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1、模拟电子技术课程设计报告设计题目：串联式稳压电源设计姓 名： 学 号： 班 级： 同组姓名： 指导老师： 成 绩： 设计时间：2013年1月8日摘 要电路都需要电源，它是电子电路工作的“能源”和“动力”。不同的电路对电源的要求是不同的。在很多电子设备和电路中需要一种当电网电压波动或负载发生变化时，输出电压仍能基本保持不变的电源。电子设备中的电源一般由交流电网提供，再经变压、整流、滤波、和稳压四个主要部分构成。本次设计的主要内容是围绕着如何使分立式元器件串联可调直流稳压电源输出直流电压稳定、脉动成分减小而展开的。首先介绍了变压器的基本工作原理及全波整流电路的工作原理，接着介绍了电容滤波电路的性能
2、特点，然后引入了具有放大环节和辅助电源的串联可调式稳压电源，系统地介绍了一些在本次实训中要用到的元器件。同时并在电路中采用了提高稳定度，提高温度稳定性及限 流型过流保护电路的具体措施，以确保电路安全稳定的工作。 在完成该电路理论地设计与计算之后，我们又全面学习了Protel 和 Altium Designer两个在电子电路设计与制作中必须熟知的两个软件。最后，安装元器件，焊接，调试，分析，测试性能验收。目录一 设计目的与要求1.2设计目的 31.2 设计要求 3二 设计方案与论证2.1 设计方案一32.2 设计方案二32.3 设计方案三3三 单元电路与参数计算3.1 变压器选取43.2 整流电
3、路43.3 滤波电路43.4 稳压电路53.5 比较电路和放大电路53.6 调整电路63.7 保护电路73.8 采样电路7四 Altium Designer软件的介绍与使用4.1 Altium Designer绘制原理图 8五 焊接、调试分析与性能测试 14六 结论与心得体会 14七 参考文献 14一 设计目的与要求1.1 设计目的 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。4熟悉元器件的引脚及结构。 5.掌握焊接技术及其接线方法。 6.掌
4、握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。 1.2 设计要求1.本次课程设计，老师只给出了大致的设计要求，我们可以有所发挥，但设计方案要凝结可行、思路独特、效果良好。2.题目具体要求输出电压可以在5 12v 连续调节，输出电流0-200mA。 要求市电电压波动范围为AC220V 10%，在负载电流大范围波动时输出电压波动1%。二 设计方案与论证方案一：由于市面上有很多性能优良的稳压电源，如30V稳压电源，所以可以购买一个，然后接一个大功率滑动变阻器，其输出端可以视为一个线性稳压电源，可以基本达到题目要求。但由于此方案过多的依赖于购买的稳压电源，而且输出端不能很好的起到稳压的作用，故此方案舍
5、弃，提出方案二。方案二：采用变压器变压，电容滤波，稳压管稳压，滑动变阻器调压构成的系统来实现串联式稳压电源设计。此方案能基本满足题目要求，电路图如下所示。但由于稳压管不能很好的满足题意，而且此电路没有保护措施，故舍弃，提出方案三。方案三：经过我们的苦思冥想，终于有了一个优良的方案，使用变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路、比较电路、基本放大电路、调整电路、保护电路，还有采样电路这九个部分组成。其中滤波电路有两处用到，一个是在整流电路后，另一个是在输出前。其电路图如下： 三 单元电路与参数计算3.1 变压器选取在电子电路及设备中，一般都需要稳定的直流电源供电。单相交流电首先经过变压器变成低压的交
6、变电压。根据要求要输出512V 稳定可调的电压，考虑到其他因素（例如调整管上的压降和电压的小幅波动等），在此预留2V 的余量。所以在滤波后，即使市电电压达到最低时，应有14V 电压。根据计算变压器副边至少要输出11V 的电压，如果选用副边输出为12V 的变压器，那么当市电波动到最小的时候副边为10.8V，不够11V。故在此选二次边输出15V 的变压器。其输出最大功率为 P=UI=150.2=3W 所以选择15V/220V 5W的变压器。 3.2 整流电路 在经过一个单相桥式整流，其电路组成为四只二极管，其构成原则就是保证在变压器副 边电压u2的整个周期内，负载上的电压和电流方向始终不变。其工作
7、原理是无论交变电压 来的是正半周还是负半周，都只用两个管子（一对桥臂上的两个二极管）导通，即整成直流 波形。故选择4支IN4001构成整流桥。3.3 滤波电路滤波电路是由两个部分组成一个是接在整流电路后的另一个是在输出前加的，在这里我们一并说明。首先，在整流电路后的滤波电路有两个电容组成的，两个都是耐压值为25V 1000 的电解电容（C1 C3），另一个是普通的103 电容（C2 C4）。如右图所示：关于C1 的选择：首要的是电容大小的选择。等效电阻应为最大输出电压比最大输出电流，即60 。那么，C1 的选择应为 故选择1000 的电容。 虽然这两个滤波电路一前一后，但是其工作原理是一样的。
