晶闸管直流稳压电源设计论文答辩

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1.概述1.1课题名称：串联型直流稳压电源1.2设计目的和要求：设计并制作用晶体管、集成运算放大器电阻、电阻器、电容组成的串联型直流稳压电源。指标：1、输入电压：220V,50Hz交流电；2、输出电压：9V以下直流电压；3、输出电流：最大电流为1A； 4、保护电路：过流保护、短路保护。2.系统总体方案 图1系统总体电路图3.各部分功能模块介绍（功能描述）3.1主要原器件介绍（1）变压器的设计和选择本次课程设计的要求是输出为3V-6V、6V-9V、9V-12V的稳压电源，输出电压较低，而一般的调整管的饱和管压降在2-3伏左右，由 ， 为饱和管压降，而 =12V为输出最大电压， =3V为最小的输入电压，以饱和管压降 =3V计算，为了使调整管工作在放大区，输入电压最小不能小于15V，为保险起见，可以选择220V-15V的变压器，再由P=UI可知，变压器的功率应该为1A×15V=15w，所以变压器的功率绝对不能低于15w，由于串联稳压电源工作时产生的热量较大，效率不高，所以变压器功率需要选择相对大些的变压器。结合市场上常见的变压器的型号，可以选择常见的变压范围为220V-15V，额定功率20W，额定电流2A的变压器。（2）整流电路的设计及整流二极管的选择 由于输出电流最大只要求1A，电流比较低，所以整流电路的设计可以选择常见的单相桥式整流电路，由4个串并联的二极管组成，具体电路如图3所示。 图2单相桥式整流电路二极管的选择：当忽略二极管的开启电压与导通压降，且当负载为纯阻性负载时，我们可以得到二极管的平均电压为 ： = = =0.9 其中 为变压器次级交流电压的有效值。我们可以求得 =17v。对于全波整流来说，如果两个次级线圈输出电压有效值为 ，则处于截止状态的二极管承受的最大反向电压将是 ，即为42.42v考虑电网波动（通常波动为10%，为保险起见取30%的波动）我们可以得到实际的 应该大于22.1V，最大反向电压应该大于55.2V。在输出电流最大为1A的情况下我们可以选择额定电流为2A，反向耐压为1000V的二极管IN4007.（3）滤波电容的选择当滤波电容 偏小时，滤波器输出电压脉动系数大；而 偏大时，整流二极管导通角θ偏小，整流管峰值电流增大。不仅对整流二极管参数要求高，另一方面，整流电流波形与正弦电压波形偏离大，谐波失真严重，功率因数低。所以电容的取值应当有一个范围，由前面的计算我们已经得出变压器的次级线圈电压为15V，当输出电流为1A时，我们可以求得电路的负载为18Ω时，我们可以根据滤波电容的计算公式：C=(3～5) 来求滤波电容的取值范围，其中在电路频率为50HZ的情况下， T为20ms则电容的取值范围为1667-2750uF，保险起见我们可以取标准值为2200uF额定电压为35V的铝点解电容。另外，由于实际电阻或电路中可能存在寄生电感和寄生电容等因素，电路中极有可能产生高频信号，所以需要一个小的陶瓷电容来滤去这些高频信号。我们可以选择一个50uF的陶瓷电容来作为高频滤波电容。（4）稳压电路的设计 稳压电路组要由四部分构成：调整管，基准稳压电路，比较放大电路，采样电路。当采样电路的输出端电压升高（降低）时采样电路将这一变化送到A的反相输入端，然后与同相输入端的电位进行比较放大，运放的输出电压，即调整管的基极电位降低（高）；由于电路采用射极输出形式，所以输出电压必然降低（升高），从而使输出电压得到稳定。由于输出电流较大，达到1A，为防止电流过大烧坏调整管，需要选择功率中等或者较大的三极管，调整管的击穿电流必须大于1A，又由于三极管CE间的承受的最大管压降应该大于15-6=9V，考虑到30%的电网波动，我们的调整管所能承受的最大管压降应该大于13V，最小功率应该达到 =6.5W。我们可以选择适合这些参数最大功率为60W,最大电流超过6A，所能承受的最大管压降为100V。基准电路由3V的稳压管和10KΩ的保护电阻组成。由于输出电压要求为3V-6V、6V-9V和9V-12V，因此采样电路的采样电阻应该可调，则采样电路由一个电阻和三个可调电阻组成，根据公式： 求出。