模拟电子技术设计课程.pptx
1设计制作一个学生实验用的“连续可调直流稳压电源”2主要技术指标与要求：（1）输入电压在220V10%时，输出电压从512V可调(且尽量向低端扩展)，输出电流大于0.5A；（2）输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于510-2，输出内阻小于0.2欧；（3）主要调整元件由晶体管构成；3发挥部分：（1）具有过流保护、过压保护功能：输出电流超过0.7A时电路自动过流保护，输入交流电压超过250V时电路自动过压保护；（2）噪声尽可能低(注：由电路类型分析确定)。第1页/共39页二整体思路二整体思路第2页/共39页（1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给电压表。第3页/共39页交流电压脉动直流电压整流整流滤波滤波有波纹的直流电压稳压稳压直流电压第4页/共39页三模块构成三模块构成第5页/共39页变压整流滤波稳压 过流、过压保护输出第6页/共39页四模块分析四模块分析第7页/共39页1.单相半波整流电路单相半波整流电路二极管导通，忽略二极管正向压降，uo=u2u1u2aTbDRLuo二极管截止,uo=0+io+u2 0 时:u20 时D1,D4导通D2,D3截止电流通路:a D1RLD4bu20 时D2,D3导通D1,D4截止电流通路:b D2RLD4a单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形u2D3D2D1D4RLuoab整流输出电压平均值：Uo=0.9U2负载电流平均值:Io=Uo/RL=0.9 U2/RL 二极管平均电流：ID=Io/2二极管最大反向电压：二极管最大反向电压：DRM22UU=u2uD2,uD3uD1,uD4uo第17页/共39页在单相半波整流、单相全波整流、单相桥式整流中，最终选定为单项桥式整流。主在单相半波整流、单相全波整流、单相桥式整流中，最终选定为单项桥式整流。主要是因为其输出电压高、纹波电压较小、管子锁承受的最大反向电压较低，同时因要是因为其输出电压高、纹波电压较小、管子锁承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。率较高。另外其由四只二极管组成，其构成原则就是保证在变压器副边电压u的整个周期内，负载上的电压和电流始终不变。第18页/共39页滤滤波波电电路路经过整流后的直流电幅值变化很大，会影响电路的工作性能。可利用电容的“通交流，隔直流”的特性，在电路中并入两个电容作为电容滤波器，滤去其中的交流成分。电容滤波电路是最常见也是最简单的滤波电路，在整流电路的输出端(即负载电阻两端)并联一个电容即构成电容滤波电路。滤波电容容量较大，因此一般均采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。如果将两个滤波电容相连接，且连接点接地，就可同时得到输出电压平滑的正负电源。在理想情况下，变压器副边无损耗，二极管导通电压为零，所以电容两端电压相等。而当其上升到峰值后开始下降，电容便通过负载电阻放电，其电压也开始下降，趋势与电容两端电压基本相同。第19页/共39页 RC 型型滤波器滤波器改善滤波特性的方法：改善滤波特性的方法：采取多级滤波采取多级滤波uoRu2u1C1C2uo1RLRC 型型滤波器滤波器将将RC 型型滤波器中的电阻换为电感，滤波器中的电阻换为电感，变为变为LC 型型滤波器滤波器 第20页/共39页 稳压电路稳压电路v并联稳压电源的优缺点v并联稳压电源的优点：v有过载自保护性能，输出断路时调整管不会损坏。v在负载变化小时，稳压性能比较好。v对瞬时变化的适应性较好。v并联稳压电路的缺点：v效率较低，特别是轻负载时，电能几乎全部消耗在限流电阻和调整管上。v输出电压调节范围很小。v稳定度不易做得很高。v其实并联稳压电源的这些优点对于串联稳压电源而言，都可以通过采用一些特殊的电路实现。但是并联稳压电源的这些固有的缺点却很难改进，所以现在普遍使用的都是串联稳压电源。第21页/共39页串联负反馈稳压电源：串联负反馈稳压电源：由于简易串联稳压电源由于简易串联稳压电源输出电压受稳压管稳压值得限制无法调节，当输出电压受稳压管稳压值得限制无法调节，当需要改变输出电压时必须更换稳压管，造成电需要改变输出电压时必须更换稳压管，造成电路的灵活性较差；同时由输出电压直接控制调路的灵活性较差；同时由输出电压直接控制调整管的工作，造成电路的稳压效果也不够理想。整管的工作，造成电路的稳压效果也不够理想。所以必须对简易稳压电源进行改进，增加一级所以必须对简易稳压电源进行改进，增加一级放大电路，专门负责将输出电压的变化量放大放大电路，专门负责将输出电压的变化量放大后控制调整管的工作。