天津大学网络教育学院
专科毕业论文
题目：传输线变压器在开关稳压电路供电线路中的应用完成期限：2016年1月8日至 2016年4月20日
学习中心：嘉兴
专业名称：电气自动化技术
学生姓名：朱鸿麒
学生学号：132092433102
指导教师：刘伯颖
传输线变压器在开关稳压电路供电线路中的应用
设计要求
传输线变压器和其他元器件一样,其设计的依据是用户提出的技术要求,然而,如果用户对传输线变压器缺乏一定的了解,那么要提出合理的技术要求是困难的.为此,在介绍设计方法之前有必要先对变压器的技术要求作一些说明.
在一般情况下,电子变压器的技术要求应包含这样一些内容:输入和输出阻抗的大小,馈电方式,与讯号有关的内容(例如频率范围,功率容量,脉冲波还是连续波)负载的特点,允许的波形或幅度和相位的变化程度以及允许的失配程度等.现分述如下:
输入和输出阻抗
在变压器的技术要求中,如果仅仅提阻抗比的要求是不够的,必须具体指明输入阻抗和输出阻抗的大小.因为对于一定的阻抗比,例如1:4,可以是50欧姆与200欧姆之比,等等.而在传输线变压器中,所用传输线最佳特性阻抗与具体的阻抗变换有关,即与输入阻抗和输出阻抗的大小有关.对于50欧姆的1:4双线传输线变压器,传输线最佳特性阻抗为100欧姆的1:4双线传输线变压器,传输线最佳的特性阻抗为100欧姆.而对于75欧姆与300欧姆的变换,传输线最佳阻抗为150欧姆.另外,为了确定变压器磁化电感的大小,还必须知道输入阻抗或输出阻抗,国在磁化电感的大小是与输入阻抗或输阻抗成正比的.例如,有两个变压器,在其它的条件相同的情况下,一个变压器的阻抗比为12.5欧姆/50欧姆,另一个变压器的阻抗比为125欧姆/500欧姆,虽然都是1:4的阻抗变压器,然而它们所要求的磁化电感却有很大的差别,后都是前都的10倍.一个变变压器性能的好坏在很大程度上取决于所要求的磁化电感的大小,传输线特性阻抗与最佳特性阻抗之比,因此,设计变压器的大小,首先要明确阻抗变换是从多少欧姆变到多少欧姆,例如,在晶体管电路中用于级间耦合的变压器,必须知道前级的输出阻抗和后一级的输入阻抗,短波通讯中的发射机与天线之间的匹配变压器,就应当知道发射机的输出阻抗和天线(或馈线)的输入阻抗.
极性变换
极性变换本身可看作是广义的阻抗变换,因为它也是使两个不同的网络间匹配的一种手段.变压器极性变换一般有四种:全相变换,不平衡-不平衡变换,不平衡-平衡变换以及平衡-平衡变换.对于一定的阻抗变换,当所要求的极性变换形式不同时,刚变换电路和传输线的最佳特性阻抗就不完全相同.例如,1:4不平衡-不
平衡变换,一般采用双线传输线变换电路,而1:4不平衡-平衡变换,一般采用成对双线传输线变换电路或三线传输线1:4变换电路.因此,在变压器的技术要求
中除说明输入端和输出端的阻抗以外,还应指明输入和输出端的极性(即馈电方式).
负载的特点
当涉及不平衡-平衡变换时,在技术要求中应说明平衡端负载是否允许有实在的接地点.因为有实在接地点的变换电路可以有较大的差别.例如1:1不平衡-平衡变换,如果平衡负载中心(或平衡电源中心)允许有实在接地点,则用简单的双线传输线变压器就可以完成,否则还要附加平衡绕组或都采用三线传输线变压器电路.因此,在技术要求中指明平衡负载中心是否允许有实在接地点,这可以使变压器设计师获得更多的自由,从而有助于提高设计质量.
直流的影响
在电子线路中常常是交,真流混杂的,因此变压器就应注意是否有隔离直流的要求,当有直流存在进,不仅变压器变换电路形式不同,而且在设计进还应该注意因直流引起的饱和问题.在第二章曾指出,磁芯饱和的问题---磁导率随直流场变化,与工作频率的高低有关,在一般情况下,工作频率越低,磁芯饱和的问题就越严重.因此,对于低频变压器,直流的大小要特别引起注意.
功率容量
习惯上,如果未指明功率容量的要求都是指低功率.如果有功率容量的要求(对于短波为瓦级以上)应具体指明容量的大小.变压器的设计,特别是磁芯材料厂,尺寸的选择以及传输线材料,尺寸的选择与功率容量的大小有密切的关系.
传输参数
变压器的功能可以归结为能在电源和负载之间提供匹配级联.而且为了衡量匹配的程度,由它引起的损耗大小和相位的变化,需要引入一些参数,这些参数是
传输损耗(有效损耗)
（分贝）
式中T为传输参数.
插入损耗
（分贝）
对比以上两式不难看出,当电源输出阻抗与负载电阻相同时,插入损耗和传输损耗的意义不同.变压器是用来做阻抗变换的,在一般情况下变比或阻抗比不等于一,此时,若仍用插入损耗来衡量变压器的损耗,那么变压器的损耗(用分贝表示)可能出现负载(既有增益).变压器是无源网络,不可能有功率增益,因此,在衡量变压器损耗时用传输损耗比较合理,而用插入损耗表示则容易产生混淆.
反射损耗(回归损耗)
式中电压反射系数
其中Z 和Z为在网络某处分别向电源和负载端看的输入阻抗,若用电压驻波系数ρ表示,则反射损耗
反射损耗、电压驻波系数和电压反射系数都是表征失配程度的参数，因为这些参数相互间都有一定的关系，故在一般技术要求中只给出其中一个就可以了。
在一般的设计手册中给出的电压驻波系数、电压反射系数和传输损耗的列线图，传输损耗仅指由于反射引起的损耗，不包括因传输网络内存在的有功损耗元件所引起的损耗。所以用户在给出传输线变压器的技术指标时应注意其合理性。
相移是指信号通过变压器网络后相位的变化。射初始信号相位为零，则通过变压器网络后相移角φ由下式确定：
在不平衡-平衡变换中还有相位平衡度和幅度平衡度的要求。幅度平衡度
相位平衡度一般不用分贝表示，而直接用平衡端相移角差表示。
以上所讨论的变压器的四种主要参数，即传输损耗（或插入损耗），反射损耗（或电压反射系数、或电压驻波系数），相移以及平衡度，在变压器的使用过程中，有的对这四个参数都有所要求，有的只对其中的几个有要求。如果不是必要，不必对所以的参数都提要求，否则有可能会使主要指标的水平降低。
变换电路的选择
设计传输线变压器，首先要根据设计要求选择变换电路。表3-1是十几种可供使用的变换电路汇集。每一种变换电路都有各自的特点。现就各种电路的特点分别加以说明。
表1 基本变换电路汇集
实际传输线变压器的传输损耗主要由两部分组成，变换电路本身的传输损耗和由于并联电感（磁化电感）不等于无穷大所引起的损耗。所谓变换电路本身的传输损耗是指没有电损耗和磁损耗时，由变压器电路的频率特性所造成的损耗。实际应用中的传输线变压器，要求传输损耗比较小，也即变换电路本身的传输损耗和并联电感损耗都必须较小，这种情况下实际变压器的传输系数和传输损耗可分别表示为：
T =
T 1T
2
(4-8)
A
T
= 10lgT
1
+ 10lgT
2
（4-9）
式中 T
1
-----并联电感传输系数
T
2
-----变换电路本身的传输系数
几种变换电路的T
1值和T
2
值列在表3-1中。
表3-1中序号1是1：1隔直变换，传输线的最佳特性阻抗为，由于该变换的初级或次级绕组内有直流通过，直流产生的磁场有可能使磁芯的可逆磁导率下降，因而有可能使电感值下降。
序号2是1：-1（倒相）变换，其中上图为传输线（扭绞双线或同轴线）绕在磁芯上的结构形式，下图为磁环套在同轴线上的结构形式。相对而言，后一种形式适用于高的频率，如几百兆的连续波、毫微秒量级的脉冲波。
序号3有两种变换电路，其上图多半是作不平衡-平衡的变换，负载中心不一定要有实在的接地点。例如，不平衡电源输出与平衡天线之间的匹配，因平衡天线中心没有实在的接地点，所以可以用这种电路来完成匹配。下图一般是用来作平衡—不平衡的变换，例如平衡接收天线与不平衡接收机之间的匹配就可由它来完成。
