1、集成直流穩壓電源設計報告一、計題目題目：集成直流穩壓電源二、計任務和要求要求：設計并制作用晶體管和集成運算放大器組成的串聯型直流穩壓電源。指標：1、輸出電壓6V、9V兩檔，正負極性輸出；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-p<5mv;三、理電路和程序設計：1、方案比較方案一：先對輸入電壓進行降壓，然后用單相橋式二極管對其進行整流， 整流后 利用電容的充放電效應，用電解電容對其進行濾波，將脈動的直流電壓變為更加 平滑的直流電壓，穩壓部分的單元電路由穩壓管和三極管組成（如圖1），以穩壓管D1電壓作為三極管Q1的基準電壓，電路引入電壓負反饋，當

2、電網電壓波動 引起R兩端電壓的變化增大（減小）時，晶體管發射極電位將隨著升高（降低）， 而穩壓管端的電壓基本不變，故基極電位不變，所以由Ube二UB -UE可知Ube將 減小（升高）導致基極電流和發射極電流的減小（增大），使得R兩端的電壓降 低（升高），從而達到穩壓的效果。負電源部分與正電源相對稱，原理一樣。方案二：經有中間抽頭的變壓器輸出后，整流部分同方案一一樣擦用四個二極管組成的單相橋式整流電路，整流后的脈動直流接濾波電路，濾波電路由兩個電容 組成，先用一個較大阻值的點解電容對其進行低頻濾波， 再用一個較低阻值的陶 瓷電容對其進行高頻濾波，從而使得濾波后的電壓更平滑，波動更小。濾波后的 電

3、路接接穩壓電路，穩壓部分的電路如圖 2所示，方案二的穩壓部分由調整管， 比較放大電路，基準電壓電路，采樣電路組成。當采樣電路的輸出端電壓升高（降 低）時采樣電路將這一變化送到 A的反相輸入端，然后與同相輸入端的電位進行 比較放大，運放的輸出電壓，即調整管的基極電位降低（升高）；由于電路采用射極輸出形式，所以輸出電壓必然降低（升高），從而使輸出電壓得到穩定。對以上兩個方案進行比較，可以發發現第一個方案為線性穩壓電源， 具備基本的 穩壓效果，但是只是基本的調整管電路，輸出電壓不可調，而且輸出電流不大， 而第二個方案使用 了運放和調整管作為穩壓電路，輸出電壓可調，功率也較高, 可以輸出較大的電流。穩

4、定效果也比第一個方案要好，所以選擇第二個方案作為 本次課程設計的方案。2、電路框圖整體電路的框架如下圖所示，先有22V-15V的變壓器對其進行變壓，變壓后再對 其進行整流，整流后是高低頻的濾波電路，最后是由采樣電路、比較放大電路和 基準電路三個小的單元電路組成的穩壓電路， 穩壓后為了進一步得到更加穩定的 電壓，在穩壓電路后再對其進行小小的率波，最后得到正負輸出的穩壓電源。3、電路設計及元器件選擇；(1)、變壓器的設計和選擇本次課程設計的要求是輸出正負 9伏和正負6負的雙電壓電源，輸出電壓較低，而一般的調整管的飽和管壓降在2-3伏左右，由Uce = U imax - U Omin，Uce為飽和管

5、壓降，而U向ax=9V為輸出最大電壓，U omin為最小的輸入電壓，以飽和管壓降U ce =3伏計算，為了使調整管工作在放大區，輸入電壓最小不能小于12V，為保險起見，可以選擇0.5A X 9V=4.5w，所以變壓器220V-15V的變壓器，再由 P=UI可知，變壓器的功率應該為的功率絕對不能低于4.5w，并且串聯穩壓電源工作時產生的熱量較大，效率不高，所以變壓器功率需要選擇相對大些的變壓 器。結合市場上常見的變壓器的型號，可以選擇常見的變壓范 圍為220V-15V，額定功率12W，額定電流1A的變壓器。(2)、整流電路的設計及整流二極管的選擇由于輸出電流最大只要求500mA，電流比較低，所以

