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文檔簡介

1、江蘇技術師范學院電氣信息工程學院課 程 題 目 專業班級 學生姓名 學生學號 指導教師 年 月 日1設計課題:串聯型直流穩壓電源2主要技術指標:(1) 輸出直流電壓:Vo = 1.5V 9V,連續可調;(2) 輸出直流電流:Io = 0 80mA;(3) 當輸出為額定值Vo = 4.5V時,輸出最大功率:Po 0.36W;(4) 交流電源電壓:220V10%220V;(5) 放大管具有恒流源負載;(6) 有過流保護電路,當Io 100mA時,保護電路工作;(7) 內阻Ro ID和Vrm Vrmax的要求,選擇整流二極管型號為1N4007GP或1N4001GP。(3)選擇濾波電容C1整流濾波電路

2、的濾波電容C1 C1 (35) T / 2RL1式中,T是交流電網電壓的周期,RL1是整流濾波電路得負載電阻,T = 0.02s,RL1 = Vo1 / Io1 = 127。所以C1可取1000uF。(4)確定對電源變壓器的要求變壓器次級電壓有效值V2 = Vo1 / 1.2 12V,次級電流有效值I2 =(1.13)IL,現取I2 = 1.5IL = 165mA2.穩壓電路設計(1)穩壓電路的工作原理帶有直流放大環節的串聯型晶體管穩壓電路如下圖2所示。這種穩壓電路的穩壓性能較好。下圖2所示電路中,T1和T2為復合調整管;R1、Rw1和R2組成取樣電路;T3是作比較放大用的放大管;T4、D5、

3、D6、R3、R4構成的恒流源電路作為比較放大管的集電極負載,該恒流源能提供必要的工作電流,可以看成是放大管T3的數值較大的有源集電極負載電阻,它提高了T3的增益,從而獲得了更好的穩壓性能。二極管D5、D6通過R3導通后,其正向壓降具有穩壓作用,流過T4的集電極電流Ic4Ie4=(VD5+VD6-VBE4)/R4,VBE4是T4的發射結壓降(約0.7V),VD5+VD6是D5、D6正向壓降之和(約1.21.4V),因為VD5和VD6以及VBE4在正常工作時變化很小,所以Ic4基本是恒定的。圖中D7接于放大管T3的發射極,利用二極管D7的正向壓降作基準電壓源。三極管T5及電阻R5組成過流保護電路(

4、如下圖1所示),當輸出電流Io過大時,R5上的壓降使T5導通,拉下T2的基極電位,將T3逐漸變為截止,使輸出Io下降,從而達到保護目的。圖1 過流保護電路VoVi圖2 串聯型晶體管穩壓電路(2)具體穩壓電路的設計選擇輸入電壓Vi為保證復合調整管T1、T2工作于放大區,需要有一定的管壓降VCE,故整流濾波電路的輸出電壓,即穩壓電路的輸入電壓Vi應大于穩壓電路的輸出電壓Vo和保護電路的取樣電阻R5上的壓降VR5之和。而本穩壓電路是輸出可調的穩壓電路,故復合調整管的壓降VCE在輸出電壓Vo的變化范圍之內始終應大于其飽和壓降VCE(sat)和小于其V(BR)CEO。允許電網電壓有10%的波動,即Vi有

5、10%的波動,因此Vi的最小值應滿足: Vimin Vomax + VCEmin + VR5式中,Vomax為穩壓電路輸出電壓的最大值9V;VCEmin為調整管的最小管壓降;VR5為保護取樣電阻R5上的壓降。又有VCEmin VCE(sat)1 = VCE(sat)2T1、T2均為硅管,其VCE(sat)取13V。這里取VCE(sat)1 = VCE(sat)2 = 3V,VR5 = 0.5V,則有Vimin 9V + 3V + 0.5V = 12.5VVi = Vimin / 0.9 = 13.9V 14V允許Vi有10%波動,即 Vimin = 1.9Vi Vimax = 1.1Vi選擇調