序号5和6都是双线1：4变换，它们在结构上的差别仅仅是接地点不同。但当作不平衡—平衡变换时，其平衡度不如三线的和成对的1：4不平衡-平衡变换好，它的优点是结构简单，制作方便，尺寸小。双线1：4变换多半用来作不平衡电路的级间耦合。
序号7和8都是成对双线的1：4平衡-平衡变换，其中7是传输线绕在同一磁芯上（只用一个磁芯），序号8是磁芯分别套在两根同轴线上的结构形式。
序号9也是成对双线1：4变换，与序号7比较多了一接地点，并且是由两根传输线分别绕在两个磁芯（或双孔磁芯）上组成的，其并联电感为序号7的1/4。因此在其他条件相同的情况下，序号9的低频响应和并联电感损耗不如序号7，但是序号7只能用来做平衡-平衡变换，而不能作不平衡-平衡变换，调整序号9的接地点，则可以用来做各种极性的1：4变换。它的主要优点是在作不平衡-平衡变换时有较好的平衡度。
序号10、12和序号4、11、13、15都是三线传输线变压器，其中序号10和12为偶模变换，其余四种为奇模变换。它们中的某些变换，其功能与双线传输线变压器的相同，但这些相同功能的变换之间仍是有差别的，主要表现在以下几个方面：
在磁芯和传输线相同的情况下，并联电感不同，因而并联电感的传输系数。
最佳传输条件不同。
传输线长度的限制不同。例如序号14和15都是1：9不平衡-不平衡变换，前者允许用较长的传输线，而后者允许使用的传输线较短。或者说，当传输线的长度相同时，前者的上限频率较高，后者的上限频率较低。但序号14要用两个磁芯，而序号15只需用一个磁芯。
表3-1中还有的是将磁环套在传输线上的结构形式，也有是传输线绕在磁环上的结构形式。这两种结构在本质上没有太大的差别，因为磁环套在传输线上可看成是传输线在磁环上绕一匝的结构形式。当然它们之间还有一定的差别，例如将磁环套在传输线上的结构形式，传输线绕组的分布电容小，而传输线绕在磁环上，由于传输线形成了线圈因而绕组的分布电容大。分布电容小是获得较高上限频率的重要条件，因此，将磁环套在传输线上的结构形式适用于作较高频率的阻抗变换，但是由于较难获得较大的并联电感，因而不适于低频应用。
以上列举了传输线变压器的各种变换电路以及主要的差别，具体的不同参考《射频铁氧体宽带器件》【1】读者可根据具体的设计要求做出选择。
传输线特性阻抗的计算
概述
为了达到宽频带的目的，绕制变压器用的传输线的特性阻抗应尽可能地满足最佳值的要求，如果偏离最佳值，那么各种传输线变压器将受传输线的长度或工作频率的限制，偏离越大则限制越厉害。因此，设计传输线变压器的关键是选择或设计合适的传输线。
绕制传输线变压器的传输线主要有同轴电缆、扭绞双线、平行双线、带状线，他们都是双线传输线。还有一种是多股扭绞线，如由三根单线扭绞成的三线传输线，这类线称为耦合传输线。
a.无损耗同轴电缆的特性阻抗
式中，D，d分别是同轴电缆外导体内径、内导体外径；为内外导体间介质相对磁导率；是介质的相对介电常数。
b.带状传输线的阻抗
式中，h-带状线支撑介质的厚度，b-带状线宽度
c.扭绞双线的特性阻抗
式中，D-单线直径； d-单线导体直径
下表给出了常用扭绞双线的一些基本参数：
磁芯的选择
由上一章传输线变压器原理可知，由磁芯引起的传输损耗总是随频率的上升而下降，最后趋于仅与斯诺克常数有关的恒定值。因而，如果在频带的低端能满足传输损耗的要求，那么在高于这一下限频率下传输损耗也一定能满足要求。由此得出的对磁芯的基本要求是初始磁导率高，也高。为便于工程设计，本节将给出不同的指标对材料技术要求的差别，以便根据不同的应用、不同的要求去合理地选择需要的铁氧体材料。本节另一个内容，是根据变压器设计要求及既定的材料参数（和）μ来确定磁化电感的大小，并给出一些设计参考图表，最后将对宽带变压器磁芯的最佳尺寸做一简要介绍。
磁芯材料的选择
对磁芯材料的要求主要取决于变压器的容量，同时考虑其相关的传输损耗、反射损耗、相移及磁芯材料的磁导率和、损耗角正切( / )。
宽带变压器的传输损耗为：
式中，—电源内阻；L
—空心线圈电感；
式中，N--匝数；h--磁环高度；d
1、d
2
—磁环内、外径尺寸（cm）
宽带变压器的反射损耗为：3．宽带变压器的相移为：（弧度）
需要说明的三点：
其一，提高磁芯磁导率对于改善传输损耗、反射损耗和相移都是有宜的。
其二，对磁芯材料的以上讨论仅仅适用于低功率，对高功率不完全适用。
其三，同时满足传输损耗、反射损耗和相移技术要求的最佳材料是损耗很大（）的材料而不是低损耗（）材料，因为传输损耗在工程应用中，相差几十倍是可以接受的，然而在匹配和相移有要求的应用中，损耗小的材料明显比损耗大的材料差，后者足以满足应用要求，而前者是勉强的，甚至无法使用。
因此，在传输损耗、反射损耗和相移同时有要求时，最优的变压器磁芯材料是的材料。
磁芯尺寸的选择
在下列情况下，传输线变压器的磁芯尺寸有一定的要求：
1.频带特别宽，例如相对带宽为10倍频程以上；
2.功率容量较大时，例如在短波段连续波功率为1千瓦以上；
3.上限工作频率较高，在几百兆以上，或者脉冲很窄，为毫微秒量级；
4.实际传输线特性阻抗偏离要求的最佳值要求较远。
在以上章节指出，传输线变压器带通的上限频率受传输线长度l的限制，这种限制可表示为：
下限频率受并联电感的限制，表示为
带宽系数
/
上式表示变压器带宽系数的大小与绕组单位线电感的大小成比例。当绕组线长和磁芯材料一定时，以电感量最大的磁芯尺寸为最好，当材料一定时，以达到相同电感量的最短线的磁芯尺寸为最好。这是检验设计、比较磁芯好坏的一个重要标准。
磁芯磁路中的气隙将使磁导率（和）下降，尤其是高磁导率材料下降得更厉害。因此，从宽频带考虑宜采用无气隙的闭磁路磁芯。常用的是矩形截面的环形（单孔）磁芯和双孔磁芯，下面就这两种磁芯的最佳尺寸作下介绍。
矩形截面环形磁芯的电感
式中d
2、d
1
和h分别为磁环的外径、内径和高度，μ为磁导率，N为匝数。绕一
匝的线长为
设绕组线长为l，则这种磁芯的电感为
将上式代入式
/ 可以看出，当d
1
趋于零时，带宽系数 / 趋于无穷大，但这
是不可能的，因此磁芯必须穿线。故磁芯内径d
1要有一定的大小。如果(d
2
/d
1
)
是一定的，则由上式可得 / 取极大值的条件为
这表示当磁环内外径一定时，若磁环的高是可以调整的，那么以环高等于环壁厚度时的尺寸为最佳，也即单位线长电感最大。这是因为当环高等于壁厚时，磁路截面是正方形，在矩形截面中以正方形的单位周长面积最大，而电感的大小是与磁路截面大小成正比的。
双孔磁芯的电感为
式中N 为绕在双孔磁芯中心臂上的绕组的匝数。绕一匝的线长
不难看出，在尺寸相同的条件下，双孔磁芯的电感两量比单孔磁芯的大一倍，而绕一匝的线长增加不到一倍。因此双孔磁芯单位线长电感量要比单孔的大，因而在理论上双孔磁芯变压器有可能获得更大的带宽。
在理论上双孔磁芯具有单位长电感量大的优点，或者说，满足既定电感量要求的线长可短些。这意味着，对于一定的下限频率，双孔磁芯变压器的上限频率可以做的更高些。但是在实际选用双孔磁芯时要注意一个问题，变压器绕组只有绕在双孔磁芯的公共臂上才具有上述优点，而公共臂尺寸是很小的，所能绕的匝数也不多，电感量上不去，因此，双孔磁芯一般只适宜作下限频率较高的宽带变压器磁芯。应当指出的是，在有的场合采用双孔磁芯并不是利用它单位线长电感大的优点，而是把它当作两个磁芯用，其目的是为了节省空间和便于固定，以及保证两个磁芯性能一致。
实际设计制作过程
根据参考文献[2]中设计一种用于脉冲调制的短波功率变压器中给出的技术指标要求
阻抗变换：75欧姆-300欧姆（均为不平衡）
频率范围：5MHz-60MHz
传输损耗：小于0.2
电压驻波系数：小于等于1.4
平均功率：200W