6、整流電路的設計可以選擇常見的單相橋式整流電路，由4個串并聯的二極管組成，具體電路如圖3所示。me?2K圖3單相橋式整流電路二極管的選擇：當忽略 二極管的開啟電壓與導通壓降，且當負載為純阻性負載時,我們可以得到二極管的平均電壓為U o（AV ）:o( AV)=2sin ，t *d( t)=22U2兀=0.9U233C11032200uF1二+C2C42200uf104、其中U2為變壓器次級交流電壓的有效值。我們可以求得U°（av）=13.5v。對于全波整流來說，如果兩個次級線圈輸出電壓有效值為U2，則處于截止狀態的二極管承受的最大反向電壓將是2.2U 2，即為34.2v考慮電網波動（通

7、常波動為10%，為保險起見取30%的波動）我們可以得到 U°（AV）應該大于19.3V，最大反向電壓應該大于 48.8V。在輸出電流最大為 500mA的情況 下我們可以選擇額定電流為1A,反向耐壓為1000V的二極管IN4007.（3）、濾波電容的選擇當濾波電容 G偏小時，濾波器輸出電壓脈動系數大；而G偏大時，整流二極管導通角B偏小，整流管峰值電流增大。 不僅對整流二極管參數要求高，另一方面，整流電流波形與正弦電壓波形偏離大，諧波失真嚴重，功率因數低。所以電容的取值應當有一個范圍，由前面的計算我們已經得出變壓器的次級線圈電壓為15V,當輸出電流為0.5A時，我們可以求得電路的負 &#

8、39;載為18歐，我們可以根據濾波電容的計算公式：''i L ：C3T匸 C1 十 103 口C=（3 5） -討2Rl Vnzrrnu I來求濾波電容的取值范圍，其中在電路頻率為50HZ_的情況下，T為20ms則電容的取值范圍為1667-2750uF,保險起見我們可以取標準值為 2200uF+ C2C47r2200uf額定電壓為35V的鋁點解電容。r I另外，由于實際電阻或電路中可能存在寄生電感和寄生電容等因素，電路中極有可能產生高頻信號， 1°所以需要一個小的陶瓷電容來濾去這些高頻信號。我 們可以選擇一個104的陶瓷電容來作為高頻濾波電容。濾波電路如上圖（4）、穩

9、壓電路的設計穩壓電路組要由四部分構成：調整管，基準穩壓電路，比較放大電路，采樣電路。當采樣電路的輸出端電壓升高（降低）時采樣電路將這一變化送到A的反相輸入端，然后與同相輸入端的電位進行比較放大，運放的輸出電壓，即調整管的基極電位降低（高）；由于電路采用射極輸出形式，所以輸出電壓必然降低（升 高），從而使輸出電壓得到穩定。由于輸出電流較大，達到500mA為防止電流過大燒壞調整管，需要選擇功率中等或者較大的三極管， 調整管的擊穿電流必須 大于500mA又由于三極管CE間的承受的最大管壓降應該大于 15-6=9V,考慮到 30%勺電網波動，我們的調整管所能承受的最大管壓降應該大于13V,最小功率應該

10、達到P _ Il（1.1U! -U°mQ =6.5W。我們可以選擇適合這些參數，并且在市場 上容易買到的中功率三極管 TIP41，它的最大功率為60W最大電流超過6A,所 能承受的最大管壓降為100V,遠遠滿足調整管的條件。負極的調整管則選擇與 之相對應的的中功率三極管 TIP42。基準電路由5.1V的穩壓管和4.7V的保護電 阻組成。由于輸出電壓要求為6伏和9伏，如果采樣電路取固定值則容易造成誤 差，所以采樣電阻最好應該做成可調的，固采樣電路由兩個電阻和一個可調電阻 組成，根據公式：_ ARU maxU DRd求出。其中RD為運放正反相輸入端的電阻，R為輸出端正極（負極、與共地端之