其中 为输入端的电阻， 为输出端与共地端之间的电阻 ， 为稳压管的稳压值。.所以根据此公式可求的电路的输出电压为3V-12V。可以输出3V-12V的电压，运放选用工作电压在15V左右前对电压稳定性要求不是很高的运放，由于AD704JN的工作电压为正负12V-正负22V，范围较大，可以用其作为运放，因为整流后的电压波动不是很大，所以运放的工作电源可以利用整流后的电压来对其进行供电。为了使输出电压更稳定，输出纹波更小，需奥对输出端进行再次滤波，可在输出端接一个5uf电容，这样电源不容易受到负载的干扰。使得电源的性质更好，电压更稳定，3.2工作原理介绍一、电路原理：该电路由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，原理图如左。电网供给交流电压（220v，50Hz）经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压u2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉冲电压u3，再用滤波器滤去其交流分量，得到比较平直的直流电压ui。最后采用稳压电路，以保证输出稳定的直流电压。二、电路原理方框图： 三、原理说明：（1） 单相桥式整流电路可以将单相交流电变换为直流电；（2） 整流后的电压脉动较大，需要滤波后变为交流分量较小的直流电压用来供电；（3） 滤波后的输出电压容易随电网电压和负载的变化波动不利于设备的稳定运行；（4） 将输出电压经过稳压电路后输出电压不会随电网和负载的变化而变化从而提高设备的稳定性和可靠性，保障设备的正常使用；（5） 关于输出电压在不同档位之间的变换，可以将稳压电源的电压设置为标准电压再对其进行变换，电压在档位间的调节可以通过调节电位器来进行调节，从而实现对输出电压的调节。3.3稳压电路方案选择方案一：此方案以稳压管D1的电压作为三极管Q1的基准电压，电路引入电压负反馈，当电网电压波动引起R2两端电压的变化增大（减小）时，晶体管发射极电位将随着升高（降低），而稳压管端的电压基本不变，故基极电位不变，所以由 可知 将减小（升高）导致基极电流和发射极电流的减小（增大），使得R两端的电压降低（升高），从而达到稳压的效果。负电源部分与正电源相对称，原理一样。 图3 方案一稳压部分电路方案二：该方案稳压电路部分如图2所示，稳压部分由调整管（Q1、Q2组成的复合管），比较电路（集成运放U2A），基准电压电路（稳压管D1 BZV55-B3V0），采样电路组成（采样电路由R2、R3、R4、R5组成）。当采样电路的输出端电压升高（降低）时采样电路将这一变化送到A的反相输入端，然后与同相输入端的电位进行比较放大，运放的输出电压，即调整管的基极电位降低（升高）；由于电路采用射极输出形式，所以输出电压必然降低（升高），从而使输出电压得到稳定。 图4对以上两个方案进行比较，可以发发现第一个方案为线性稳压电源，具备基本的稳压效果，但是只是基本的调整管电路，输出电压不可调，而且输出电流不大，而第二个方案使用了集成运放和调整管作为稳压电路，输出电压可以通过开关J1在3-6V、6-9V、9-12V之间调节，功率也较高，可以输出较大的电流。稳定效果也比第一个方案要好，所以选择第二个方案作为本次课程设计的方案。3.4元器件清单名称及标号 型号及大小 数量变压器 220V-9V 1个极性电容 200uF 1个普通电容 0.01uF 1个 0.33uF 1个电阻 30 1个 510 2个 620Ω 1个 1k 1个 1.5k 1个 2.7k 1个可变电阻 200 1个 1k 1个稳压管 IN4735 1个桥式整流二极管 2N4922 1 个保护三极管 3DG6 2个 3DG12 1个4.功能测试一、仿真图 二、仿真结果直流电压的输出波形如图8所示：（仿真结果一）Rpa=30℅,Rpb=30℅; (仿真结果二) Rpa=30℅,Rpb=65℅;参考文献： 《模拟电子技术基础》（第四版） 《电子技术实践教程》 翁飞兵、陈棣湘主编 《电子实验与电子实践》刘荣林主编5.