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1、 1 / 18目目 录录1.内容摘要22.设计内容与要求33.电路工作原理及分析 34.主要芯片的技术参数 125.组装与调试 136.设计总结 147.参考文献 158.致谢 159.附录 151）Protel 原理图 162）PCB 图173）元器件明细表 182 / 18内 容 摘 要在稳压电源中，负载电流要流过调整管，输出大电流的电源必须使用大功率的调整管，这就要求有足够大的电流供给调整管的基极，而比较放大电路供不出所需要的大电流，另一方面，调整管需要有较高的电流放大倍数，才能有效地提高稳压性能，但是大功率管一般电流放大倍数都不高。解决这些矛盾的办法，是给原有的调整管再配上一个或几个“
2、助手” ，组成复合管。并且有电路指示灯的指示功能，也要有短路保护功能，能做到可靠性好，稳定性好，纹波小，能够长时间工作等等。本课题就是通过设计实现复合管放大兼具充电功能和有过流和限流保护作用的电源来了解和掌握一般稳压电源的设计和制作。关键词：复合管放大、充电电路、过流限流保护。3 / 18二 设计内容要求1.输出电压：3V、6V 两挡，正、负极性输出。 2.输出电流：额定电流为 150mA，最大电流为 500mA。 3.额定电流输出时，Vo/Vo10%. 4.具有快充和慢充两种方式对 4 节 5 号或 7 号电池充电。慢充 电流为 50mA60mA,快充电流为 110mA130mA.三 电路工
3、作原理及分析 整机电路由整流滤波电路、稳压电路和快慢充电电路组成。3.1 直流稳压电源设计思路图 1 原理框图 稳压电路采用带有限流型保护电路的晶体管串联型稳压电路，电 路设计的基本设计方案如下： 1.由于稳压电路输出电流 Io100mA,因此调整管应采用复合管。2.通常提供基准电流的稳压管可以用发光二极管 LED 代替(一般工作电压约为 2V)兼做电源指示灯。3.由于 Vo为 3V、6V 两挡固定值，且不要求调整，因此可将取样电路的上取样电阻4.设计为两个合适的值，用 12 波段开关进行转换。4 / 185.输出端用 22 波段开关实现正负极性选择。 6.过载保护电路采用二极管限流型保护电路
4、，且二极管用发光二极管 LED 代替, 兼做过流指示灯使用。3.2 稳压电路原理图如图 2 所示。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:13-Jan-2008Sheet of File:K:与与与与与与与与与与与05081234-与与与.ddbDrawn By:R1 1000VT2 9013VT1 8050R2 1R3 1000R4 100 R5 470R6 300LEDLED2VT39013D1+C1 LEDD2D3+C3与与与与与与与与与与与050812班班2与 与与 33与 与与与 34与 与与与 35与 与与图 2 稳压电路原
5、理图 1 确定输入电压 V（整流滤波电路的输出电压）。当忽略检测电阻 R2上的电压时，有Vi = Vo = Vomax + Vce1 = 6 + Vce1 式（1）中，调整管管压降 Vce1，一般在 3V8V 间选取，以保证 VT1能工作于放大区。当市电电网电压波动不大时，Vce1可选取的小一 些，此时调整管和电源变压器的功耗也可以小一些。2 滤波电容 C设定 Io=Iomax=0.8A，t=0.01S 则可求得 C。电路中滤波电容承受的最高电压为，所以所选电容器VU2 .1122的耐压应大于 12V。3 确定晶体管。估算出晶体管的 Icm、V(BR)CEO、Pcm值，再根据晶体管的极限参数和
6、 来选择晶体管。Iomax Io = 150mA (2)5 / 18Vcemax = ViVomin = Vi3 (3)Pcmax = Icmax Vcemax (4) 查晶体管手册，只要大于上述计算值的晶体管都可以作为调整管 VT1使用。VT2、VT3由于电流电压都不大，功耗也小，因此不需要计算 其值，一般可选用小功率管。4 确定基准电压。由 Vo =1/n ( Vz + Vbe3 ) 有 Vz = nVo Vbe3 则 Vz nVo （5） 式（5）中，n 为取样电路的取样比（分压比） ，且 n1。所以 Vz 应小于 Vomin(3V)。LED 的工作电压约为 1.82.4V。且正相特性曲
7、线较 陡，因此它可以代替稳压管提供基准电压。5 限流电阻的计算。限流电路如图 2 所示。图 2 基准电压限流稳压电路ID = Ir3 + Ie3 = (VoVz)/R3 + Ie3 (6) 式(6)中，Vz为 LED 的工作电压，其值可取为 2V；ID为 LED 的工作 电流，在 210mA 间取值;Ie3为 VT3的工作电流，可在 0.52mA 间取 值。 当选定 Ie3的值后，为保证 LED 能完全可靠的工作，R3的取值应满 足条件: 2mAID10mA 当 Vo = Vomin = 3V 时，ID最小，即6 / 18ID =(VominVz)/ R3 + Ie3=(3VZ)/R3 + I
