稳压直流电源产品说明书
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一、 方案设计
方案原理框图如图1所示。
图1 方案原理框图
二、电路设计
1、整流滤波电路设计
整流滤波电路如图2所示。
交流220V电压经T1降压、VD1～VD4整流及C1滤波后，为后续电路提供20V直流工作电源。
图2 整流滤波电路
2、稳压电路设计
稳压电路如图3所示。 稳压电路是个具有电压串联负反馈的闭环系统。其稳压过程为，当电网电压波动或负载变动引起输出直流电压发生变化时，取样电路取出输出电压的一部分送入比较放大器，并与基准电压进行比较，产生的误差信号经T2放大后送至调整管T1的基极，使调整管改变其管压降，以补偿输出电压的变化，从而达到稳定输出电压的目的。 V1
220 Vrms
50 Hz
0Deg
GND T1
TS_PQ4_10 D1
MDA2501 1 2
4
3 C1 470uF 9
1 GND 11
RL
1kΩ
Key=A 50%
16 15
Uo
图3 稳压电路
3、输出参数调节及负载电路
输出参数调节及负载电路如图4所示。
（1）输出电压Uo及输出电压调节范围：
）U（URRRRRUBE2ZW22W1O
调节Rw可以改变输出电压Uo。
（2）最大负载电流Iomax。
稳压电源正常工作时能输出的最大电流。
调节Rl可以改变Io。
R1500ΩR21.5kΩR6300ΩR8500ΩKey=A50%Q1MJD3055Q4MJD3055R10120ΩR510ΩC547uFQ3MJD3055D71N4731A4096871532
图4 输出参数调节及负载电路
三、电路测试
切断工频电源，连接好被测电路。
1、初测。 稳压器输出端负载开路，断开保护电路，接通220V工频电源，调节电位器Rw，观察Uo的大小和变化情况。观察结果显示，Uo岁Rw线性变化，说明该稳压电路各反馈环路工作基本正常。
2、测量输出电压可调节范围。 接入负载，并调节Rl，使输出电流Io≈100mA，此时接入的负载阻值为156Ω，满足驱动负载在120Ω～240Ω的范围内，如图5所示。再调节电位器Rw。当将电位器Rw调节到最大值时，测量输出电压达到限定范围的最小值，此时Uo为6V左右，如图6所示；当将电位器Rw调节到最小值时，测量输出电压达到限定范围的最大值，此时Uo为15V左右，如图7所示，即满足稳压电源输出直流可调电压6V
1 Q1,Q3,Q4 三极管 MJD3055 3
2 R8 滑动变阻器 500Ω 1
3 R3 滑动变阻器 120Ω 1
4 C1 电容 470uF 1
5 C2 电容 100uF 1
三、设计方案
整流电路：交流电压转变成单向脉动直流电
1、半波整流
U0=tdu0021=tdtu02sin221=2U2=0.45U2
2、桥式整流
然而单相桥式整流电路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式一样的，并且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点，因此在次设计中我选用单相桥式整流电路。
在调整管部分，既可以采用单管调整也可以采用复合管调整，但在此设计中要求额定电流Io=500mA，如果用单管的话，可能不能达到这么大的输出电流，因此在此设计中我选用复合管做调整管。
滤波电路：
经整流后的电压仍具有较大的交流分量，必须通过滤波电路将交流分量滤掉。尽量保留其输出中的直流分量，才能获得比较平滑的直流分量。
可以利用电容两端电压不能突变或流经电感的电流不能突变的特点，将电容与负载并联，或将电感与负载串联就能起来滤波作用。
稳压电路：
由于滤波后的直流电压Ui受电网电压的波动和负载电流变化的影响（T的影响）很难保证输出电流电压的稳定。所以必须在滤波电路和负载一直加上稳压6 C5 电容 47uF 1
7 R2 电阻 1.5kΩ 1
8 R5 电阻 10Ω 1
9 R10 电阻 120Ω 1
10 R4 电阻 120Ω 1
11 R6 电阻 300Ω 1
12 D7 稳压二极管 1N4731A 1
13 D1 单相电桥 MDA2501 1
14 T1 变压器 TS_PQ4_10 1
15 V1 交流电源 220V交流 1 电路，才能保证输出直流电压的进一步稳定。
四、电路工作原理及参数选择
1. 电路工作原理
如下图基本电路图所示，220V交流电经变压器产生低压交流电，VD1、VD2、VD3、VD4和C1构成整流滤波电路，产生20V的直流电压，VT4和Ro为过流保护电路，VT1、VT2为电压调整器，VT3、VD5、R1、R2、R3、Rp构成输出电压取样比较电路，Rp调整输出电压大小。
