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1、太原理工大学模拟电子技术基础课题设计题目：直流稳压电源院（系）:信息工程学院专业班级：电子信息工程 0903 学号：2009001306姓名：赵士红课程设计 直流稳压电源的设计1、设计题目为黑白 TV 设计直流稳压电源2、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实际方法和性能指标测试方法。3、学会根据电路选择变压器、整流二极管、滤波电容、稳压管、三极管及电阻来设计直流稳压电源4、通过设计加深对基础知识的认知，与实践相结合，能基本的 进行综合电路课题的设计，提高分析和解决实际问题的能力三、技术指标及设
2、计要求1、技术指标: 直流电压 12V , 最大电流 1.5A2、设计要求：（1）设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出电路原理图。（2）选择电路所需仪器设备（3）进实验室进行对图、插板、调试，并测试主要性能参数（4）实验后撰写设计报告。四、设计环节及原理介绍交流电经过电源变压器降压、整流、滤波和稳压转换成稳定的直流电，其方框图及各路的输出波形如图所示：稳压电源方框图及各路的输出波形（一）设计环节：1、降压电网提供的电压一般为 220V(380V)交流电，而各种电子设备所需要的直流电压幅值却各不相同。因此，常常需要将电网电压先经过电源变压器得到整流滤波所需要的交流电压。2.整流电路
3、整流电路的作用是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压。但是，这种单向脉动电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差得很远。3.滤波器滤波器主要由电容、电感等储能元件组成。它的作用是尽可能地将单向脉动电压中的脉动成分滤掉，是输出电压成为比较平滑的V3V4V0V3V4V0直流电压。但是，当电网电压或负载电流发生变化时，滤波器输出直流电压的幅值也将随之而变化。在要求比较高的电子设备中，这种情况是不符合要求的。4.稳压电路稳压电路的作用是采取某些措施，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。（二）各环节原理介绍：1、降压当变压器一次
4、侧施加交流电压，流过一次绕组的电流为,1U1I则该电流在铁芯中会产生交变磁通，使一次绕组和二次绕组发生电磁联系，根据电磁感应原理，交变磁通穿过这两个绕组就会感应出电动势，其大小与绕组匝数以及主磁通的最大值成正比。变压器通过将金属线绕至到铁芯上（如下图所示）产生升压或降压 =21 UU21 NN,分别为初级和次级线圈匝数。根据此可实现电压变化。1N2N2、整流此采用单相桥式整流电路，由四个二级管构成。整流电路图分析过程如下：（a）正半轴时 （b）负半轴时2u2u单相桥式整流电路的电流通路在的正半周，二极管 VD1、VD3导电，VD2、VD4截止，电2u流 iD1、iD3流过 RL，在负载上得到的
5、输出电压极性为上正下负。在的负半周，VD2、VD4导电，VD1、VD3截止，iD2、iD4流过 RL是2u产生的电压极性也是上正下负，因此在负载上得到一个单方向的脉动电压。 桥式整流波形图桥式整流电路输出电压的波形所包含的面积是半波整流电oV路的两倍。因此其平均值也将是半波整流电路的两倍。由波形图可明显看出。整流电路的参数主要有以下几项：每个整流管的最大反向峰值电压 VRmax是指整流管不导电时，在它两端出现的最大反向电压。选管时应选耐压比这个数值高的管子，以免被击穿。整流二极管承受的最大反向电压就是变压器二次电压的最大值，即 VRmax=U22二极管正向平均工作电流 ID(AV)在桥式整流电