由于本设计有多种变换电路可选择，所以作者设计两种方案：一是按照文献所提供的采样最简单的双线绞绕的方法进行设计制作，二是采用三线并绕以获得准确的电感量的方式。
方法一
变换电路的选择：
由技术指标要求可见它是一个1：4不平衡变换。在图3中序号5、10、13等电路都可以完成这种变换，这里选用最简单的序号5的电路。
变压器参数的计算：
特性阻抗Z
技术指标要求 =75欧姆，=300欧姆，故双线传输线具有最佳特性阻抗
Z = 150欧姆
B．计算传输线长度L
由传输损耗的限制，双线长度大致限定在1/8λ之内。而上限频率为 =60MHz，所以
= 62.5cm
式，C=3×1010cm/s 电磁波传输速率。
C．计算平均电压
由于平均功率P=200W，可计算出与联系波等效的平均电压V
D．计算磁芯磁路截面积与匝数N的最小乘积E．选取磁芯和计算电感值与匝数N
根据≥7.8cm2和经验，本设计可初步选用d
2=5cm，d
1
=3cm，h=1cm的矩形截面磁
环。该磁环的磁路截面积 =1cm2，平均磁路长度 =12.6cm.而磁芯材料选用低损耗的镍锌铁氧体。
计算电感值需要查表获得传输损耗、电压驻波系数等。经查表可见，传输损耗在0.2dB 以下时要求
式中，ω=2π×5×106； =75欧姆； =100
其空心电感L
为
所以，根据并联电感要求的匝数N 为
N≥8.7匝
为使与连续波等效的平均磁感强度限制在70高斯以下，要求≥7.8，已知磁芯截面积 =1cm2，故N≥7.8匝.此匝数应低于由并联电感确定的8.7匝.故本设计取匝数N=9,按磁芯的尺寸,绕9匝的传输线长度为36cm,没有超出最大传输线长度.
方法二
变换电路的选择：
由技术指标可知，阻抗变换比为1：4，采用三线传输线绕制，本文采用序号10的绕制方式，在磁芯上采用并绕，引线是将线扭绞后引出。
变压器参数计算：
特性阻抗Z
技术指标要求 =75欧姆， =300欧姆，故三线传输线偶模特性阻抗具有与序号5相同的最佳特性阻抗
Z
0e
= 150欧姆
B．计算传输线长度L
根据所计算得到的电感值L=1.42μH，不必刻意套用公式，而是以电感值为准，利用万用表测量，当获得相应的电感时剪断传输线。
C．计算平均电压
由于平均功率P=200W，可计算出与联系波等效的平均电压V
D．选取磁芯和计算电感值与匝数N
本文中采用的磁芯材料选用低损耗的镍锌铁氧体，磁导率为10k，这可以保证更好的频带要求。磁芯尺寸为内、外径分别为4cm、6cm，高为1cm。
匝数N为96匝。
测试
传输线变压器通过一段同轴线与网络分析仪的探头相连，由于同轴线很短，所以变压器的输入阻抗近似为同轴线始端的输入阻抗，误差可以忽略不计，在传输线变压器输出端接300欧姆的负载，实验测试，此传输线变压器可以完成75欧姆到300欧姆的阻抗变换
多路输出直流稳压源 一课程设计任务 (1) 1.1设计题目 (1) 1.2设计要求 (1) 1.3设计目的 (1) 二多路输出直流稳压源设计各部分电路设计及说明 (2) 2.1设计框图 (2) 2.2降压电路 (2) 2.3整流电路 (3) 2.3.1半波式整流电路 (3) 2.3.2桥式整流电路 (4) 2.4滤波电路 (6) 2.4.1电容滤波电路 (6) 2.4.2电感滤波电路 (8) 2.4.3π型滤波电路 (8) 2.5 稳压电路 (9) 2.5.1串联型稳压电路的工作原理 (9) 2.5.2三端固定输出集成稳压器 (11) 2.5.3三端固定输出集成稳压器的内部电路结构 (12) 2.5.4三端固定输出支流稳压器的基本应用电路 (13) 2.5.5提高电压输出的电路 (14) 2.5.6输出正、负电压的电路 (14) 三安装调试 (15) 四心得体会 (15) 五元器件清单 (17) 六参考文献 (18) 附录设计总图 (19) 一课程设计任务 1.1设计题目 多路输出直流稳压源。
1.2设计要求 1）输出+5V/1A、-5V/1A、+12V/1A、-12V/1A、+5V/3A。 2）安装调试。 3）写出报告。 4）写出课设体会。 1.3设计目的 1）通过对模拟电子技术的课程设计，使所学的理论知识得到巩固、扩大、深入和系统化。2）培养综合运用所学的知识解决实际工程问题的能力，初步掌握模拟电路设计的方法和步骤。3）训练和提高编写设计文件，进行各种元器件和绘制电路的能力和技巧。 4）提高独立钻研问题的能力，培养严肃认真，实事求是，刻苦钻研的工作作风。 一、概要说明 本文选择的制作项目，是一个可作为实验用的小功率多路输出的集成稳压电路。其理论知识对应于（全国中等职业技术电工类专业通用教材）《电子技术基础（第四版）》§5-5所编内容。 此类电路的应用具有现实意义，其操作难度适中，元器件属通用型，工具与测试仪器也是常规的，因此，组织实际操作没有技术上的困难。 进行这类电子制作要达成的目标是： 1.从原理上，将单元电路组合成具有四种直流电压输出的电源；组成具有不稳压和稳压两种直流电源；组成固定和可调输出两种直流稳压电源。 2.从数据上，熟悉器件规格的选用原则和数据。例如，滤波电容的耐压数值等。 3.从方法上，力求掌握电路制图和识图的基本要求与规范。以及器件的辨识和常规测量。 4.从操作上，将电路中的器件比较合理的安排在线路板上，并能进行焊接、检查和基本测试。
开关型稳压电路的工作原理 开关型稳压电源的原理可用图1的电路加以说明。它由调整管、滤波电路、比较器、三角波发生器、比较放大器和基准源等部分构成。 图1 开关型稳压电源原理图三角波发生器通过比较器产生一个方波vB，去控制调整管的通断。当调整管导通时，向电感充电。当调整管截止时，必须给电感中的电流提供一个泄放通路。续流二极管 D 即
可起到这个作用，有利于保护调整管。根据电路图的接线，当三角波的幅度小于比较放大器的输出时，比较器输出高电平，（输出波形中电位水平高于高电平最小值的部分，对方波而言，相当方波存在的部分）。对应调整管的导通时间为ton；反之为低电平，（输出波形中电位水平低于低电平最大值的部分，对方波而言，相当方波不存在的部分）。对应调整管的截止时间为toff 。 为了稳定输出电压，应按电压负反馈方式引入反馈，以确定基准源和比较放大器的连线。设输出电压增加，FVO增加，比较放大器的输出VF减小，比较器方波输出toff增加，调整管导通时间减小，输出电压下降。起到了稳压作用。 各点波形见图2。由于调整管发射极输出为方波，有滤波电感的存在，使输出电流iL为锯齿波，趋于平滑。输出则为带纹波的直流电压。 忽略电感的直流电阻，输出电压VO即为vE的平均分量。于是有 q 称为占空比，方波高电平的时间占整个周期的百分比。在输入电压一定时，输出电压与占空比成正比，可以通过改变比较器输出方波的宽度（占空比）来控制输出电压值。这种控制方式称为脉冲宽度调制（PWM）。
图2 开关电源波形图由以上分析可以得出如下结论： 1．调整管工作在开关状态，功耗大大降低，电源效率大为提高； 2．调整管在开关状态下工作，为得到直流输出，必须在输出端加滤波器； 3．可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值； 4．在许多场合可以省去电源变压器； 5．由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感的体积可大大减小。
开关稳压电源设计说明书 学生姓名： 学号： 专业班级：物电学院电子2班报告提交日期： 2014年5月20日 湖南理工学院物电学院
目录 一、设计任务及要求 (2) 1、设计任务 (2) 2、设计要求 (2) 二、基本原理与分析 (2) 三、方案设计 (5) 1、开关器件的选择 (5) 2、参数的设定 (5) 四、电路设计 (5) 1、电路整体设计 (5) 2、电路工作原理 (5) 五、总结 (7) 六、参考文献 (7)