8、首先电解电容是有正负极的，它就是利用电容充放电的原理把波形变得平滑。考虑到市电的波动后电解电容 （C1 C3）其耐压值为故选耐压值为25V 的电解电容。在此特别说明电容的耐压值理论上是越高越好，但是一般在耐压值附近其容抗才能够达到给定的参数值。而电容103 （C2 C4）是为了滤掉纹波才加上的。 3.4 基准电压电路在此次设计中必不可少的一部分就是要有一个基准电压电路为后面的差动放大提供一个基准的电压。如左图所示：它也可以叫稳压管稳压电路在此次设计中用一个红色发光二极管来代替稳压管。这是因为由于本电路中的电流都很小，稳压管很难工作在稳压区，不过在实际测量后我们发现红光管在电流超过5 m A 时
9、稳压效果不错，同时还兼顾了电源指示灯的作用在试验中测得其导通后电流在 5mA10mA时电压将会稳定在2V左右。由于有了这些参数他也有利于计算限流电阻的值。其上限和下限分别为电流I 是下一步差动放大的基极电流，因为其值很小所以在这里我们忽略不计。故此部分选择R =3 k的电阻.。3.5 比较电路和放大电路 比较放大电路是连接在基准电压电路后面的，为了实现电压可调固在电路中引入了放大环节，加深电压负反馈以提高输出电压的稳定性,并且还抑制了温度的漂移。如右图所示。由于在此对精度的要求不高，又从经济的角度上考虑后在此用一个长尾式差分放大电路来实现。控制流过T2 的电流为1mA。R2 上端的电位（滤波后
10、）波动应为16V21V，故R2 取20K 。 三极管选择两个9013 的NPN 管子。首先三极管工作必要有一个合适的静态工作点Q 。 在此滤波后电压V=20V，U =0.7V，R =20K ，U尽量选在中间即10V。3.6 调整电路在本电路中调整管是保证电路安全工作的核心元件，它是由一个大功率管（T4）和一个普通的NPN管子 （T3）组成的复合管。这是因为流过集电极和发射极的电流可能很大 ，一般管子承受不了这么大的电流故选用一个大功率管。其基极接在差动放大电路的集电极上， 由于差动的集电极上电流过大，用万用表测量后发现T4 的值为75，如果不用复合管至于那个单管，那么，当输出电流为最大200m
11、A 时，基极电流应为3mA 左右，显然这里不能有3mA 基极的电流，故此用复合管对进行补偿，这样以后基极电流就可以小到缪安级了。而集电极接在滤波电路的后面， 射极接上采样电路后从射极输出构成电压跟随，这样有利于对电压的稳定。至于调整管的管功耗，当输出5V 200mA 时，滤波后的电位器既调整管集电极的电位正常应为19V，那么，管压降应为14V，功率应为 P=UI=140.2=2.8W 所以本电路的管功耗最多为2.8W 。 3.7保护电路由于此电路的精度不高稳定性也相对较差所以在调整管的射极后加上一个过流保护。如果电路正常工作时T5 管子是不导通的，因为PN 结上没有0.7V 的电压，而R4 阻
12、值又太小可以忽略不计，也就相当于没有这个保护电路。但是当某种原因使得调整管的射极电流突然增大，使得R4上的压降达到0.7V 后T5 管子导通。如果把保护电流设在250mA，那么故R4 取2.7 。基极和集电极又是反相的关系，既基极电位上升，导致集电极电位下降，从而使得调整管的基极电位下降于是抑制了电流的持续增大，这样就保护了电路里的元器件。也就相当于对调整管引入了一个负反馈。不仅限制了电流，同时还顺便控制了温度。 关于R4 的选择，由于这里电流可能过大故选取一个大功率的电阻，并且阻值要小尽量少分压。而T5 就是一个普通的NPN 管子。 3.8 采样电路采样电路是配合着差动放大和基准电压来实现电
13、压的可调。工作原理就是电位器的2号引脚上的电位和基准电压近似相等，通过基准电压值和调节电位器改变电位器2脚以下的电阻从而控制电流。再利用电流在采样电路中几乎没有从电位器的2 脚流走。故可推断出整个采样电路的电压。在这里我们假设电位器2 脚的电位就是基准电压2V。所以，当电位器滑动到最上端时，输出电压最小，为 当电位器滑动到最下端时，输出电压最大，为 经综合考虑后R、R和W1分别选5.6K和1.5K电阻和5K 的电位器。这样选下来电压可调的理论范围在4V16V 。故优于设计条件的5V12V。四 Altium Designer软件的介绍与使用4. 1 Altium Designer软件的介绍与使用1. Altium Designer的概述 Altium Designer是业界第一款也是唯一完整的板级设计解决方案。Altium Designer拓宽了板级设计的传统界限，集成了
