直流稳压电源设计

课程设计报告书

课程名称： 电子技术课程设计A(一)

题 目： 直流稳压电源的设计

系 （院）： 电子工程学院

学 期： 2012-2013-1

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第 1 页 共 2 页 直流稳压电源设计

1 引言

直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电,变为稳定的直流电，并实现电压可在3-15V可调。

2 设计要求和目的

1 学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。

2 学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。

3 培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

2.1基本方案介绍

本设计包括整流滤波电路；串联调整电路；保护电路；比较放大电路；基准电压电路；取样电路。

2.2 主要技术要求

2.2.1 要求输出的直流稳压电源3—15V；连续可调

2.2.2 输出电流0—1A

2.2.3 稳压系数SV ≤ 0.05

2.2.4 输出电阻RO≤ 0.05Ω

2.2.5 输出纹波电压≤ 5mV

3 设计指标

输入220V，50Hz的交流电；输出3-15V的直流电。

4 总体设计框图

4.1系统总体框图

变

压

器 整流

滤波

电路

稳压

电路

负

载

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第 2 页 共 3 页 图（1）系统框图

4.2 设计框图：

U o

U i

图（2）设计框图

5 各部分的功能设计说明：

5.1 原理介绍：

直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理如图（1）

图（3)稳压电路设计电路图 调 压 管

比较

放大

电路

基准电压 取

样

电

负

载

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第 3 页 共 4 页 图（3)中三极管NPN型选择3DG12型号，PNP型选择3CG12型号。

其中Q1为推动级（也称前置放大级），Q2、Q3是一对参数对称的NPN和PNP型晶体管，它们组成互补推挽功放电路。由于每一个管子都接成射极输出器形式，因此具有输出电阻低，负载能力强等优点，适合于作功率输出级。Q1适合于作甲状态，它的集电极电流Ic1由电位器RP1（调节能力为6.8K）进行调节。Ic2的一部分流经电位器RP2（调节能力为1K）及二极管VD，给Q2、Q3提供偏压。调节RP2，可以使Q2、Q3得到合适的静态电流而工作于甲、乙类状态，以克服交越失真。静态时要求输出端中点A（Q2和Q3发射级交点）的电位VA=UCC，可以通过调节RP1来实现，由于RP1端的1/2端接在A点，因此在电路中引入交直流电压并联负反馈，一方面能够稳定放大器的静态工作点，同时也改善了非线性失真。

输入正弦电压UI时，经V1放大、倒相后同时作用于Q2、Q3的基极，UI的负半周使Q2管导通（Q3截止），有电流通过负载RL；同时向电容C4充电，在UI的正半周，Q3管导通（Q2截止），则已经充好电的C4起着电源的作用，通过负载RL放电，这样在RL上就得到完整的正弦波。

C2和R构成自举电路，用于提高输出电压正半周的幅度，以得到大的动态范围。

5.2电路设计流程

交流输入220V，50hz

直流输出

图（4）设计流程图

图（5）U1输入正弦波

稳压

变压器

整流

电路

滤波

电路

稳压

电路

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第 4 页 共 5 页

图（6）U2变压器变压后正弦波

图（7）U3

图（8）Uo

电网供给的交流电压U1（220V，50Hz）经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压U1，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压U3，再用滤波器滤去交流分量，就可以得到比较平直的直流电压UO。但

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第 5 页 共 6 页 这样的直流输出电压，还会随着交流电网电压的波动或负载的变化而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出的直流电压更加稳定。

5.3 电路分析

5.3.1 稳压电路：

(1) 有晶体管构成，其基极受比较放大电路的输出电压控制，通过调整管集电极和发射极之间的压降变化来抵消输出电压的变化。

(2)保护电路：

保证电路正常工作而不被损坏。

(3) 比较放大电路：

对取样电压和基准电压的差值进行放大。

(4) 基准电压电路：

为比较放大电路提供基准电压。

(5) 取样电路：

将集成电路的输出电压分压后送到比较放大电路

5.3.2整流部分为单相桥式整流和电容滤波电路。

(1) 单相桥式整流

图（9）桥式整流电路图

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图（10）桥式整流电路仿真图

5.3.3 整流滤波电路：

将交流电压变成脉动的直流电压，再经滤波电容滤除纹波输出直流电压。

图（11）整流滤波电路图

图（12）整流滤波电路仿真图

5.3.4稳压部分电路

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第 7 页 共 8 页 稳压部分为串联型稳压电路，它由调整元件（晶体管Q1，比较放大器Q2、R1，取样电路RP、R7、R8，基准电压R4、VST和过流保护电路Q3管及电阻等）组成。整个稳压电路是一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Q2放大后送至调整Q1的基极，使调整管改变其管压降，以补偿输出电压的变化，从而达到稳定电压的目的。

由于在稳压电路中，调整管与负载串联，因此流过它的电流与负载电流一样大。当输出的电流过大或发生短路时，调整管会因电流过大或电压过高而损坏，所以需要对调整管加以保护。在图(6)中电路中，晶体管Q3、R2、R3、R5组成减流型保护电路。此电路的设计在IOP = 1.2IO时开始起保护作用，此时输出电流减小，输出电压降低。故障排除后电路应该能够自动回复正常工作。在调试时，若保护提前作用，应减小R3的值；若保护作用迟后，则应增大R3的值。

6 总电路图:

图(13）直流稳压电源电路图

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图（14）R9=50Ω直流稳压电源输出

图（15）R9=100Ω直流稳压电源输出

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第 9 页 共 10 页 6.1 稳压电源的性能指标

6.1.1输出电压UO和输出电压调节范围

)(3221URRRBEUzRPRPUo （1）

调节RP可以改变输出电压Uo

6.2 最大负载电流Iom

6.3 输出电阻rO

输出电阻rO定义为，当输入电压U1（稳压电路输入）保持不变，由于负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流变化量∆Io之比，即

常数其中1UIUrooo （2）

6.4 稳定电压S（电压调整率）

稳定系数定义为，当负载保持不变，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比，即

常数其中RLUUUoUoS11 （3）

6.5 纹波电压

输出纹波电压是指在额定负载条件下，输出电压中所含交流分量的有效值(或峰值）。

6.6误差分析

6.6.1综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有：

1 测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差。

2 电流表内阻串入回路造成的误差。

3 测得纹波电压时示波器造成的误差。

4 示波器,万用表本身的准确度而造成的系统误差。

6.6.2可以通过以下的方法去改进此电路:

1减小接触点的微小电阻。

2根据电流表的内阻对测量结果可以进行修正。

3测得纹波时示波器采用手动同步。