串联型稳压直流电源课程设计实验报告

串联型直流稳压电源的设计报告

一. 题目: 串联型直流稳压电源的设计。

二. 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；

三. 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、三极管等元件器件。220V的交流电经变压器变压后变成电压值较少的交流，再经过桥式整流电路和滤波电路形成直流，稳压部分采用串流型稳压电路。比例运算电路的输入电压为稳定电压，且比例系数可调，所以其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，并保持射极输出形式，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.用晶体管和集成运放组成基本串联型直流稳压电源

方案二.用晶体管和集成运放组成的具有保护换届的串联型直流稳压电源.

方案三：用晶体管和集成运放组成的实用串联型直流稳压电压

可行性分析：上面三种方案中，方案一最简单，但功能也最少，没有保护电路和比较放大电路，因而不够实用，故抛弃方案一。方案三功能最强大，但是由于实验室条件和经济成本的限制，我们也抛弃方案三，因为它牺牲了成本来换取方便。所以从简单、合理、可靠、经济从简单而且便于购买的前提出发，我选择方案二未我们最终的设计方案。

2.结合设计的要求，电路框图如下

3.单元电路设计与元器件选择

（1）变压器的选择

直流电的输入为220V的电网电压，一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，再对电流电压处理。电源变压器的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=η，式中η是变压器的效率。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双15V ，额定功率20W 的变压器。

（2）整流滤波电路：桥式整流电路将交流电压变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压。

1.桥式整流器的选择

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。查阅资料可知单相整流电路有半波整流电路、单相桥式整流电路（全波整流电路）。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、脉动系数小等优点。所以在电路中采用单相桥式整流电桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路，常用来将交流电转变为直流电。 二极管的平均

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 的二极管的桥

式整流器。

2.滤波电路的选择与器件的选择。

整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的直流和交流成分(称为纹波电压)。这样的直流电压作为电镀、蓄电池充电的电源还是允许的，但作为大多数电子设备的电源，将会产生不良影响，甚至不能正常工作。在整流电路之后，需要加接，尽量减小输出电压中交流分量，使之接近于理想的直流电压。

滤波电路作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑。常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。若滤波电路元件仅由无源元件（电阻、电容、电感）组成，则称为无源滤波电路。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L 型、LC 滤波、LC π型滤波和RC π型滤波等)。若滤波电路不仅由无源元件，还由有源元件（双极型管、单极型管、集成运放）组成，则称为有源滤波电路。无源滤波电路的结构简单，易于设计，通常用在功率电路中，所以这里采用无源滤波电路，电容滤波器和电感滤波器相比，导通角小，但其脉动系数大，适用与小电流负载，同时还可吸收电子电路工作过程中产生的电流波动和经由交流电源串入的干扰，使得电子电路的工作性能更加稳定，结合本设计的具体要求，本次设计采用电容滤波器进行滤波。滤波电容容量大因此一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑，当滤波电容1C 偏小时，滤波器输出电压脉动系数大；而1C 偏大时，整流二极管导通角θ偏小，整流管峰值电流增大，不仅对整流二极管参数要求高，另一方面，整流电流波形与正弦电压波形偏离大，谐波失真严重，功率因数低。所以电容的取值应当有一个范围，由前面的计算我们已经得出变压器的次级线圈电压为15V ，当输出电流为500mA 时，我们可以求得电路的负载为18欧，我们可以根据滤波电容的计算公式：