模电课程设计 串联型直流稳压电源

串联型直流稳压电源

一，设计任务与要求

要求：设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的串联型直流稳压电源。

指标：1、输出电压6V、9V两档，同时具备正负极性输出；

2、输出电流：额定电流为150mA，最大电流为500mA；

3、在最大输出电流的时候纹波电压峰值▲Vop-p≤5mv；

任务：1、了解带有放大环节串联型稳压电路的电路图；
2、识图放大环节串联型稳压电路的电路图；
3、仿真电路并选取元件；
4、安装调试带有放大环节串联型稳压电路；
5、用仪器表对电路调试和测量相关；
6、撰写设计报告、调试；
二，电路原理分析与方案设计
采用变压器、二极管、集成运放，电阻、稳压管、三极管等元件器件。220V的交流电经变压器变压后变成电压值较小的交流，再经桥式整流电路和滤波电路形成直流，稳压部

分采用串联型稳压电路。比例运算电路的输入电压为稳定电压，且比例系数可调，所以其输

出电压也以调节；同时，为了扩大输出大电流，集成运放输出端加晶体管，并保持射极输出

方案一：用晶体管和集成运放组成的基本串联型直流稳压电源 1、方案比较 形式，就构成了具有放大环节的串联型稳压电路。

方案二：用晶体管和集成运放组成的具有保护环节的串联型直流稳压电源

方案三：用晶体管和集成运放组成的实用串联型直流稳压电压

可行性分析：
上面三种方案中，方案一最简单，但功能也最少，没有保护电路和比较放大电路，因而不够实用，故抛弃方案一。方案三功能最强大，但是由于实验室条件和经济成本的限制，我们也抛弃方案三，因为它牺牲了成本来换取方便。所以从简单、合理、可靠、经济从简单而且便于购买的前提出发，我们选择方案二未我们最终的设计方案。

2、电路框图

3、单元电路设计及参数计算、元器件选择
交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电，其方框图及各电路的输出波形如图所示，下面就个部分的作用加以介绍。

1）电源变压器
直流电的输入为220V的电网电压，一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，再对电流电压处理。变压器副边电压有效值决定后面电路的需要。根据经验，稳压电路的输入电压一般选取Ui=(2~3)Uo。所以选择15V30W的变压器。

2）整流电路
为了将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，还需要通过整流电路。查阅资料可知单相整流电路有半波整流电路、单相桥式整流电路（全波整流电路）。单相桥式整流电路和半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求一样，并且还具有输出电压高，变压器利用率高、脉动系数小等优点。所以在电路中采用单相桥式整流电路，如图所示：

3）保护电路
在集成稳压器电路内部含有各种保护电路，使集成稳压器在出现不正常情况时不

负载电流，且电网电压波动或输出电压调节时管压降将产生相应的变化，所以这些保护电路都与调整管紧密相关。过流保护电路能够在稳压管输出电流超过额定
至于损坏。因为串联型稳压电路的调整管是其核心器件，它流过的电路近似等于

主要参数：

输出电压平均值Uo（av）：负载电阻上电压的平均值

而S越大，脉动越大。

二极管的选择：
考虑到电网电压波动范围为±10%，整流二极管的极限参数最高反向工作电压和最大整流平均电流应满足：

3）滤波电路

整流后的输出电压虽然是单一方向的，但是含有较大的交流成分，会影响电路的正常工作。一般在整流后，还需要利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。所以需通过低通滤波电路，使输出电压平滑。理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使输出电压仅

更好的滤波效果，电容容量应选得更大些。

查阅资料可知滤波电路有电容滤波、电感滤波电路和复式滤波电路三种，其中复式滤
波电路的效果最好，所以在电路中采用RC∏型的复式滤波电路，如图所示：

C越大，R越大，T放电将越大，曲线越平滑，脉动越小。所以C选择2.2mF。

4）稳压电路
交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，但是当电网电压波动或负载变化时，其平均值也随之变化。稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性。

由于经济成本、元件购买及仿真软件的限制，稳压电路只采取一个具有放大环节的基本串联型稳压电路加一个载流型过流保护电路。

a稳压原理：若由于某种原因使UO增大，则UO↑→UN↑→UB↑→UO↓

c串联型稳压电路的基本组成部分及其作用：
调节管：是电路的核心，UFE随UI和负载产生变化以稳定Uo。基准电压：是Uo的参考电压。

采样电阻：对Uo的采样，与基准电压共同决定Uo。比较放大：将Uo的采样电压与基准电压比较后放大，决定电路的稳压性能。d串联型稳压电源中调整管的选择：

U CES 根据极限参数ICM、U（BR）CEO、PCM选择调整管：

IEmaxIR1ILmax≈ILmaxICM

UCEmaxU Imax-UOminU (BR)CEO

PTmaxIEmaxUCEmaxPCM

e限流电阻的选择：保证稳压管既稳压又不损坏。

IDZminIZ IDZmaxIZM

电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。

4、电路总图

5、元件清单：

三、电压仿真过程及结果

1、稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许输入电压、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）、纹波电压（纹波系数）及温度系

数。

（1）稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输出电压的相对变化引起输出电压

电压调整率：输入电压相对变化为±10%时的输出电压相对变化量，稳压系数和电压调整率均说明输入电压变化对输出电压的影响，因此也只需测试其中之一即可。

（2）输出电阻及电流调整率
输出电阻与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 输入电流从0变到最大值时所产生的输出电压相对变化变化量之比的绝对值。电流调整率：
值。
输出电阻和电流调整率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。

（3）纹波电压：叠加在输出电压上的交流分量。用示波器测试其峰峰值一般为毫伏量级。也可用交流毫伏表测量其有效值，但因纹波不是正弦波，所以有一定的误差。

2、仿真内容
完成下表。

图2 +9V档输出电阻仿真结果

图3 -6V 档稳压输出电阻仿真结果

图4 -9V档输出电阻仿真结果

四、电压调试过程与结果

理论值输出是±9V和±6V，但实际输出是有点误差，但是可以通过调节滑动变阻器来达

五、心得体会
到准确的±9V和±6V，之后就可以直接用双掷开关来选择所要用的输出电压了。

元件有了更加深刻的了解。在连接的过程中更考验到自己的焊接能力，虽然开始焊得不太好，

但是随着时间的进行也变得越来越好。在做课程设计的时候也遇到了之前没有预料到的事，

应为是按照仿真的时候的电路图的做的，所以尽管仿真时的数据是正确的，但是做出来的还

是有很大的区别，最后只能不断地进行测试，试图找出原因，但是在不断的实验中，虽然有

一点改善，但还与要求的相差比较大，甚至最终还致使调整管被烧掉了，还好最终找出原因，

对保护电路进行了修改，把三极管由低功耗的换成了中功率的，而且保护电路的电阻也进行

了调整，最终做出了要求的输出。在这过程中，令我印象深刻，令我深刻地体会到实践的重

要性，因为不通过实践是无法检验出到底是正确还是错误的。只有通过实践才能更加地深入

地去了解它的工作原理，才可以更好地发现问题，可以很好地锻炼自己的动手能力和应变能

力。

这次的课程设计令知道动手操作是远比自己想象复杂，因为在这过程中会出现很多自己

没有预料到的问题要解决，不过只有这样才能更好地提高自己。虽然在这过程中曾经感到过

厌烦，然而，在一步一步的改进中走向成功的那种感觉是无比的兴奋的。当自己的努力得到

回报时那种心情是难以形容的，而且这样更加增加了自己的兴趣。

六、附录