由于整个控制过程是一后控制调整管的工作。由于整个控制过程是一个负反馈过程，所以这样的稳压电源叫个负反馈过程，所以这样的稳压电源叫串联负串联负反馈稳压电源反馈稳压电源。第22页/共39页五电路初选五电路初选第23页/共39页第24页/共39页六参数计算六参数计算第25页/共39页变压器部分：令变压器次级电压为U1,整流滤波后电压为U2，U2=1.2U1。整流滤波电压波动大约u=2v，使调整管工作在放大区最小电压（UT）ce=3v，最大输出电压Umax=12v。则：U1=(u+（UT）ce+Umax)/1.2=14V电网电压下降-10%时，为保证后面电路正常工作的额定电压（U1）o=U1/0.9=15.5V电网电压上升+10%时，变压器功率最大，设此时最大输出电流是Iom=0.5A，此时变压器次级电压U1=（U1）o*1.1=17v，最大功率所以选择输出为U=18v，额定功率为25w的变压器整流部分:主要计算整流管最大电流Idmax和耐压值VdcmIdmax=0.5Iom=0.25AVdcm=2*U*1.1=27.7V查手册选定额定电流为1A，反向峰值电压50v的IN4001第26页/共39页滤波部分：主要计算滤波电容C1和耐压值Vc1C=(Io*t)/Ui 已知Uo=5mv，Sv=50V对于T2:（BVt2）ceo=（BTt1）ceo=27.72V 取BT1=40倍（IT2）cm=（It1）cm/B=0.5/40=12.5mA（Pt2）所以T2选9014，此管参数Pcm=0.45w，Icm=100mA，BVceo=45V取B=80倍T2所需的基极驱动电流（IT2）=（IT2）cm/80=0.156mA第28页/共39页稳压部分：稳压管选3V的2CW51,此管最大工作电流71mA，最大功耗250mW，工作电流Id=It3+Ir2由于IT3工作中变化，为保证稳定性Ir2IT3,取Id=10mAR2=（1.2U-Ud）/Id=（21.6-3）/10=1.86K当输出电压Uo最高时，Id=（）/R2=13mA所以电压的变化对电路影响不大 放大部分:主要计算IR1=(IT3)c+(IT2)b因为T3工作在放大区，(IT3)c不能太大，而（IT2）b很小所以取IR1=2mAR1=(1.2U-Uomin-1.4-0.5*R6)/2mA=5.6KT3选9014第29页/共39页取样部分:为避免T3基极电流对取样分压比产生影响，则IT3bIR3,又保证稳压电源空载时能工作在放大区，IT1最小工作电流为1mA，取IR3=2mAR3+R4+R5=Uomin/IR3=2K当输出Uo=4V时：Ud+(UT3)be=(R4+R5)/(R3+R4+R5)*Vo当Uo=12V时：Ud+(UT3)be=R5/(R3+R4+R5)*Vo 解得R3=150,R4=1.25k,R5=0.6K第30页/共39页 类型 序号 型号 数量稳压二极管 D1 D2,D3 2CW51 IN4736 1 2整流二极管D4D7 IN4001 4 三极管 T1 T2,T3 3DD155A 9014 1 2 电容 C1 C2 C3 3000uF 0.01uF 470uF 1 1 1第31页/共39页七仿真图像七仿真图像第32页/共39页第33页/共39页保保护护电电路路过过流流保保护护：当电流达到0.7A时，通过电阻R6的电压达到稳压管和LED的压降，使其导通产生分流作用，此时LED亮，从而达到保护放大管T1,T2的作用。过压保护：当电压过高时，通过电阻R7,R8分压使稳压管和T4分路导通，从而实现分压第34页/共39页当可调电阻调到最大值时，电压最小：当可调电阻调到最大值时，电压最小：第35页/共39页当可调电阻调到最小值时，电压最大：当可调电阻调到最小值时，电压最大：第36页/共39页关于输出向低端发展的思考关于输出向低端发展的思考：环境温度变化时稳压管的击穿特性还会产生漂移。6V以下的稳压管具有负温度系数、温升度高时稳压值减小。击穿电压越低则负温度系数越大，6V以上为正温度系数、温度升高时稳压值增大，击穿电压越高的温度系数越大，例如30V稳压管的温度系数约为33mV/；而6V左右稳压管的温度系数最小、且在正负之间变化。因而在允许情况下应尽可能选用击穿特性较硬、温度系数最小的6V稳压管。这类稳压管的另一个缺点是同一型号管子其击穿电压的离散性很大，例如2CW1为78.5V、2CW5 为11.514V，要想挑出合适电压值的管子是非常困难的。但如果对稳压值要求不高、电路又比较简单的场合，选用普通稳压管还是合适的。如需要很低的基准电压，要求不高、而又不希望增加成本时，也可利用二极管的正向特性做为约0.7V的稳压管使用。第37页/共39页第38页/共39页感谢您的观看。第39页/共39页