6、路中，二级管 VD1、VD3和 VD2、VD4轮流导电，由每个整流二级管的平均电流等于输出电流平均值的一半，即ID(AV)=0.5IO(AV)当负载电流平均值已知时，可以根据 IO(AV)来选定整流二极管。整流电路的输出直流电压 VO(AV)是输出电压瞬时值在一个周期内的平均值。VO(AV)=22209 . 022)(sin21UUttdU上式说明，在桥式整流电路中，负载上得到的直流电压约为变压器二次电压的有效值的 90%。3、滤波滤波有电容滤波、电感滤波、复式滤波，此采用电容滤波。电容滤波电路结构简单，因而常常被采用，电容滤波电路适用于小电流负载，电容滤波电路外特性比较软，滤波电路的输出电压
7、与输出电流之间的关系曲线称为外特性。采用电容滤波时，整流二极管中将流过较大的冲击电流。因此，应选用较大容量的整流二极管。（1）电路组成和工作原理将一个大电容 C 与负载电阻 RL并联，即可组成电容滤波电路，如图所示，由于电容有维持其两端电压不变的特性，因此，将电容与负载并联，将使负载两端的电压波形比较平滑。电容滤波电路图如下：滤波前后波形变化由图可以看出，加了电容滤波以后，输出电压的直流成分提高了。如上图中实线所示。不接电容时，桥式整流电路的输出电压 VO为半个正弦波的形状，在 RL上并联电路以后，输出电压的波形如上图中虚线所示，显然 VO的波形包围的面积比原来虚线部分包围的面积增大了，因此，
8、输出电压的平均值提高了。由图还可以看出，加上滤波电容以后，输出电压中的脉动成分降低了。这是由于电容的储能作用所导致。当二极管导电时，电容被充电，将能量储存起来，然后再逐渐放电，把能量传送给负载，因此输出波形比较平滑。（2）波形电容的选择和输出直流电压的估算。根据以上分析可知，在电容滤波电路中，电容放电的时间常数=RLC 愈大，放电过程愈慢，则输出直流电压愈高，同时脉动成分也愈小，滤波效果愈好。当 RLC 为无穷大时，输出直流电压 VO(AV)=,脉动系数 S=0。所以应选择大容量的电容作为滤波电容。在22U实际工作中，为了得到比较好的滤波效果，常常根据下式来选择滤波电容的容量： (35)T/2
9、 （1）式中 T 为电网交流电压的周期，T=0.02s。由于电容值比较大，一般为几十到几千微法，通常可时选用电解电容器。电容器的电压应大于U2.当满足（1）式时可认为输出直流电压为 VO(AV)=1.2U2。2脉动系数 S 约为 20%10%左右。 4、稳压 (1)电路图（2）工作原理VO=VZ , IR=IO+IZ , 设 VI一定，负载 RL变化时RL(IO) IR VO(VZ) IZ IR（IRR）基本不变 VO 基本不变假设稳压电路的输入电压保持不变，当负载电阻减小，负载电流增大时，由于电流在电阻 R 上的压降升高，输出电压将下降。而稳压管并联在输出端，由图中稳压管两端的电压有一个很小
10、的下降时，稳压管的电流将减小很多。此时 IR 也有减小的趋势。实际上利用 IZ 的减小来补偿流过负载的电流的增大，使 IR基本保持不变，从而使输出电压也保持基本稳定。限流电阻 R 也是稳压电路中必不可少的组成原件。当电网电压波动或负载电流变化时，通过调节 R 上的压降来保持输出电压的基本不变。整流滤波后得到的直流电压作为稳压电路的输入电压,稳压管与负载电阻并联。为了保证工作在反向击穿区,稳压管作为一个二极管,要处于反接。稳压管也是一种二极管，但是通常工作在反向击穿区。稳压管的伏安特性及符号 稳压管动态电阻稳压管的主要参数有以下几项：（1）稳定电压 VZ VZ是稳压管工作在反向击穿区是的工作电压
11、。稳定电压 VZ是挑选稳压管的主要依据之一。（2）稳定电流 IZ IZ是使稳压管正常工作时的参考电流。若工作电流低于 IZ，则管子的稳压性能变差；如工作电流高于 IZ，只要不超过额定功率，稳压管可以正常工作。而且一般来说，工作电流较大时稳压性能较好。使用稳压管时，需要注意几个问题：首先，应使外加电源的正极接管子的 N 区，电源的负极接 P区，以保证稳压管在反向击穿区，如图所示。其次,稳压管应与负载电阻并联,由于稳压管两端的电压变化量很小,因而使输出电压比较稳定.第三,必须限制流过稳压管的电流,使其不超过规定值，以免因过热而烧毁管子。但 IZ 的值也不能太小，若小于临界值 IZmin，则稳压管将