一、设计任务及要求 1、设计任务 设计一手机开关型电池充电器，满足： （1）开关电源型充电； （2）输入电压220V，输出直流电压自定； （3）恒流恒压； （4）最大输出电流为:I max＝1.0 A; 2、设计要求 （1）合理选择开关器件； （2）完成全电路理论设计、绘制电路图； （3）撰写设计报告。 二、基本原理与分析 随着电子技术和集成电路的飞速发展，开关稳压电源的类型越来越多，分类方法也各不相同，如果按照开关管与负载的连接方式分类，开关电源可以分为串联型、并联型和变压器耦合（并联）型3种类型。下面分别对这三种类型的开关电源做一些简单的介绍。 （1）串联型。 图1所示的开关电源是串联型开关电源，其特点是开关调整管VT与负载R L串联。因此，开关管和续流二极管的耐压要求较低。且滤波电容在开关管导通和截止时均有电流，故滤波性能好，输出电压U0的纹波系数小，要求储能电感铁心截面积也较小。其缺点是：输出直流电压与电网电压之间没有隔离变压器，即所谓“热地盘”，不够安全；若开关管部短路，则全部输入直流电压直接加到负载上，会引起负载过压或过流，损坏元件。因此，输出端一般需加稳压管加以保护。 根据稳压条件可得：（U i-U0）T1/L=U0T2/L 即 U0=U1T1/（T1+T2）=（T1/T）U i，σ=T1/T 由上式可见，可以通过控制开关管激励脉冲的占空比σ来调整开关电源的输出电压U0。
经典直流稳压电路原理分析 张大为1 崔金2 秦小二2 / 1.中国人民解放军93798部队 2.中国人民解放军93575部队 【摘 要】电子设备大都对电压抖动较为敏感，要求有稳定的工作电压，直流稳压电路是直流稳压电源的重要组成部分。本文对分析了常用的几个直流稳压电路的工作原理，总结了各自的特点并给出了对比分析。【关键词】直流；稳压电路；原理分析 稳压电路是指在输入电压、负载、环境温度、电路参数等发生变化时仍能保持输出电压恒定的电路。这种电路能提供稳定的直流电源，对各种电子设备能够稳定工作起到了重要的作用。常见直流稳压电路主要有四种，分别为：稳压二极管稳压电路、串联晶体管稳压电路、并联晶体管稳压电路和开关型稳压电路。 一、稳压二极管稳压电路 稳压二极管，又叫齐纳二极管，是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区尽管流过二极管的电流变化很大，而其两端的电压却变化极小，并且这种现象的重复性很好，从而起到稳压作用。因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。 图1为稳压二极管稳压电路,由限流电阻R S和稳压二极管D Z组成。 + Uo - 图1 稳压二极管稳压电路 输出端电压 U O=UＺ=UＳ–RＳ*I S= UＳ–(IＺ+IＯ)RＳ （式1） Us为未稳压的输入直流电压, U O为经过稳压的直流电压, R S为D Z的限流保护电阻, 又起电压调整作用, D Z为稳压二极管, R L为负载电阻。其工作原理是: 此电路主要利用稳压二极管的稳压特性, 即D Z反向导通后其两端的压降基本保持不变。当UＳ增大引起R S上的电流增大, 但U O 即D Z两端的电压保持恒定不变, 这样UＳ的增大量全部降在R S上, 以保持U O不变, 反之亦然。在实际应用中R S的特性和D Z的特性对整个稳压过程起关键作用。 这种稳压电路的工作范围受稳压管最大功耗的限制，Iz不能超过一定数值。其关键是：在U S、R L及U O均为给定的条件下,Rs值的选取应保证在输入电压为最大值UＳmax时,稳定电流Iz和稳压管允许的功耗不超过规定的最大值；在输入电压为最小值时,又能保证Iz不低于最小的稳定电流。 二、并联晶体管稳压电路 晶体管是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。晶体管作为一种可变开关，基于输入的电压，控制流出的电流，因此晶体管可做为电流的开关。
电子课程设计 开关型直流稳压电源 摘要
【摘要】本次设计的主要目的是实现一个开关电源，开关电源在日常生活中应用非常广泛，比如电视机、电脑、冰箱以及其他常用的电子产品都需要开关电源，如今是数字化时代，用单片机实现电子产品十分方便，所以在这次设计中使用了单片机实现。在这次设计文档中，详细阐述了开关电源与线性电源的比较，方案论证，总体结构设计，并附以相关电路图表示，最后生成相关了PCB 电路图。 【关键词】线性，半导体，开关，储能，转换，控制，滤波，分压 一、开关电源方案设计 开关电源是指调整管工作在开关方式，即导通和截止状态的稳压电源，缩写为SPS （Switching Power Supply ）。开关电源的核心部分是一个直流变换器。利用直流变换器可以把一种直流电压变成极性、数值不同的多种直流电压。 图2.1所示电路的工作过程为：假设基准电压为5v ，由于电网波动导致输入电压减小，那么输出电压也将会减少，此时，所采样的电压将减小，假设为4.9v ，误差为0.1v ，经过比较放大后，脉冲调制电路根据这个误差，提高占空比使输出电压增大，同理，当由于电网波动导致输出电压增大时，脉冲调制电路降低占空比使输出电压减小，以此来控制输出电压的稳定。 图2.1开关电源原理框图 方案1 方案1：单片机通过数模转换输出一个电压，用作电源的基准电压，电源可以通过键盘预置输出电压，单片机不加入反馈控制，电源仍要使用专门的PWM 控制芯片，工作过程为：当通过键盘预置电压时，单片机通过D/A 芯片输出一个电压作为控制芯片的基准电压，这个基准电压可以使得控制芯片按照预置电压值，来输出控制脉冲，以输出期望输出电压。 整流 滤波 电路 开关管 滤波电路 采样电路 比较放大 脉冲调宽 输出 输入 基准电压 + - + -
模拟电子技术课程设计报告 题目名称：直流稳压电源电路设计姓名： 学号： 班级： 指导教师： 成绩：
目录 1课程设计任务和要求 2 2方案设计 2 3单元电路设计与参数计算 4 4总原理图及元器件清单9 5安装与调试 11 6性能测试与分析12 7结论与心得14 8参考文献 14
课程设计题目： 直流稳压电源电路设计 一、课程设计任务和要求: 1）用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计固定的正负直流电源（±12V）。 2）输出可调直流电压，范围：1.5∽15V； 3）输出电流:IOm≥1500mA；（要有电流扩展功能） 4）稳压系数Sr≤0.05；具有过流保护功能。 二、方案设计： 稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，如下图1所示，其整流与稳压过程的电压输出波形如图2所示。 图1稳压电源的组成框图 图二整流与稳压过程波形图 电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。