6、整管選擇復合調整管中的大功率管T1流過T1的電流包括流過負載的電流Io和穩壓電路本身消耗的電流,過載保護時穩壓電路的最大輸出電流Iomax = 100mA。取穩壓電路內部各支路消耗電流總和為I = 0.1Iomax = 10mA,則流過T1的最大電流為Ic1max = Iomax + I = 110mAT1的最大管壓降發生在電網電壓最高、輸出Vo最小、過載保護電路動作之前,即VCE1max = Vimax Vomin = 14VT1的最大管耗為 Pc1max = VCE1max Ic1max = 1.54W據此選用型號為3DD15選擇復合調整管中的小功率管T2T2的選擇原則與T1的選擇原則相同

7、。設T1的hfe = 30,則有Ic2max = Ib1max = Ic1max / hfe1 = 3.7mA VCE2max VCE1max = 14VPC2max = VCE2max IC2max由以上參數的極限值可看出,T2選擇3DG型高頻小功率三極管即可滿足要求。據此選擇3DG6。比較放大電路的計算比較放大電路由比較放大管T3作基準電壓的二極管D7和用來作T3的集電極負載的恒流源電路T4、D5、D6、R3、R4組成。D5、D6、D7的選擇由于穩壓電源輸出電壓的調節范圍是1.5 9V,當取樣電路中的電位器Rw1調至0時,輸出電壓應小于或等于1.5V。當三個二極管正向導通時,兩端電壓約為0

8、.7V。據此,D5、D6、D7可選用型號為1N4007GP。比較放大管T3的選擇T3的管壓降VCE3max = Vomax + VBE1 + VBE2 - VD7,T2的IB2max為微安數量級。因為比較放大器是小信號放大電路,其靜態集電極電流為毫安數量級,此處可選IC3 = 1.5mA,則有PC3max = VCE3max IC3據此T3可選用 9012或9015T4的選擇T4屬于恒流源電路,其集電極電流IC4應滿足:IC4 = IB2max + IC3 = 1.6mA據此T4可選用9012或9015。R4的選擇流過T4的電流IC4 = (VD VBE4)/ R4,而IC4 = IB2max

9、 + IC3,故可求的R4 = (VD VBE4)/ IC4 = 375據此R4可選用390。R3的選擇流過R3的電流IR3 10IB4,取毫安數量級,則有R3 = (V1 VD VD7)/ IR3 = 37.5k據此R3可選用39k。取樣電路的確定取樣電路由R1、R2和Rw1組成,流過取樣支路的電流應大于比較放大管的基極電流,而在電源空載時(Io = 0),要有一定的電流流過T1,以保證T1的hfe1不至于太低。一般取樣支路的電流按輸出電流Iomax的2%左右選取。當Rw1調至阻值最大時,Vo = 9V,則有(R1Rw1)+ R2 = Vomax / (2%Iomax) = 5.6k取R2

10、: (R1Rw1) = 1 : 5。據此R1可選取10k,R2可選取1k,Rw1可選取47k。保護電路的確定保護電路是由T5和R5組成的限流式保護電路(如圖1所示),設保護管T5開始導通時的電壓VBE = 0.5V,Iomax = 100mA時保護電路動作,故保護電路的取樣電阻R5為R5 = VBE / Iomax = 5據此R5可選用5,T5可選用型號為3DG6。C2、C3、C4的作用及選擇C2接于復合調整管的基極與地之間,可選用33nF,它的作用是使高頻增益衰減而防止震蕩的產生。為了進一步減少穩壓電路的動態輸出電阻,可在穩壓電路的輸出端接一個大容量的電容C4,本電路中C4 = 100uF/