8、e32mA (7) 得 R3(3VZ)/(2Ie3) （8） 当 Vo = Vomax =6V 时，ID最大，即 ID=(Vomax VZ )/ R3 + Ie3 =(6VZ)/ R3+Ie310mA (9) 得 R3 (6VZ)/(10 Ie3 ) (10) 因此有 (6VZ )/(10Ie3) R3 (3VZ)/(2Ie3) (11) 在取值范围内，R3应尽量取大一些，这样有利于 VZ的稳定.另外， 计算的电阻值还应该选区标称值. 同时，相关的功率计算如下: PR3=(VomaxVZ)2/R3=(6VZ)2/R3 (12) 需要注意的是，计算出的电阻功率也应选区标称值。6 取样电路的参数计
9、算。首先，确定取样电路的工作电流 I1(流过取样电阻的电流).若 I1取 得过大，则取样电路的功耗也大；若 I1取得过小，则取样比 n 会因 VT3的基极电流的变化而不稳定，同时也会造成 Vo不稳定。 实际应用中，一般取 I1 =(0.050.1)Io，然后计算取样电阻。 当 Vo=3V 时，取样电路如图 3 所示。图 3 取样电路 由 I1 ( R4 + R6 )=3V 取样电路的总电阻为 R = R4 + R6 = 3/I1 又由于 R / R6 (VZ + Vbe3) = 3V 所以 R6 = R( VZ + Vbe3 )/3 R4 = R R67 / 18当 Vo=6V 时，应将图 3
10、 中的电阻 R4换成 R5，计算方法与 Vo = 3V 时 相同。 取样电路的总电阻为R = R5 + R6 = 6 / I1 R5 = R R6 此时，计算出的电阻值应取标称值，然后利用公式 Vo=R/R6(VZ+Vbe3)计算 Vo。并测量 Vo是否满足设计指标的要求，否则应 重新取值计算。最后，还应对所取电阻进行功率计算，并取其标称值。7 计算比较放大器集电极电阻 R1。比较放大器如图 4 所示。图 4 比较放大电路 R1的值取决于稳压电源的 Vo和 Io，由此可得 IR1 = ( ViVb2)/ R1 = Ib2 + Ie3Vb2 = Vo + Vbe1 + Vbe2 Vo+1.4 I
11、b2 Io/12 若 R1的值太大，则 IR1的值变小，Ib2也小，因此不能提供额定电 流 Io;若 R1的值太小，则比较放大器增益变低，会造成稳压性能不好。 当 Vo = Vomax = 6V 时，R1的值应满足条件 (Vi7.4)/R1Ib2+Ic3 或 R1(Vi7.4)/(Ib2+Ic3) 式中，Ib2由 Ib2Io/12确定(Io=150mA). 其中，1的取值范围在 2050 之间(大功率管取 20，中功率管取 50） ；2的取值范围在 50100 之间。 Ic3可用前面计算 R3时已选定的值 Ie3. R1的功耗估算为8 / 18PR1=Vi(Vomax+1.4)2/R1 需要注
12、意的是，阻值和功率应取标称值。8 限流保护电路参数的计算。限流保护电路如图 5 所示。监测电阻 Rz的计算方法如下： 因为 VD=2Vbe+IomaxR2 所以 R2=(VD2Vbc)/Iomax(21.4)/Iomax 式中，VD取 2V，Vbc取 0.7V，最大输出电流 Iomax取 500mA，电阻功 耗的估算为 PR2=I2omaxR2 同样，阻值和功耗应取标称值。图 5 限流保护电路 3.3 .充电电路部分的设计。充电电路一般采用晶体管恒流源电路。3.3.1 慢充电路，如图 6 所示。图 6 慢充电路原理图9 / 18LED 给晶体管发射结提供约为 2V 的直流稳定电压。在利用 Re
13、的电 流负反馈作用使集电极电流 Io1保持恒定。充电电流 Io1由式(13)决定Io1=IcIe=(VDVbc)/Rc (13) 元件参数的计算如下： 1 晶体管 Icmax = Io1;Vcemax Vo3; Pomax = Icmax Vcemax，所选用 晶体管的参数 Icm Vceo Pcm应大于上述计算值。 2 LED 用红色发光二极管，工作电压 VD 2V，可兼做过流报警 指示灯用， 3 二极管 VD可用普通二极管，正向额定电流应大于 Io1. 4 电阻 Re =(VdVbc)/Io1;PRc = I2o1Rc Rb=(VoVD)/(ID+Ib);PRb = I2RBRb 式中，ID为 LED 的工作电流，在 510mA 间取值。Ib为晶体管基 极电流，Ib=Io1/( 的取值在 50100 之间)。3.3.2 快充电路如图 7 所示，图 7 快充电路原理图 由于快充时，充电电流 I 较大，因此晶体管管耗也变大，为降低 管耗，可在集电极回路上增加一个降压电阻 R，此时 Vce=Vo3VdIo2(Re+R)减小，管耗也随之减小，其中 RcRb的计算与慢充电 路相同。 降压电阻 R 的计算方法：首先，根据所选晶体管的 Pcmax和充电电 流 Io2确定 Vce，即 Vce1V，其次，选定 Vce后，由式 (14)计算 R