方案一、单相半波整流电路 半波单相整流电路简单，电路及其电压输出波形分别如图3、图4所示，使用元件少，它只对交流电的一半波形整流，其输出波形只利用了交流电的一半波形则整流效率不高，且输出波形脉动大，其值为：S= =≈1.57，直流成分小，= ≈0.45，变压器利用率低。 图3 单相半波整流电路 图 4 单相半波整流电路电压输出波形图 方案二、单相全波整流电路 使用的整流器件是半波电路的两倍，整流电压脉动较小，是半波的一半，无滤波电路时的输出电压=0.9，变压器的利用率比半波电路的高，整流器件所承受的反向电压要求较高。 方案三、单相桥式整流电路 单相桥式整流电路使用的整流器件较多，但其实现了全波整流电路，它将的负半周也利用起来，所以在变压器副边电压有效值相同的情况下，输出电压的平均值是半波整流电路的两倍，且如果负载也相同的情况下，输出电流的平均值也是半波整流电路的两倍，且其与半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求一样，还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点。所以综合三种方案的优缺点决定用方案三。
. 9.5.1 串联型稳压电路的工作原理 一、基本调整管电路 如下图（a）所示为稳压管稳压电路，负载电流最大变化范围等于稳压管的最大稳定电流和最小稳定电流之差，即（I-I）。ZZM扩大负载电流的最简单方法是：利用晶体管的电流放大作用，将稳压管稳定电路的输出电流放大后，再作为负载电流。电路采用射极输出形式，因而引入了电压负反馈，可以稳定输出电压，如图（b）所示，常见画法如图（c）所示。 其工作原理如下： 调整管：晶体管的调节作用使U稳定，晶体管称为调整管。O要使调整管起到调整作用，必须使它工作在放大状态。 串联稳压电源：由于调整管与负载相串联，故称这类电路为串联型稳压电源。 线性稳压电源：由于调整管工作在线性区，故称这类电路为线性稳压
电源。 二、具有放大环节的串联稳压电路★电路构成 基本调整管稳压电路的输出电压不可调，且输出电压因U的变BE化而变，稳定性较差。为了使输出电压可调，加深电压负反馈，可在基本调整管稳压电路的基础上引入放大环节。 电路如图所示，由调整管、基准电压电路、取样电路和比较放大电路组成。 . . ★稳压原理 当电网电压波动（或负载电阻的变化）使输出电压U上升时，O取样电压U增大，由于稳压管的电压U不变，运放的输入电压 ZN U(=U-U=U-U)增大，使A的输出减小（即调整管的基极电位降ZNPNPN 低），而使调整管T的c-e压降低增大，从而调节输出电压U（=U-U） ceOI减小。使输出电压得到稳定。 可见，电路是靠引入深度电压负反馈来稳定输出电压。
★输出电压的可调范围 当电位器R的滑动端在最上端时，输出电压最小为2 当电位器R的滑动端在最下端时，输出电压最大为2 若R=R=R=300Ω，U=6V，则输出电压9V≤U≤18V。O213Z★调整管的选择 在串联型稳压电路中，调整管是核心元件，它的安全工作是电路正常工作的保证。调整管一般为大功率管，因而选用原则与功率放大电路中的功放管相同，主要考虑其极限参数I、U 和P。CMCMBRCEO）（◆I 的选取CM调整管中流过的最大集电极电流为 I=I+I R1CmaxLmax其中I为负载电流最大额定值，I为取样、比较放大和基准R1Lmax环节所消耗的电流，通常R上的电流可忽略，所以1I?I LmaxCM ◆击穿电压的选取 . . 当电网电压波动±10%时，稳压电路输入电压U到最大值U，ImaxI同时输出电压又最低时，调整管承受的管压降最大，所以要求调整管击穿电压为 U?U-U OminImax BRCEO ）（◆功率P的选取CM调整管可能承受的最大集电极功耗为 P=U I=（U-U）I Cmax CmaxOminCmaxImax CEmax U是考虑到电网电压波动±10%时，稳压电路输入电
课程设计任务书 半导体直流稳压电源的设计和测试 （一）设计目的 1、学习直流稳压电源的设计方法； 2、研究直流稳压电源的设计方案； 3、掌握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法； （二）设计要求和技术指标 1、技术指标：要求电源输出电压为±12V（或±9V /±5V），输入电压为交流220V，最大输出电流为I omax=500mA，纹波电压△V OP-P≤5mV，稳压系数Sr≤5%。 2、设计基本要求 （1）设计一个能输出±12V/±9V/±5V的直流稳压电源； （2）拟定设计步骤和测试方案； （3）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数； （4）要求绘出原理图，并用Protel画出印制板图； （5）在万能板或面包板或PCB板上制 作一台直流稳压电源； （6）测量直流稳压电源的内阻； （7）测量直流稳压电源的稳压系数、纹 波电压； （8）撰写设计报告。 3、设计扩展要求 （1）能显示电源输出电压值，00.0-12.0V； (2) 要求有短路过载保护。 （三）设计提示 1、设计电路框图如图所示 稳压电路若使用分离元件要有取样、放大、比较和调整四个环节，晶体管选用3DD或3DG等型号；若用集成电路选78XX和79XX稳压器。 测量稳压系数：在负载电流为最大时，分别测得输入交流比220V增大和减小10%的输出Δvo，并将其中最大一个代入公式计算Sr，当负载不变时，Sr=ΔVoV I/ΔV I V O。 测量内阻：在输入交流为220V，分别测得负载电流为0及最大值时的ΔVo，r o=ΔV O/ΔI L。 纹波电压测量：叠加在输出电压上的交流分量，一般为mV级。可将其放大后，用示波器观测其峰－峰值△V OP-P；用可用交流毫伏表测量其有效值△V O，由
摘要：在对线性稳压集成电路与开关稳压集成电路的应用特性进行比较的基础上，简单介绍了LM2576的特性，给出了基本开关稳压电源、工作模式可控的开关稳压电源和开关与线性结合式稳压电路的设计方案及元器件参数的计算方法。 关键词：LM2576 电源设计 MCU 嵌入式控制系统的MCU一般都需要一个稳定的工作电压才能可靠工作。而设计者多习惯采用线性稳压器件（如78xx系列三端稳压器件）作为电压调节和稳压器件来将较高的直流电压转变M CU所需的工作电压。这种线性稳压电源的线性调整工作方式在工作中会大的“热损失”（其值为V压降×I负荷），其工作效率仅为30%～50%[1]。加之工作在高粉尘等恶劣环境下往往将嵌入式工业控制系统置于密闭容器内的聚集也加剧了MCU的恶劣工况，从而使嵌入式控制系统的稳定性能变得更差。 而开关电源调节器件则以完全导通或关断的方式工作。因此，工作时要么是大电流流过低导通电压的开关管、要么是完全截止无电流流过。因此，开关稳压电源的功耗极低，其平均工作效率可达70%～90%[1]。在相同电压降的条件下，开关电源调节器件与线性稳压器件相比具有少得多的“热损失”。因此，开关稳压电源可大大减少散热片体积和PCB板的面积，甚至在大多数情况
下不需要加装散热片，从而减少了对MCU工作环境的有害影响。 采用开关稳压电源来替代线性稳压电源作为MCU电源的另一个优势是：开关管的高频通断特性以及串联滤波电感的使用对来自于电源的高频干扰具有较强的抑制作用。此外，由于开关稳压电源“热损失”的减少，设计时还可提高稳压电源的输入电压，这有助于提高交流电压抗跌落干扰的能力。 LM2576系列开关稳压集成电路是线性三端稳压器件（如78xx 系列端稳压集成电路）的替代品，它具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力，从而为MCU的稳定、可靠工作提供了强有力的保证。 一、LM2576简介 LM2576系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器（52kHz）和基准稳压器（1.23V），并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。LM2576系列包括LM2576（最高输入电压40V）及LM257 6HV（最高输入电压60V）二个系列。各系列产品均提供有3.3