11、25V。C4還有濾波作用,并且可以防止負載中的交流成分流進整流管。電容C3可以進一步減小輸出紋波分量,而且可以防止寄生震蕩。本電路取C3 = 10uF/25V。二、串聯型直流穩壓電源的調整和測試1.完整電路圖串聯型直流穩壓電源2.空載檢查空載時電路總電流(1) 空載時電路總電流應小于10mA,測試結果如上圖,總電流為2.13mA,符合要求。(2) 空載時電路輸出直流電壓范圍如下圖所示Vomin = 1.1V Vomax = 11.5V最低輸出電壓最高輸出電壓(3) 要求輸出直流電壓范圍如下圖所示Vomin = 1.5VVomax = 9V要求最低輸出直流電壓1.5V要求最高輸出直流電壓9V(4

12、)輸出直流電壓為額定值4.5V時如下圖所示輸出電壓Vo = 4.5V時3.接入負載檢查(1)過流保護檢查 在穩壓電路輸出端接假負載電阻RL = 56,輸出電流Io維持在105mA,如下圖所示,說明保護電路在Io 105mA時起作用,維持輸出電流的穩定。過流保護最大電流為105mA(2)測量當輸出為額定值Vo = 4.5V時,輸出最大功率:Po = 4.5V 81mA = 0.3645W,符合Po 0.36W的技術指標要求。(3)測量穩壓系數S和電源內阻Ro測量穩壓系數S在負載電流為穩定值時(Io = 80mA),分別測量Vi 10%Vi,即調變壓器,使Vi1 = 242V和Vi2 = 198V

13、,也就是Vi1 = 1.1Vi和Vi2 = 0.9Vi對應的輸出電壓變化量Vo,將兩個結果中的Vo大者代入如下公式中計算仿真理論計算:S = (Vo / Vi) (Vi / Vo)|RL為常數= (0.05 / 22) (220 / 4.5)= 0.11實際電路測試:Vop-p1 = 15V Vop-p2 = 12V Vop-p = 13.5V Vo1 = 3.85V Vo2 = 2.66V Vo = 3.19V S = 0.10 相對誤差:9.09%測量穩壓電源內阻Ro在Vi = 220V時,改變負載阻值,測量相應的輸出電流的變化量Io,讀出相應的輸出電壓的變化量Vo,計算仿真理論計算:Ro

14、 = |Vo / Io| =|0.02V / 36mA|=0.56實際電路測試:Vo1 = 5.13V Vo2 = 5.12V Vo = 0.01 RL1 = 3.6k RL2 = 415 IL1 = 1.43mA IL2 = 12.33mA I = 10.9mA Ro = 0.99相對誤差:76.79%其他實際電路測試參數輸出直流電壓范圍:1.26V 11.92V過流保護電壓:3.98V(RL = 47)4.故障分析(1)Vo 0,這是由于調整管T1截止或Vi不正常造成的。首先檢查整流濾波電路輸出電壓,如其不正常,則先檢查和排除整流濾波電路故障;如其為正常值,則說明調整管或電路其他部分有故障

15、。可斷開T1基極,觀察輸出電壓有無變化,如Vo升高接近Vi,則說明故障出在比較放大級,檢查T3是否損壞或斷路,各點連接是否正確,找到故障并排除之。(2)Vo Vi,說明調整管T1飽和,把T3管集電極斷開,如Vo降到0,表明調整級良好,故障出在比較放大級,檢查比較放大部分,找到故障并排除之。如Vo仍不下降,表明故障在調整管部分,找到故障并排除之。5.本次設計的收獲通過本次設計,我自己總結了一下,主要有以下幾點:(1) 鞏固和加深了對模擬電子技術基礎理論知識的理解,提高了綜合利用理論知識的能力。(2) 學會了EDA工具的基本應用,并初步掌握了對所做的理論設計進行模擬仿真測試,完善理論設計。(3) 培養了根據需要選學參考文獻,查閱手冊的自學能力。通過獨立思考,深入鉆研有關問題,學會分析解決問題的方法。(4) 通過實

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