心得体会通过两个星期的课程设计，我对电子工艺的理论有了更深的了解。其中包括焊普通元件与电路元件的技巧、印制电路板图的设计制作、稳压电源的工作原理等等。这些知识不仅在课堂上有效，在日常生活中更是有着现实意义，也对自己的动手能力是个很大的锻炼。在实习中，我锻炼了自己动手能力，提高了自己解决问题的能力。通过本次实践也培养了我理论联系实际的能力，提高了我分析问题和解决问题的能力，增强了独立工作的能力。最主要的是收获颇丰，我基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接基本熟悉了电子产品的安装工艺的生产流程，了解了电子产品的焊接、调试与维修方法；其次我更加熟悉了有关软件EWB、AD6的使用，能够熟练的使用普通万用表。最重要的，我熟悉了常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查找资料，查阅有关的电子器件图书等了。 另外在这次设计中，我也遇到了不少的问题，幸运的是，最终一一解决了遇到的问题。在我们遇到不懂的问题时，利用网上和图书馆的资源，搜索查找得到需要的信息及和队友之间相互讨论显得尤其重要了，我明白了团队合作的重要性。这次的制作也让我们感受到，我们在电子方面学到的只是很小的一部分知识，我们需要更多的时间来自主学习相关知识。最后，在此感谢我们的邓鹏和袁氢老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我学习的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；有了您的帮助我才顺利的完成了这次课程设计。

集成直流稳压电源的设计 一、设计要求电源变压器只做理论设计，合理选择集成稳压器，合理设置保护电路，完成全电路理论设计、安装调试、绘制电路图，自制印刷板。主要技术指标1、同时输出±15V电压、输出电流为2A。2、输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于5×10-3；输出内阻小于0.1Ω。3、加输出保护电路，最大输出电流不超过2A。二、基本原理1． 直流稳压电源的基本原理 直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如图1所示。各部分电路的作用如下：图1 直流稳压电源基本组成框图（1） 电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压ui。（2）整流滤波电路 整流电路将交流电压ui 变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除纹波，输出直流电压Ui。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波、倍压整流滤波电路如图（b）桥式整流电容滤波电路各滤波电容C满足：RL1C=（3~5）T/2式中T为输入交流信号周期；RL1为整流滤波电路的等效负载电阻。（3） 三端集成稳压器常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器（均属电压串联型），下面分别介绍其典型应用。① 固定三端稳集成压器正压系列：78XX系列，该系列稳压块有过流、过热和调整管安全工作区保护，以防过载而损坏。一般不需要外接元件即可工作，有时为改善性能也加少量元件。78XX系列又分三个子系列，即78XX、78MXX和78LXX。其差别只在输出电流和外形，78XX输出电流为1.5A，78MXX输出电流为0.5A，78LXX输出电流为0.1A。负压系列：79XX系列与78XX系列相比，除了输出电压极性、引脚定义不同外，其他特点都相同。② 可调式三端集成稳压器正压系列：W317系列稳压块能在输出电压为1.25V~37V的范围内连续可调，外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过流、过热和安全工作区保护。