串联型直流稳压电源设计与仿真

模拟电路课程设计报告 设计内容:串联型直流稳压电源 设计一个输出电压在6~15V 可调的串联型直流稳压电 源，将市电(220V/50HZ 的交流电)经电源变压器，整流电路， 滤波电路，稳压电路后转变为 6~15V 的直流稳定电压。 目录 一：设计要求 二：直流稳压电源原理描述 三：设计步骤及电路元件选择 四：各模块电路图及其仿真结果 五：总的电路图及其仿真结果 六：总结 一：设计要求 设计一个最大负载电流 100mA 左右，输出电压在 6~15V 可调的 串联型直流稳压电源，将市电(220V/50HZ 的交流电)经电源变压器， 整流电路，滤波电路，稳压电路后转变为6~15V 的直流稳定电压。 二：直流稳压电源原理描述 电子设备一般都需要直流电源供电。这些直流电除了少数直接利 用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直 流电的直流稳压电源。 图（1）直流稳压电源框图 图(4)具有放大环节的串联型稳压电路 图（5）串联型直流稳压电源电路图 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， 其原理框图如图（1）所示。电网供给的交流电压 U 1(220V,50Hz) 经 电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压 U 2，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 U 3，再用滤波器滤去 其交流分量，就可得到比较平直的直流电压 U I。但这样的直流输出电 压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。 在对直流供电 要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳 定。 图（2）,（3） ， （4）串联起来就组成了具有放大环节的串联型稳 压电源电路图，即图（5） ，其整流部分为单相桥式整流、电容滤波电 路。稳压部分为具有放大环节的串联型稳压电路，它由调整元件（晶 体管 Q1，Q2 组成的复合管） ；比较放大器（集成运放 A） ；取样电路 R 2、R4、R3，基准电压 DZ、R1 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，并和基准电压进行比较， 产生的误差信号经比较放大器 放大后送至调整管的基极，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。 三：设计步骤及电路元件选择 设计过程采用模块化进行，先依次设计好各模块电路及仿真无误 后，再将它们串联起来组成总的电路图； 电路元件选择： 1：Ui 的确定 Ui=Uo+Uce,因为 Uomax=15V,UceUces=1~2V,取 Uces=2V,所以 Ui=Uomax+Uces=17V; 2:调整管的选择 Ucemax=Ui-Uomin=17-6=11V,查表选择 D42C3，为扩大输出电流范 围，采用 D42C8 和 D42C3 构成的复合管; 3：稳压二极管 Dz 的选择 Uz 小于等于 Uomin=6V,所在选用 ZPD5.1 稳压管，参数为 Uz=5.18V,Iz=1~10mA； 4：电阻 R1 的选择 U R1=Ui-Uz=17-5=12V,IR1 取 10mA, R1= U R1 / IR1=1.2k,R1 取 1k; 5: 集成运放的选择 因为本电路对集成运放要求不高，所以选用通用型集成运放； 6：滤波电容 C1 的选择 为提高滤波效果，C1 选用 470uf 的电解电容； 7：取样环节的电阻 R2，R3，R4 的确定 Uomax=(R2+R3+R4)*Uz/R3 Uomin=(R2+R3+R4)*Uz/(R3+R4) 其 中R4为 最 大 阻 值 为1Ko的 滑 动 变 阻 器 ， Uz=5.18V, Uomax=15V,Uomin=6V,联立方程，可求得 R2=264ohm,R3=666ohm; 8：U2 及变压器的确定 对于全波整流电路，Ui=1.2U2,所以 U2=Ui/1.2=14V,所发选用变 比为 10：1 的变压器，再通过电阻分压后得到 14V 电压； 9：整流二极管的选择 URm1.1*1.414*U2=1.1*1.414*14=22V,查表选用 1B4B42 四：各部分电路图及其仿真结果 1 电源变压器电路图及其仿真结果 电源变压器将交流市电（220V/50HZ）电网电压u1 变为合适的交 流电压u2 2 单相桥式整流电路图及其仿真结果 整流电路的任务是把交流电压转变为直流脉动的电压 电路图： 仿真结果： 3 电容滤波电路图及其仿真结果 电路图： 仿真结果：滤波电容 C=22uf 滤波电容 C=470uf 时 4 具有放大环节的串联型稳压电路图及其仿真结果 五：总的电路图及其仿真结果 通过调节滑动变阻器 R4 的阻值可得到 6~15V 稳定的直流电压 仿真结果： 输入电压 U2 波形图 输出电压 U0 波形图 六：课程设计总结和体会 1 通过这次稳压电源的设计,使我巩固和加深了在模拟电子技术课程 中所学的理论知识， 对整流电路,滤波电路,稳压电路等的认识更加深 刻,并学会查阅相关手册和资料， 提高了分析问题，解决问题的能力； 2 采用分模块的设计顺序可以优化设计流程， 使之更符合逻辑性。但 是需要注意的是，在其中每个环节必须认真进行， 如果某模块电路没 有设计好，或者存在错误，则总的电路必然会受到影响,所以在设计 过程中我们要保持认真严谨的态度； 3 这次课程设计是一次理论联系实际的过程， 在设计中遇到了许许多 多的实际问题， 在理论上正确的结果在模拟时可能出现各种各样意料 之外的结果，这就需要我们在设计的过程中从实际出发， 尽可能的考 虑到实际情况。另外，在遇到问题时要学会用理论联系实际的方法分 析问题，解决问题； 4 通过这次课程设计，使我基本掌握了设计软件 Multisim2001 的使 用方法,且初步掌握了电子电路的设计方法,在以后还需多加练习， 熟 练掌握； 5 回顾本次课程设计， 至今感慨颇多， 从选题到定稿， 从理论到实践， 使我懂得了理论和实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够 的，只有把所学的理论知识和实践相结合起来，从理论中得出结论， 才能真正掌握知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考能力；