11、間的電阻，Ud為穩壓管的穩壓值。固可以取330、和1.5k的固定電阻置于1k的滑阻兩旁避免當滑RD為0.所以根據此公式可求的電路的輸出電壓為。可以輸出6V和9V的電壓，運放選用工作電壓在15V左右前對電壓穩定性要求不是很高的運放，由于UA741的工作電壓為正負12V-正負22V，范圍較大，可以用其作為運放，因為整流后的電壓波動不 是很大，所以運放的工作電源可以利用整流后的電壓來對其進行供電。正穩壓電路的正極和負極分別如下圖為了使輸出電壓更穩定，輸出紋波更小，需奧對輸出端進行再次濾波，可在輸出 端接一個10uf的點解電容和一個103的陶瓷電容，這樣電源不容易受到負載的 干擾。使得電源的性質更好，

12、電壓更穩定，四、畫出系統的電路總圖元件清單名稱及標號型號及大小封裝形式數量變壓器220V-15V無1二極管IN4007DIODE-0.44個電容電解電容2200uFRB.3/.62個10uFRB.2/.42個陶瓷電容104RAD-0.22個103RAD-0.12個電阻4.7KAXIAL-0.32個330AXIAL-0.32個1.5kAXIAL-0.32個可變電阻1kSip32個運放uA741DIP82個穩壓管5.1vDIODE-0.42個調整管TIP41TO2201個TIP42TO2201個五、電路的調試及仿真數據正負輸出的可調的最大值和最小值電壓數據如下圖:9 572 VX篆lult 1 會

13、t:君工rxzl 1=A | V Q | dP | i-5 739 V因 p _oj Jlj理論值為_ 5.772V - _9.60V ,而實際 的測量值是在 _5.8V - -10.45V，造 成0.89V的可調誤差，原因是由于可調 電阻的實際調節范圍偏大，導致輸出電 壓偏大。$et“.|調節可變電阻，可以得到課程設計所要求輸出的6V和9V的電壓，仿真數據如下:電路輸出直流電的波形圖如下圖電壓的直流電波形為標準的直線，達到設計的要求 而實際測量時也是這樣，輸出波形基本為一條直線總Oscilloscupe-ISCl71m*219 915 msCh3iwel_AChannel_B9.572 V-

14、0.568 VCharmeLC Channd_DR色甘電序電SaveT172"limebaseScale 10 ms/iDivX position |0CtannelA|5 VTOiv¥ position|oTriggferEdgeLevelT _Tj Brt(io rvac| o foe"_j (f (T r rWingNor” | Ajto|NonB _ Eu 電路輸出紋波波形GND CT2-T1TimebaseChannel B5 mWfDivScale IQ ms/DiuScaleX positron 0Y position0LevelAC _DJ_DC|

15、JfTTfTriggerEdgeC產T1T21:TinrwChannel_A Channel_BChann«l_CClhannd_D155 894 ms1.432 mVmVA才丄IBn rl°L紋波電壓在2.5mV左右，比要求的5mV要低，而實際測量時，紋波的電壓只有0.9mV，遠遠低于所要求的5mV，所以符合要求。六總結 本課程設計運用了模擬電路的基本知識，通過變壓，整流，濾波、穩壓等步驟，輸出理論可變范圍為 5.772V-9.622V 而實際可調范圍為 5.78V-10.45V 的正負直流穩壓電源。 總結如 下：優點：該電路設計簡單。輸出電壓穩定，紋波值小，而且使用的元件較少，經濟實惠， 輸出功率大，調整管可承受的范圍也很大， 。缺點： 電壓缺少一個保護電路， 當電路由于偶然原因出現高的電壓脈沖時， 有可能對電 路造成危害，使