最大输出电流为1.5A。其典型电路如图7-2-4所示。其中电阻R1与电位器RP组成电压输出调节电器，输出电压U0的表达式为： U0≈1.25(1+RP/R1) 式中，R1一般取值为（120~240Ω），输出端与调整压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V）。所以流经电阻R1的泄放电流为5~10mA/。负压系列：W337系列，与W317系列相比，除了输出电压极性、引脚定义不同外，其他特点都相同。 图7-2-4 可调式三端稳压器的典型应用2． 稳压电源的性能指标及测试方法稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标。包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标。用来衡量输出直流电压的稳定程度。包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、温度系数及纹波电压等。测试电路如图7-2-6所示，可简述如下： 图7-2-6 稳压电源性能指标测试电路⑴ 波电压纹波电压是指叠加在输出电压U0上的交流分量。用示波器观测其峰-峰值。△Uopp一般为毫伏量级。也可以用交流电压表测量其有效值。但因△U0不是正弦波，所以用有效值衡量其纹波电压，存在一定误差。⑵稳压系数及电压调整率稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化。电压调整率:输入电压相对变化±10%时的输出电压相对变化量,即 Ku=△U0/U0稳压系数Su和电压调整率Ku均说明输入电压相对变化对输出电压的影响,因此只需测试其中之一即可.⑶输出电阻及电流调整率输出电阻：放大器的输出电阻相同,其值为当输入电压不变时,输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值,即 ro＝|△U0|/|I0|电流调整率:输出电流从0变到最大值ILmax时所产生的输出电压相对变化值,即 Ki=△U0/U0输出电阻r0和电流调整率Ki均说明负载电流变化对输出电压的影响,因此也只需测试其中之一即可.四.设计指导 直流稳压电源的一般设计思路为:由输出电压U0、电流I0确定稳压电路形式,通过计算极限参数(电压、电流和功率)选择器件;有稳压电路所要求的直流电压(Ui)、直流电流(Ii)输入确定整流滤波电路形式,选择整流二极管及滤波电容并确定变压器的副边电压Ui的有效值、电流Ii(有效值)即变压器功率.最后由电路的最大功耗工作条件确定稳压器、扩流功率管的散热措施. 下图为集成稳压电源的典型电路.其主要器件有变压器Tr、整流二极管VD1～VD4、滤波电容C、集成稳压器及测试用的负载电阻RL.图7-2-7 集成稳压电源的典型电路下面介绍这些器件的一般原则.1.集成稳压器稳压电路输入电压Ui的确定：为保证稳压器在电网量低时仍处于稳压状态,要求 UI≥Uomax +(UI-U0)min式中(UI-U0)min 是稳压器的最小输入输出压差,典型值为3V.按一般电源指标的要求,当输入交流电压220V变化±10%时,电源应稳压.所以稳压电路的最低输入电压 U1min≈[Uomax+(UI-U0)min]/0.9.另一方面，为保证稳压器安全工作，要求 UI≤Uomin +(UI-U0)max 式中(UI-U0)max是稳压器允许的最大输入输出压差,典型值为35V.2.电源变压器确定整流滤波电路形式后,由稳压器要求的最低输入直流电压Uimin计算出变压器的副边电压Ui 、副边电流Ii. 五.按指标设计电路图 1. 器件选择电路参数计算如下:⑴确定稳压电路的最低输入直流电压Uimin Uimin≈[Uomax+(Ui-U0)min]/0.9代入各指标,计算得: Uimin≥(15+3)/0.9=20V取值为20V.⑵确定电源变压器副边电压、电流及功率 Ui≥Uomax/1.1. I1≥Iimax所以我们取I1为1.1A.UI≥20/1.1=18.2V ，变压器副边功率P2≥20W变压器的效率 =0.7，则原边功率P1≥28.6W.