（1）稳压过程。当输出电压Uo因某种原因下降时，VT3的基极电压UBY也下降，VD5两端的电压恒定，因此VT3的UBE电压随之下降，VT3的工作点往截止区靠近，就造成VT3的集电极电压UC上升，即VT2的基极电压上升，从而使调整管VT1的UCE电压下降，使输出电压上升。若输出电压Uo因某种原因上升时，其过程恰好相反。这样输出电压因某种原因变化时，VT1和VT2构成的电压调整器就能够调整输出电压，使其保持恒定。
（2）输出电压调整过程。RP用于调整输出电压大小。当RP滑动端向上滑时，VT3的基极电压UB就上升，VD5两端的电压恒定，因此VT3的UBE电压随之上升，集电极电压UC就下降，即VT2的基极电压下降，从而使调整管VT1的UCE电压上升，使输出电压变小。若当RP滑动端向下滑时，输出电压则会变大。
（3）过流保护过程。VT4和Ro为过流保护电路,Ro阻值比较小（大约为1欧）。当输出电流Io较小时，在Ro上产生的电压较小，不足以使VT4导通，因此其不起作用。当输出电流Io过大时，在Ro上产生的电压较大，使VT4导通，VT4的集电极电压下降，即VT2的基极电压下降，电压调整管VT1的UCE电压增大，使输出电压下降，起到保护作用。
2. 确定电路参数
（1）电源变压器T。若要求调整管VT1不进入饱和区，则Uimin≥Uomax+(2~3)V=15V:
Ui=Uimin/(1-10%)=20V
U2=Ui/1.2=16.7V
考虑整流二极管和变压器T的降压等因素，取U2=15V。
（2）整流二极管VD1、VD2、VD3、VD4
IDM ≥Io/2=250mA
URM≥ √2*(1+10%)U2=25.9V
由此可知，VD1、VD2、VD3、VD4选择1N4001.
（3）滤波电容C1
根据电容C1的表达式
C1=(3~5）T/2 /RLmin
已知输入交流电的周期
T=1/f=0.02s
RLmin=Uimin/Io=36欧 因此
C1=2T/RLmin=1111uF
对于耐压，因为
URM≥√2U2max=√2(1+10%)U2=25.9V
所以C1选用2200uF/25V的铝电解电容器。
（4）调整管VTI
U(BR)CEO1>UCE1max=Uimax-Uomin=Uimax=20V
ICM1>IO=500mA
PCM1>IOUCE1MAX=16.5W
因此，调整管VT1选用D880三极管，参数为U(BR)CEO=60V, ICM=3A, PCM=;并测得β1=50，rbe1=40欧。
（5）其他小功率管VT2、VT3、VT4
U(BR)CEO> UCEmax =22V
ICM ≥Io/β1=10m
PCM≥IoUCEmax/β1=220mA
因此，VT2、VT3、VT4选用9013，其U(BR)CEO=30V,ICM=300mA,PCM=700mW,并侧得β=100.
（6）基准电路UZ与R3.根据UZ≤UOmin=6V,IZmin>5mA和α，γ尽量要小的原则，选用2CW11稳压管，其参数为：UZ=3.2~4.5V ，IZmin=10mA ,IZmax =55mA.
由
(Uomax-Uz)/ IZmax ≤ R3≤ (Uomin-Uz) / IZmin
得
148欧≤R3≤ 215欧
因此R3选取200欧的电阻。
（7）取样电路R1,Rp1,R4。当负载开路时，提供调整管VT1的泄流通路，故通过取样电路的最小电流为2%×Io=10mA.
设
Rz=R1+Rp+R2=Uomin/2%Io=600欧
因此
Nmin=(Uz+UBE(on))/Uomin=0.76
Nmax= (Uz+UBE(on))/Uomax=0.38
R2=RZ× Nmin=228欧
Rp=RZ× Nmax-R2=228欧
R1= RZ-R2- Rp=144欧
所以，选取 R2=235欧，R1=130欧， Rp=240欧，功率为1/8W。
（8）保护电路Ro. 当输出电流为600mA并流过检测电阻Ro，使URO≥UBE(on)时，VT4导通，限流保护电路开始工作。此时
Ro= UBE(on)/Io =1.2欧
PRO=IoIoRo=0.43W
因此，Ro选取1.2欧/1W的电阻。
五、 仿真实验测量及主要技术指标
1、整流电路的波形、滤波后的波形、通过稳压电路后的波形
二，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小的交流，再经桥式整流电路和滤波电路形成直流，稳压部分采用串联型稳压电路。比例运算电路的输入电压为稳定电压，且比例系数可调，所以其输出电压也以调节；同时，为了扩大输出大电流，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的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环节的串联型直流稳压电源
