直流稳压电路设计

课题二 直流稳压电路设计

任务三 简单稳压电路

【设计要求】已知整流滤波输出电压的波动范围是8～10V ，请设计一个输出电压为5V,输出电流为10～100mA 的简单直流稳压电源。

1、相关知识

（1）稳压二极管的基本特性

稳压二极管是一种用特殊工艺制造的面接触型半导体二极管，这种管子的掺杂度高，击穿电压值低，正向特性和普通二极管一样。当反向电压加到某一定值时，反向电流剧增， 产生反向击穿，反向击穿特性很陡峭。击穿时通过管子的电流在很大范围内变化，而管子两端的电压却如图2.3.1所示几乎不变，稳压二极管就是利用这一特性来实现稳压的。可见，稳压管就是工作在反向击穿状态下的硅二极管，因此，在使用时，稳压管必须反向偏置。

（2）稳压二极管的主要参数：

1）稳定电压Z U ：Z U 就是稳压管的反向击穿电压。 2）稳压电流Z I ：Z I 是指稳压管维持稳定电压的工作电流。

3）最大稳定电流max Z I ：最大电流是稳压二极管允许通过的最大反向电流。稳压管工作时的电流应小于这个电流，正常工作时，min Z I ＜I ＜max Z I 。

4）最大耗散功率max Z P ：max Z P 是指稳压管不致因过热而损坏的最大耗散功率。 max max Z Z Z P U I =⨯

5）动态电阻z r ：z r 是反映稳压管稳压性能好坏的一个参数。它等于稳压管两端电压的变化量和对应的电流变化量之比，即：

z

z

z I U r ∆∆=

动态电阻越小，说明曲线越陡，稳压管的稳压性能越好。 （3）工作原理

稳压管稳压电路如图2.3.2所示，由稳压管D 和限流电阻R 组成，稳压管在电路中应为反向偏置，它与负载电阻RL 并联后，再与限流电阻串联，属于并联型稳压电路。

/

V

图2.3.2 二极管稳压电路

1）负载电阻RL 不变

当负载电阻不变，电网电压上升时，将使i U 增加，o U 随之增加，由稳压管的伏安特性可知，稳压管的电流z I 就会显著增加，结果使流过电阻R 的电压增大，从而使增大了的负载电压o U 的数值有所减小，即o i R U U U =-。如果电阻R 的阻值选择适当，最终可使o U 基

同理，如果交流电源电压降低使o U 减小时，电压i U 也减小，因此稳压管的电流z I 显著减小，结果使通过限流电阻R 的电流R I 减小，R I 的减小使R 上的压降减小，结果使负载电压L

U 数值有所增加，从而使输出电压基本不变。

2）电源电压不变

假设电网电压保持不变，负载电阻L R 减小，L I 增大时， 由于电流在R 上的压降升高，输出电压o U 将下降。由于稳压管并联在输出端，由伏安特性可看出，当稳压管两端的电压有所下降时，电流L I 将急剧减小，而R Z L I I I =+，所以R I 基本维持不变，R 上的电压也就

当负载电阻增大时，稳压过程相反。

2、电路设计 （1）绘制电路图

此电路负载电流较小，且稳定度要求不是很高，由二极管组成的简单直流稳压电路基本上能满足设计要求。采用如图2.10所示的并联型稳压电路。

（2）元件选择 1）稳压管的选择

稳压电路中的稳定电压应按负载电压选取，即Z o U U =；如果一个管子的稳压值不够，

可以用两个或多个稳压管串联； 稳压管的最大稳定电流max Z I 大致上应该比最大负载电流

max L I 大两倍以上，即max Z I ≥2max L I 。

所以，U Z =5V ，I ZMAX =2×100=0.2A 。 功率为P=IU=0.2×5=1W 实际选择：硅稳压管2CW21A 。 2）限流电阻的选择

阻值的选择：限流电阻R 的大小应该满足两个条件（两种极端情况）。

当直流输入电压最低（Im in U ）而负载电流最大时，流过稳压管的电流应该大于稳压管的最小稳定电流I ZMin ，即

由上式得出

当直流输入电压最高（Im ax U ）而负载电流最小时，流过稳压管的电流不应该超过稳压管的最大稳定电流max Z I ，即：

ZMin

L in I I R

U U ≥--max 0

Im max

0Im L Min Z in I I U U R +-≤

max min 0

max 1Z L I I R

U U ≤-- 所以 0

Imax Z max Lmin

U U R I I -≥+

或

据上式可得

即 23.8Ω≤R ≤27.2Ω

功率W R U U R U P O IMAX RM 04.124

)510()(2

22≈-=-=≥

实际选取为E24系列线绕（或水泥）24Ω电阻。 3、安装调试 （1）实训器材 1）常用电子组装工具。 2）万用表。

3）配套电子元器件见表2.3.1。

（2）操作步骤

1）按图2.3.2绘出装配草图。

2）对电路中使用的元器件进行检测与筛选。

3）按照装配草图进行装配，常规工艺按模块一课题二中的任务五要求。 4）装配完成后进行自检，正确无误后才能通电测试。

5）在输入端加8～10V

的直流电压，观察VD 两端电压的变化情况。 将测试数据填入表2.3.2中

4、实训报告

（1）写明实训日期、目的、实训器材及详细实训步骤。 （2）记录实训所测数据，并与理论设计值进行比较。

（3）对电阻R 的作用进行讨论分析。

max

Im min max 0Im L Min Z in

L Z ax I I U U R I I U U +-≤≤+-1

.001.05

801.02.0510+-≤

≤+-R