题目直流稳压电源电路设计 一、设计任务与要求 1．用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计固定的正负直流电源（±12V）； 2．输出可调直流电压，范围1.5∽15V； 3．输出电流I O m≥1500mA；（要有电流扩展功能） 4. 稳压系数Sr≤0.05；具有过流保护功能。 二、方案设计与论证 稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，如下 图1所示，其整流与稳压过程的电压输出波形如图2所示。 图1 稳压电源的组成框图 图2 整流与稳压过程波形图 电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采 用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。降压后的交流电压，通过整 流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。脉动大的直流电压须经电网电 压U1 电源 变压器 U2 整流 电路 U3 滤波 电路 Ui 稳压 电路 Uo 负载 RL
过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直 流电压输出，供给负载RL 。 方案一、单相半波整流电路 半波单相整流电路简单，电路及其电压输出波形分别如图3、图4所示，使用元件少，它只对交流电的一半波形整流，其输出波形只利用了交流电的一半波形则整流效率不高，且输出波形脉动大，其值为22/2 1.572 2/U S U π π= =≈；直流成 分小；o U = 2 2U π ≈0.452U ，变压器利用率低。 图3 单相半波整流电路 图4 单相半波整流电路电压输出波形 方案二、单相全波整流电路 使用的整流器件是半波电路的两倍，整流电压脉动较小，是半波的一半，无滤波电路时的输出电压o U =0.92U ，变压器的利用率比半波电路的高，整流器件所承受的反向电压要求较高。 方案三、单相桥式整流电路
可调直流稳压电源的工 作原理 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
可调直流稳压电源设计 摘要 可调直流稳压电源是采用当前国际先进的高频调制技术，其工作原理是将开关电源的电压和电流展宽，实现了电压和电流的大范围调节，同时扩大了目前直流电源供应器的应用。直流稳压电源的控制芯片是采用目前比较成熟的进口元件，功率部件采用现国际上最新研制的大功率器件，可调直流稳压电源设计方案省去了传统直流电源因工频变压器而体积笨重。与传统电源相比高频直流电源就较具有体积小、重量轻、效率高等优点，同时也为大功率直流电源减小体积创造了条件，此电源又称高频可调式开关电源。可调直流稳压电源保护功能齐全，过压、过流点可连续设置并可预视，输出电压可通过触控开关控制。 关键词：开关稳压电源；开关变压器；高频直流电源 目录
1可调直流稳压电源 可调直流稳压电源的工作原理 参数稳压器在输入交流电压150V-260V时，输出稳压在220V效果效于和高于这个范围，其效率要下降。采用单片微机进行第一步控制，使310V以下和90V以上的输入电压，调整控制在190V—250V范围，再用参数稳压器进行稳压效果很好。 由市电输入的交流电压变化波动很大，经过过压吸收滤波电路将高频脉冲等干扰电压滤去后，送入直流开关稳压电源、交流取样电路和控制执行电路。 直流开关稳压电源的功率小，但能把60-320V的交流电压娈换成+5V，+12V，-12V 的直流电压。+5V电压供给单片微机使用，±12V电压供给控制电路的大功率开关模块使用。 单片微机把取样电路采集到的输入电压数据，分析判断并发出控制信号送到触发电路，控制调节输出电压。 控制执行电路由SSR过零开关大功率模块和带抽头的自耦变压器组成。SSR之间采用RC吸收电路吸收过电压和过电流，使SSR在开关时不会损坏。控制执行电路把 90-310V的输入电压控制在190V-240V范围，再送到参数稳压器进行精确稳压。 参数稳压器由电感和电容组成LC振荡器，振荡频率50HZ。无论市电怎么变化，其振荡频率不会改变，因此输出电压不会变化，稳压精度高。即使输入电压波形失真很大，经参数稳压器振荡输出后却是标准的正弦波，因此稳压电源有强的抗干扰能力和净化能力。
稳压二极管工作原理 一、稳压二极管原理及特性 一般三极管都是正向导通，反向截止；加在二极管上的反向电压如果超过二极管的承受能力，二极管就要击穿损毁。但是有一种二极管，它的正向特性与普通二极管相同，而反向特性却比较特殊：当反向电压加到一定程度时，虽然管子呈现击穿状态，通过较大电流，却不损毁，并且这种现象的重复性很好；只要管子处在击穿状态，尽管流过管子的电在变化很大，而管子两端的电压却变化极小起到稳压作用。这种特殊的二极管叫稳压管。 稳压管的型号有2CW、2DW 等系列，它的电路符号如图5－17所示。 稳压管的稳压特性，可用图5一18所示伏安特性曲线很清楚地表示出来。 稳压管是利用反向击多区的稳压特性进行工作的，因此，稳压管在电路中要反向连接。稳压管的反向击穿电压称为稳定电压，不同类型稳压管的稳定电压也不一
样，某一型号的稳压管的稳压值固定在口定范围。例如：2CW11的稳压值是3.2伏到4．5伏，其中某一只管子的稳压值可能是3．5伏，另一只管子则可能是4，2伏。 在实际应用中，如果选择不到稳压值符合需要的稳压管，可以选用稳压值较低的稳压管，然后串联几只硅二极管“枕垫”，把稳定电压提高到所需数值。这是利用硅二极管的正向压降为0．6～0．7伏的特点来进行稳压的。因此，二极管在电路中必须正向连接，这是与稳压管不同的。 稳压管稳压性能的好坏，可以用它的动态电阻r来表示： 显然，对于同样的电流变化量ΔI，稳压管两端的电压变化量ΔU越小，动态电阻越小，稳压管性能就越好。 稳压管的动态电阻是随工作电流变化的，工作电流越大，动态电阻越小。因此，为使稳压效果好，工作电流要选得合适。工作电流选得大些，可以减小动态电阻，但不能超过管子的最大允许电流（或最大耗散功率）。各种型号管子的工作电流和最大允许电流，可以从手册中查到。 稳压管的稳定性能受温度影响，当温度变化时，它的稳定电压也要发生变化，常用稳定电压的温度系数来表示，这种性能例如2CW19型稳压管的稳定电压Uw= 12伏，温度系数为0.095%℃，说明温度每升高1℃，其稳定电压升高11.4毫伏。为提高电路的稳定性能，往往采用适当的温度补偿措施。在稳定性能要求很高时，需使用具有温度补偿的稳压，如2DW7A、2DW7W、2DW7C 等。 二、稳压二极管稳压电路图 由硅稳压管组成的简单稳压电路如图5- l9（a）所示。硅稳压管DW与负载Rfz，并联，R1为限流电阻。
开关电源的设计 同组参与者：李方舟、周恒、张涛开关式直流稳压电源的控制方式可分为调宽式和 调频试两种，实际应用中，而调宽式应用的较多，在 目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也 为脉宽调制（PWM）型。 开关稳压电源具有效率高，输出功率大，输入电 压变化范围宽，节约能耗等优点。 开关电源的工作原理就是通过改变开关器件的开 通时间和工作周期的比值即占空比来改变输出电压； 通常有三种方式：脉冲宽度调制（PWM），脉冲频率 调制（PFM）和混合调制。PWM调制是指开关周期 恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式，因为 周期恒定，滤波电路的设计比较简单，也是应用能够 最广泛的调制方式。开关稳压电源的主要结构框架如 图1-1所示，有隔离变压器产生一个15-18V的交流电 压，在经过整流滤波电路，将交流电变成直流电，然 后再经过DC—DC变换，由PWM的驱动电路去控 制开关管的导通和截止，从而产生一个稳定的电压源， 如图1-1所示；