12、失去稳压作用。因此稳压管电路中必须接入一个限流电阻 R，它的作用稳压电路中限流电阻的选择：在硅稳压管稳压电路中，如限流电阻 R 的阻值太大，则流过 R 的电流很小，当增大时，稳压管的电流可能减小到临界值以下，IRIL失去稳压作用；如 R 的阻值太小，则很大，当很大或开路时，IRRL都流向稳压管，可以超过其允许定额而造成损坏。IR设稳压管允许的最小工作电流为，最大工作电流为IZ min。电网电压最高时的整流输出电压为，最低时为；负IZ maxVaxImVinIm载电流的最小值为，最大值为；则要是稳压管能正常工作，ILminILmax必须满足下列关系：当电网电压最高和负载电流最小时，的值最大，此时
13、不应IZIZ超过允许的最大值，即 或 IIVV ZLZax RmaxminIm（为稳压管的标称稳压值）IIVVLZZaxRminmaxIm VZ当电网电压最低和负载电流最大时，的值最小，此时不应IZIZ超过允许的最小值，即 或 IIUU ZLZin RminmaxImIIVVLZZinRmaxminIm 五、设计电路根据以上分析可设计如下电路图直流稳压电路图降压 整流 滤波 稳压 此电路中采用的是线性串联稳压电源（效率 IB2,Rc3根据管脚排列规律进行识别1）等腰三角形排列，识别时管脚朝上，使三角形正好在上半圆内，从左角起，按顺序时针分别是 e，b，c。2）在管壳外延上有一个突出部，由此突出
14、部顺时针方向为e，b，c。3）管脚为等距一字形排列，从外壳色标志点起，按顺序为c，b，e。4）管脚为非等距一字形排列，从管脚之间距离较远的第一只脚为c，接下来是 b，e。5）若外壳为半圆形状，管脚一字形排列，则切面向上，管脚向里，从左到右依次为 e，b，c。6）个别超高频管为 4 脚，从突出部顺时针方向为 e，b，c，d。d 与管壳相通，供高频屏蔽用。利用万用表进行识别1）基极与管型的判别对于小功率三极管，万用表使用 R100档或 R1k档。以PNP 型为例，先假定某一管脚为基极，将红表笔接上，黑表笔分别接另外两管脚，如果测得电阻均很小（约 1k）时，将红黑表笔对调，重复测量一遍，如果阻值均很
15、大（200 k以上） ，那么假定正确。当不明确三极管是 PNP 型还是 NPN 型时，红表笔接假定的基极，黑表笔接另两极，如果阻值均很小，则为 PNP 型，否则为 NPN 型。2）集电极和发射极的判别将万用表置于 R100档或 R1k档，如果被测的是 PNP 型，那么红表笔接基极，黑表笔依次接另外两个管脚，两次测得阻值不同，一次阻值大，一次阻值小。阻值小的一次黑表笔所接为集电极。如果被测的为 NPN 型，只要把表笔对调即可。另一种方法就是将表笔分别接在除基极以外的另外两个极上，用手蘸点水，用拇指和食指把红表笔所接的那个极与基极捏住（但不能相碰） ，记在此时万用表欧姆档读数，然后调换万用表表笔，
16、以同样的方法再测一次，两次测量中，阻值小的一次，红表笔所接的管脚为集电极。如果是 NPN 型，正好相反。数字万用表对三极管放大倍数的测量利用数字万用表的档，将量程开关拨到 NPN 档（如测定hFE3DG、3DK 等 NPN 型晶体管） ，将三极管插入对应插孔中（注意管脚与插孔旁的 b、c、e 对应） ，再将电源开关拨到 ON 位置，数字万用表显示屏就显示出直流放大倍数值。如果测试 3AX 类等 PNP 型三极管，就要注意将量程开关拨到 PNP 档，再插入待测三极管。查电阻 R电阻的测量1）万用表测量电阻测量时，首先将万用表进行调零，即将红黑表笔短接，调节调零按钮，使指示阻值为零。然后，再用表笔接被测电
