）输出功率：Po=Vo*IO=Vo*IL=12*1.5=18W（2）输入功率：PI=VI*II=VI*IL=24*1.5=36W（3）调整管的功率：PT=PI-Po=（36-18）W=18W七、实验室1.对图（没有采用复合管）实验室没有采用复合管，也在Rc3下架了一个电容。2、对图查元件（1）查二极管二极管有 1个PN结构成，单向导电性 万用表选用R1K档（R1档电流太小，R10K电压太高，易损坏二极管） 好坏判断：两表笔分别接于二极管两端，测得一阻值，再对调两笔，测得另一阻值。

18、二极管正向电阻很小（大约几十欧-几百欧姆），反向电阻很大（几十K-几百K）若正、反向电阻值相差很大，说明管子单向导电性能好，若两次值均很小或很大，则管子质量有问题。（很小，击穿短路，很大，开路）。 正负极判断：对于大多数的二极管，用一个不同颜色的环来表示负极，如果看不清了可以根据阻值较小一次中红表笔接的管脚是二极管正极，黑表笔接的管脚是负极。稳压管：稳压管的反向电压在小于击穿电压时，反向电流极小，但当反向电压增加到后，反向电流急剧增加。此后，只要反向电压稍有增加，反向电流就增加很多。此时的稳压管处于反向击穿状态，当去掉外交电压后，击穿恢复。（2）查三极管T判断三极管基极由于基极与发射极，基极与

19、集电极之间分别是两个PN结，它们之间反向电阻都很大。正向电阻都很小，所以用万用表欧姆档（R100或R1K档）判别。 步骤：b极判别：先将任一表笔接到某一个认定的管脚上，如果测量得的阻值若一大一小，则可知它不是基极。都很大（或很小），再对换表笔，重复上述测量时，阻值恰与上述相反，都很小（或很大）。则可断定所认定的管脚为基极。若不符合上述结果，应另换一个认定管脚重新测量。直至符合。PNP、NPN判别： 测量时注意极性（管脚和表笔），当黑表笔接在基极，红表笔接在其它两极时，测得的电阻值都较小，则可判定该三极管为NPN型，反之，当红表笔接在基极，黑表笔接到其它两极时，测得的电阻值较小由可判定该三极管的

20、PNP型。判断集电极和发射极：（hFE 测量三极管直流放大倍数）把万用表打到hFE档上，把三极管插下到NPN的小孔上，B极对上面的B字母。读数，再把它的另二脚反转，再读数。读数较大的那次极性就对上表上所标的字母，这时就对着字母去认三极管的C，E极。学会了，其它的三极管也就一样这样做了，方便快速。判别三极管的好坏 测试时用万用表测二极管的档位分别测试三极管发射结、集电结的正、反偏是否正常，正常的三极管是好的，否则三极管已损坏。如果在测量中找不到公共b极、该三极管也为坏管子。（3）查电阻（W）万用表电阻的测量将数字万用表的红表笔插入V孔，黑表笔插入COM孔，将量程开关置于电阻档（根据阻值确定），电

21、源开关拨到ON位置，将红黑表笔分别与电阻的两个引脚相接，显示屏上便能显示出电阻的阻值。如果测得的阻值为无穷大，显示屏左端显示1或者-1，这时选择超大量程进行测量。应该注意：欧姆档量程选得是否合适，将直接影响测量精度。如测量20电阻时，应选用R1档；如选用R1k档，读数精度极差。因此，要认真选择量程，这是提高测量精度的重要环节。被测电阻阻值为几欧到几十欧时，可选用R1档；被测电阻阻值为几十欧到几百欧时，可选用R10档；被测电阻阻值为几百欧到几千欧时，可选用R100档；被测电阻阻值为几千欧到几十千欧时，可选用R1k档；被测电阻阻值为几十千欧以上时，可选用档。色环电阻的识别色别第二色环最大一位数字第

22、二色环最大一位数字第三色环应乘的数字第四色环误差棕11101%: _红221002%橙3310003%黄441044%绿55105蓝66106紫77107灰88108白99109黑00120%金0.15%银0.0110%技巧1：先找标志误差的色环，从而排定色环顺序。最常用的表示电阻误差的颜色是：金、银、棕，尤其是金环和银环，一般绝少用做电阻色环的第一环，所以在电阻上只要有金环和银环，就可以基本认定这是色环电阻的最末一环。四色环电阻的读法：第一条色环：阻值的第一位数字 第二条色环：阻值的第二位数字 第三条色环：10的幂数 第四条色环：误差表示五色环电阻的读法：第一条色环：阻值的第一位数字 第二条

23、色环：阻值的第二位数字 第三条色环：阻值的第三位数字 第四条色环：10的幂数 第五条色环：误差表示电位器一般有三个管脚，用万用表的欧姆档把红黑表笔放在任意两个上，一共会有三个电阻值，其中最大的那次两个管脚为固定值，另一个管脚就是滑动的管脚。（4）查电容用万用表判断电解电容器的正、负引线:一般管脚识别：长 +短 把电解电容插入数字万用表的测电容的孔中，看看其测得值和标称值的大小，判断其正负。用万用表电阻档检查电解电容器的好坏：可以测量其容量，看看与标识的相差多少，再一个就测量电阻，如果电阻太小了就彻底坏了。（5）查变压器检查外观有无掉漆、虚汗、瓷瓶是否有裂痕，主要是外观检查。3、插板按照电路图将

24、各元件插接到相应位置，注意三极管的e、b、c不要接错，稳压管工作在击穿区要反接，还要注意电解电容的极性。下图就是实验室的实搭电路。最大的是变压器，黑的是三极管，剩下的那个是滑动变阻器。4、通电 ：记录数据(1)Vo的可调范围经过测量Vo的可调范围为8.4V16.88V。(2)空测Vo Vo=12.02V(3)带L测Vo Vo=11.72V(4)三极管的个管脚的电压L/ TU/VVcVbVeL=T117.0212.6011.94T212.527.046.39L=1000T113.5812.3911.71T212.386.926.26八、实验感想 通过这次课设，我深刻的的体会到了最深的一点就是：学

25、到的知识在到实践中时应用时就不是课本上那么简单了，这也就是平时说的眼高手低。 在实践中，学会了三极管的判断方法，帮助我深刻的理解了三极管的结构，以及二极管等元器件。所以在这次课设中我收获颇丰，在实验室插电路板的时候，我们还出错了，一直不知道哪里的错，我了解到了实际中插电路板，并不是想象中的那么简单的，所以我通过这次课设，我要不断加强动手能力，加强自己的能力，这样有助于我们更加好的理解。还有就是实际中的有些并不是像我们在课本上学的一样那么精确，在实际中由于各种原因的干扰，并不能像假设的那样，所以在我们以后的学习过程中，我们要更多的思考实际的问题，联系实际去学习课本这样我们能更加深刻的理解并应用这些知识。所以希望老师和学校可以加强这种课设，不断加强我们的动手能力，这样对我们的学习和未来都有很大的好处。总之这样的课设会加强我们的能力，感受颇深。