图1-1 一开关转换电路 1：滤波电路 输入滤波电路具有双向隔离作用，它可以抑制交流电网输入的干扰信号，同时也防止开关电源工作时产生的谐波和电磁干扰信号影响交流电网。如图1-2所示滤波电路中C1用以滤除直流份量中的交流成分，隔离电容应选用高频特性较好的碳膜电容,电阻R给电容提供放电回路，避免因电容上的电荷积累而影响滤波器的工作特性，C2、C3跨接在输出端，能有效地抑制共模干扰，为了减小漏电流C2、C3宜选用陶瓷电容器. 图1-2 2.电压保护电路 如图1-3所示为输出过压保护电路。稳压管VS的
击穿电压稍大于输出电压额定值，输出电压正常时，VS不导通，晶闸管VS的门极电压为零，不导通，当输出过压时，VS击穿，VS受触发导通，使光电耦合器输出三极管电流增大，通过UC3842控制开关管关断。 图1-3 输出过压保护电路 3.电压反馈电路 电压反馈电路如图1-4所示。输出电压通过集成稳压器TL431和光电耦合器反馈到的1脚，调节R1 R2的分压比可设定和调节输出电压，达到较高的稳压精度。如果输出电压U0升高，集成稳压器TL431的阴极到阳极的电流在增大,UC3842的输出脉宽相应变窄，输出电压U0变小,同样，如果输出电压U0减小，可通过反馈调节使之升高。
直流稳压电源电路的设计实验报告 一、实验目的 1、了解直流稳压电源的工作原理。 2、设计直流稳压电路，要求输入电压：220V市电，50Hz，用单变压器设计并制作能够输出一组固定+15V输出直流电压和一组+1.2V~+12V连续可调的直流稳压电源电路，两组输出电流分别I O≥500mA。 3、了解掌握Proteus软件的基本操作与应用。 二、实验线路及原理 1、实验原理 （1）直流稳压电源 直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下： 图2-1 直流稳压电源的原理框图和波形变换 其中： 1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n，式中n是变压器的效率。 2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。 3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。 4）稳压电路：其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。 （2）整流电路 常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2-2所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL 出波形如图2-3所示。 t
一、直流稳压电源的工作原理 直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要经过变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。 四个环节的工作原理如下： (1)电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。 (2)整流滤波电路：整流电路将交流电压Ui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U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。 (3)滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压各滤波电容C满足RL-C＝（3~5）T/2，或中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。 (4)稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。常用可调式正压集成稳压器有CW317（LM317）系列，它们的输出电压从1.25V－37伏可调，最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5A。其典型电路如下图，其中电阻R1与电位器R2组成输出电压调节器，输出电压Uo的表达式为：Uo＝1.25（1＋R2/R1）式中R1一般取120－240欧姆，输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V）。 二、直流稳压电源的应用 直流稳压电源是电子技术领域不可缺少的设备，常见的直流稳压电源，大都采用串联式反馈式稳压原理，通过调整输出端取样电阻支路中的电位器来调整输出电压。由于电位器阻值变化的非线性和调整范围窄，使普通直流稳压电源难以实现输出电压的精确调整。 三、直流稳压电源的前景 近几年随着科技的发展，直流稳压电源的工作频率有原来的几十千赫发展到现在的几百千，但是和西方的发达国家还是有一定的差距；以美国为首的几个发达国家在这方面的研究已经转向高频下电源的拓扑理论、工作原理、建模分析等等方面技术领先；因此，直流稳压电源的研制及应用在此方面与之也从在很大的差距。
稳压二极管的检测 （1）正、负电极的判别从外形上看，金属封装稳压二极管管体的正极一端为平面形，负极一端为半圆面形。塑封稳压二极管管体上印有彩色标记的一端为负极，另一端为正极。对标志不清楚的稳压二极管，也可以用万用表判别其极性，测量的方法与普通二极管相同，即用万用表R×1k档，将两表笔分别接稳压二极管的两个电极，测出一个结果后，再对调两表笔进行测量。在两次测量结果中，阻值较小那一次，黑表笔接的是稳压二极管的正极，红表笔接的是稳压二极管的负极。 若测得稳压二极管的正、反向电阻均很小或均为无穷大，则说明该二极管已击穿或开路损坏。 （2）稳压值的测量用0~30V连续可调直流电源，对于13V以下的稳压二极管，可将稳压电源的输出电压调至15V，将电源正极串接1只1.5kΩ限流电阻后与被测稳压二极管的负极相连接，电源负极与稳压二极管的正极相接，再用万用表测量稳压二极管两端的电压值，所测的读数即为稳压二极管的稳压值。若稳压二极管的稳压值高于15V，则应将稳压电源调至20V以上。 也可用低于1000V的兆欧表为稳压二极管提供测试电源。其方法是：将兆欧表正端与稳压二极管的负极相接，兆欧表的负端与稳压二极管的正极相接后，按规定匀速摇动兆欧表手柄，同时用万用表监测稳压二极管两端电压值（万用表的电压档应视稳定电压值的大小而定），待万用表的指示电压指示稳定时，此电 压值便是稳压二极管的稳定电压值。 若测量稳压二极管的稳定电压值忽高忽低，则说明该二极管的性不稳定。 稳压管常用在整流滤波电路之后，用于稳定直流输出电压的小功率电源设备中。 如图2所示，由R、Dz组成的就是稳压电路，稳压管在电路中稳定电压的原理如下： 只要R参数选得适当，就可以基本上抵消Vi的升高值，因而使Vo基本保持不变。 可见，在这种稳压电路中，起自动调节作用的主要是稳压二极管Dz，当输出电压有较小的变化时，将引起稳压二极管电流Iz的较大变化，通过限流电阻R的补偿作用，保持输出电压Vo基本不变。