由上分析,可选购副边电压为19V,输出1.1A,功率30W的变压器.⑶选整流二极管及滤波电容因电路形式为桥式整流电容滤波，通过每个整流哦极管的反峰电压和工作电流求出滤波电容值。已知整流二极管1N5401 ,其极限参数为URM=50V,ID=5A.滤波电容：C1≈(3～5)T×Iimax/2U1min=(1650～2750)μF故取2只2200μF/25V的电解电容作滤波电容。2.压电源功耗估算当输入交流电压增加10%时，稳压器输入直流电压最大，即 Uimax=1.1×1.1×19=22.99V所以稳压器承受的最大压差为：22.99-5≈18V最大功耗为：Uimax×Iimax=18×1.1=19.8W故选用散热功率≥19.8W的散热器.3.其他措施如果集成稳压器离滤波电容C1较远时，应在W317靠近输入端处接上一只0.33μF的旁电路C2。接在调整端和地之间的电容C3，是用来旁电路电位器RP两端的纹波电压。当C3的电容电量为10μF时，纹波抑制比可提高20dB,减到原来的1/10.另一方面,由于在电路中接了电容C3,此时一旦输入端或输出端发生短路,C3中储存的电荷会通过稳压器内部的调整管和基准放大管而损坏稳压器.为了防止在这种情况下C3的放电电流通过稳压器,在R1两端并接一只二极管VD2.W317集成稳压器在没有容性负载的情况下可以稳定的工作.但当输出端有500～5000pF的容性负载时,就容易发生自激.为了抑制自激,在输出端接一只1μF钽电容或25μF的铝电解电容C4.该电容还可以改善电源的瞬态响应.但是接上该电容后,集成稳压器的输入端一旦发生短路.C4将对稳压器的输出端放电,其放电电流可能损坏稳压器,故在稳压器的输入与输出端之间,接一只保护二极管VD1。六.电路安装与指标测试1.安装整流滤波电路 首先应在变压器的副边接入保险丝FU,以防电源输出端短路损坏变压器或其他器件,整流滤波电路主要检查整流二极管是否接反,否则会损坏变压器.检查无误后,通电测试(可用调压器逐渐将入交流电压升到220V),用滑线变阻器作等效负载,用示波器观察输出是否正常.2.安装稳压电路部分 集成稳压器要安装适当散热器,根据散热器安装的位置决定是否需要集成稳压器与散热器之间绝缘,输入端加直流电压UI(可用直流电源作输入,也可用调试好的整流滤波电路作输入),滑线变阻器作等效负载,调节电位器RP,输出电压应随之变化,说明稳压电路正常工作.注意检查在额定负载电流下稳压器的发热情况.3.总装及指标测试 将整流滤波电路与稳压电路相连接并接上等效负载,测量下列各值是否满足要求:① UI为最高值(电网电压为242V), U0为最小值(此例为+5V),测稳压器输入、输出端压差是否小于额定值,并检查散热器的温升是否满足要求(此时应使输出电流为最大负载电流).② UI为最低值(电网电压为198V), U0为最大值(此例为+15V)测稳压器输输出端压差是否大于3V,并检查输出稳压情况.如果上述结果符合设计要求,便可按照前面介绍的测试方法,进行质量指标测试.七、综合总结 通过本次设计,让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标.也让我们认识到在此次设计电路中所存在的问题;而通过不断的努力去解决这些问题.在解决设计问题的同时自己也在其中有所收获.我们这次设计的这个直流稳压电源电路;采用了电压调整管(uA723)外加调整管(2SC3280)来实现电压的调整部分;还通过单片机(89C51)来实现电路的控制,也实现了扩充多功能;而稳流部分可调式三端稳压电源管来实现。 八、参考文献资料 ◆<<电子线路基础>>,华东师范大学物理系万嘉若,林康运等编著,高等教育出版社.。◆<<电子技术基础>>,华中工学院电子学教研室编,康华光主编,高等教育出版社。◆<<电子线路设计>>,(第二版)华中科技大学谢自美主编,华中科技大学出版社。图可能出不来，自己另外在百度上搜图。（我也是网上找的，修改了一下）

稳压电源:能为负载提供稳定的交流电或直流电的电子装置