知识原理要点 直流稳压电源原理框图如图4－1 所示。 四、实验原理 图为串联型直流稳压电源。它除了变压、整流、滤波外，稳压器部分一般有四个环节：调整环节、基准电压、比较放大器和取样电路。当电网电压或负载变动引起输出电压Vo变化时，取样电路将输出电压Vo的一部分馈送回比较放大器与基准电压进行比较，产生的误差电压经放大后去控制调整管的基极电流，自动地改变调整管的集一射极间电压，补偿Vo 的变化，从而维持输出电压基本不变。 当输入电压(VI)改变时，能自动调节(VCE)电压的大小，使输出电压(Vo)保持恒定。例如：VI↑→Vo↑→经取样和放大电路后→IB↓→VCE↑→Vo↓ VI是整流滤波后的电压，T为调整管，A为比较放大电路，VREF为基准电压，它由稳压管Dz与限流电阻R构成。R1与R2组成反馈网络，是用来反映输出电压变化的取样环节。
工作原理图及功能方框图 假设由于某种原因（如电网电压波动或者负载电阻变化等）使输出电压上升，取样电路将这一变化趋势送到比较放大管的基极，与发射极基准电压进行比较，并且将二者的差值进行放大，比较放大管的基电极电位（即调整管的基极电位）降低。由于调整管采用射极输出形式，所以输出电压必然降低，从而保证Uo基本稳定。 稳压电路由于直接用输出电压的微小变化量去控制调整管。其控制作用较小，所以，稳压效果不好。如果在电路中增加一级直流放大电路，把输出电压的微小变化加以放大，再去控制调整管，其稳压性能便可大大提高，这就是带放大环节的串联型稳压电路。 当输入电压Ui增大(或减小)时，串联型稳压电路的稳压原理可用电路来说明。图中可变电阻R与负载RL相串联。若RL不变。增大(或减小)R值使输入电压Ui变化全部降落在电阻R
河北经济管理学校教案 序号：1编号：JL/JW/7.5.1.03 4.18授课主题稳压二极管并联型稳压电路 教学目的1.掌握稳压二极管并联型稳压电源电路的组成及各部分作用 2.能按工艺流程安装与测试稳压二极管并联型稳压电源电路 教学 重点、难点重点：稳压电源的组成及各部分作用 难点：稳压电源安装完成后，各部分参数的测量及故障的解决 教学准备教案，板书，教材 教学过程设计与时间分配 一、课堂导入与提问（10min） 二、讲授新课（55min） 1.直流稳压电源的概念 2.稳压电源中的稳压电路按电压调整元件与负载RL连接方式之不同可分为两种稳压类型 3.简单的直流稳压电源及其结构 4.并联型直流稳压电路的优缺点 5.串联型稳压电路简介 三、课堂小结（15min） 四、布置作业（10min）
河北经济管理学校教案 教案内容 一、导入与提问（10min） 举例手机充电器 二、讲授新课（55min） 1.直流稳压电源的概念 直流稳压电源是一种当电网电压变化时，或者负载发生变化时，输出电压能基本保持不变的直流电源 2.稳压电源中的稳压电路按电压调整元件与负载RL连接方式之不同可分为两种稳压类型（1）并联型稳压电路（2）串联型稳压电路 调整元件与负载RL并联，如上图所示 3.简单的直流稳压电源及其结构 （1）第一部分为变压器 它的作用是改变电压 我们接入的市电是交流电，电压有效值是220V，而我们平时用的直流电压较小，并且稳压
就是把原来交流电的负半周整流到正半周，而原正半周仍保持不变 （3）第三部分是一个电容器，为滤波电路 它的作用是对整流后的电流进行滤波，利用电容器的充放电功能，把原来起伏变化较大电压转换成起伏变化较小的电压 （4）第四部分为调整元件部分 它的作用是对输出电压进行稳定，使输出电压为一个稳定的值 它是利用稳压二极管的反向击穿特性，如下图所示为二极管的伏安特性曲线 二极管在反向电压击穿的时候其两端电压能其本保持稳定，即使在通过它的电流发生一些变化时也能基本保持稳定。 在这里我们把稳压二极管与负载并联后，反偏接入电路，调整电压，使其呈反向电击穿状
稳压二极管原理电路及应用 引言 二极管因用途不同而种类繁多。稳压二极管是其中的一种。我们知道晶体二极管具有单向导电的性能。正向连接时是导电的(在电路中，二极管的正极接电源的正极，二极管的负极接电源的负极)，反向连接是不导电的，只有很小很小的漏电流。但是如果给某些特定二极管反向电压逐渐加大到某一数值，二极管就会被击穿，这时二极管又开始反向导电。随着导电电流逐渐增大(只要电流不是增加到损坏二极管的程度)，二极管两端的电压却基本上保持不变，几乎恒定在二极管击穿的电压数值上。这就是二极管的反向击穿特性。利用这个特性，人们制成稳压二极管[1]。由于这种反向击穿特性能起稳压作用，所以在电路中稳压二极管必须反向连接，就是二极管的正极接电源的负极，二极管的负极接电源的正极。 1．稳压二极管的原理及电路 1.1稳压管的特性 稳压管的伏安特性曲线如图l所示。由图可见，反向电压在一定范围内变化时，反向电流很小;当反向电压增高到击穿电压时，反向电流突然剧增，即稳压管反向击穿;此后，虽然电流在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化很小，这一特性便可用来稳压。稳压管与其他二极管不同的是，其反向击穿是可逆的。当反向电压去掉后，稳压管又恢复正常状态但是，如果反向电流超过允许值，稳压管的PN结也会因过热而损坏。由于硅管的热稳定性比锗管好，因此一般都用硅管做稳压二极管，例如2CW系列和2DW系列都是硅稳压二极管[2] 图1 硅稳压二极管伏安特性和符号 1.2 稳压管的主要参数 1.2.1 稳定电压U: 稳压管反向击穿后稳定工作时的电压值称为稳定电压，如2CW13型为5V一6.5V，具有温度补偿作用的2DW7A型稳压管为5.8V一6.6V。对于某只稳压管，其U Z是这个范围内的某一确定数值。因此在使用时，具体数值需要实际测试。 1.2.2 稳定电流I Z
稳压电路的工作原理与简单稳压电源的制作 本文介绍的是制作简单的稳压电源（图1），同学们经过组装、调试，全部达到了预定的要求。围绕稳压电路，大家提出了许多问题，和老师一起进行了讨论。 同学：交流电经过整流和滤波可以得到比较平滑的直流电，为什么还要进行稳压呢？ 老师：整流、滤波电路虽然能把变压器副边的交流电变换成波形平滑的直流电，却不能保证负载上直流输出电压的稳定。首先，电网电压有±10％的波动，经过整流、滤波后，输出电压也要跟着发生±10％的变动；其次，负载电流大小发生变化，变压器副边有内阻也会直接引起输出电压的变动。 同学：这一点我有体会。上次我在调试整流、滤波电路时发现：不带负载时，用万用电表测量直流输出电压是7V；接上收音机后再去测量，电压就降到了6V。 老师：对。特别是采用电容滤波的电路这种现象更加突出。 同学：稳压管既然是一种具有稳压作用的二极管，能不能用它组成稳压电路呢？ 老师：利用稳压管可以组成最简单的稳压电路（图2）。把负载RL跟稳压管并联，由于稳压管两端的电压是稳定不变的，负载也就得到了稳定的直流电压。 同学：稳压管工作时为什么必须外加反向电压呢？ 老师：稳压管是一种特殊的二极管，当外加反向电压使它进入击穿状态时，只要在电路上采取措施限制通过它的反向电流，管子就不会损坏。十分可贵的是，稳压管在击穿状态下，通过管子的电流在一定的范围内变化时，管子两端的电压可以保持基本不变。稳压管的击穿电压值就是它的稳定电压值。 同学：怎么限制通过稳压管的稳定电流呢？ 老师：需要注意，稳压管都必须串联一个限流电阻R（参见图2），以保证通过稳压管的电流不超过允许的最大稳定电流值。另一方面，限流电阻R在稳压电路中还起着电压调整作用。假定电网电压升高，来自整流滤波电路的直流电压U1也随着升高，引起负载两端电压UL升高。由于稳压管是与负载并联的，UL只要增大一点点，就会