串联稳压电源设计报告

目 录

1 设计目的与要求 ................................... 1 1.1 设计目的 .......................................... 1 2.2 设计要求 .......................................... 1 2 设计思路及电路 ................................... 1 2.1 设计思路 .......................................... 1 2.2 变压电路 .......................................... 2 2.3 整流及滤波电路 .................................... 2 2.4 稳压电路 .......................................... 3 2.5 整体设计电路 ...................................... 4 3 设计仿真结果 ..................................... 4 4 串联稳压电源的改进措施 ............................ 5 4.1 使用恒流源负载 .................................... 5 4.2 增加电压放大部分的级数 ............................. 6 4.3 采用辅助的稳定电源 ................................ 6 4.4 增加补偿电路 ...................................... 6 5 硬件的安装调试与测试 .............................. 6 6 实习的收获与体会 ................................. 7 参考文献 .......................................... 7 附录 ............................................. 9

串联稳压电源

1 设计目的与要求 1.1 设计目的

在电子电路中，通常需要电压稳定的直流电源供电。本次设计的目的是通过串联稳压电源的设计、安装和调试掌握直流电源的工作原理及其一般设计方法，了解变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器在电路中的作用，掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法。

2.2 设计要求

设计一串联稳压电源，要求其输出电压在9~12V可调，并且具有过流过压保护装置。

2 设计思路及电路 2.1 设计思路

稳压电源是由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等四部分组成。电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压的波动、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需要接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出电压电流稳定。整个电路设计分为变压部分、整流部分、滤波部分、稳压部分，分别从每部分着手，设计整个电路图。

图1 稳压电源结构图

2.2 变压电路

变压器是根据电磁感应的原理做成的,变压器有两个独立的共用一个铁芯的线圈。分别叫作初级线圈和次级线圈。交流电的方向和大小随时间变化的,变压器初级通上交流电时,变压器的铁芯中产生了交变的磁场,在次级就感应出频率相同的交流电压。变压器的初次级线圈的匝数比等于电压比。通过此变压电路能够将220V、50Hz的电网交流电转变成所需要的电压。通常根据变压器副边输出的功率P2来选购（或自绕）变压器。V2的值不能取大，V2越大，稳压器的压差越大，功耗也就越大。一般取V

。据此，设计变压电路如下：

2.3 整流及滤波电路

由于对桥式整流、电容滤波电路十分成熟，因此选择桥式整流、电容滤波电路作为电源的整流、滤波部分。桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源电压在正、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；电容滤波电路简单，负载直流电压较高，纹波也较小。

整流二极管D2的反向击穿电压VRM应满足VRM>2V2，其额定工作电流应满足IF>Io max。

滤波电容C可由下式估算：C

ICtVipp

式中，Vipp为稳压器输入端纹

波电压的峰-峰值：t为电容C的放电时间，t=T/2=0.01s；IC为电容C的放电电流，可取IC=Io max，滤波电容C的耐压值应大于2V2。

图3 整流及滤波电路

2.4 稳压电路

在选择集成稳压器时，应该兼顾性能、使用和价格几个方面。性能指标主要根据负载电压电流的大小、调整率的高低以及工作稳定范围的宽窄来选。LM317系列由于其输出电压可调，同时其有较高的稳压精度、较高的纹波抑制比和较好的输出电压温度特性，而得到了广泛的应用。

为获得较高的输出电压值，LM317稳压器的调节端与地之间的电阻R2值及其压降往往较大，在R2两端并接一个小于10μF的电容C4，可有效地抑制输出端的纹波。当输入端或输出端发生短路时，电容C4的放电将在R1上产生冲击电压，会危及稳压器的基准电压电路，因此需在R1两端并二极管D2以保护稳压器。 据此设计稳压电路如下：

2.5 整体设计电路

根据设计思路及以上设计的变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路得到此串联稳压电源的整体设计如下:

图5 整体设计电路

3 设计仿真结果

将设计好的电路用protues仿真，得到仿真结果如下：

4 串联稳压电源的改进措施

串联稳压的电源的关键在于其稳定度，一般改善稳定度的方法有：使用恒流源负载、增加电压放大部分的级数、采用辅助的稳定电源、增加补偿电路等方法。

4.1 使用恒流源负载

由于串联负反馈稳压电路是通过输出电压的变化量，经放大后来调节调整管的管压降达到稳压的目的。当放大倍数越高，电源的稳定度就越高。对于三极管放大器，当集电极电阻越大同时输入电阻越小时，放大倍数就越大。但集电极电阻过大会造成集电极电流过小，会造成输入电阻增大。为解决这个矛盾，可以使用恒流源负载代替集电极电阻。

4.2 增加电压放大部分的级数

由于当放大电路的放大倍数越高时，电源的稳定度就越高。一般单管放大电路的放大倍数有限，可以采用增加放大电路级数的方法来提高放大倍数，这样也可以大大提高电源的稳定度。不过增加放大电路的级数后，电路更容易产生自激振荡，在设计放大电路时需要采取手段避免电路产生自激。由于增加电压放大级数不可避免的增加了电路的复杂程度，一般分离元件制作的稳压电源中较少使用此方法。

4.3 采用辅助的稳定电源

在基本形式的串联负反馈稳压电路中，放大管T3的集电极电路R1直接连接到经整流滤波后的电压上。由于这个电压不是稳定的电压，当其发生变化时，其变化量会加到调整管的基极，进而影响输出电压稳定度。可以通过将R1接入到一个稳定电压的方法来避免这种影响

4.4 增加补偿电路

由于串联负反馈稳压电路是通过输出电压的变化量来控制稳定度，那么可以直接使用输入电压的波动或者负载电流的波动来进行补偿控制，理想状态下可以达到补偿效果正好等于输出电压的变化量。但由于补偿量的计算比较复杂，实际电路中受各种因素影响，补偿效果也难以达到要求。一般较少采用此方法，多为针对特定电路采取的临时措施。

5 硬件的安装调试与测试

在经过软件的仿真测试通过后，就进行硬件的安装调试。在硬件的安装调试

过程中遇到了不少的问题。元器件是安装在面包板上，由于是初次使用面包板，不知道面包板的内部连接方式，于是对面包板进行了坼卸，弄清楚了其内部的构成。紧接着是安装元器件了。在安装元器件的时候，需要非常小心仔细。我按照电路图一步步进行，虽然已经很小心了，但还是弄错了一个电容的位置，只得坼下来重装。安装好元器件后就是连线了。导线很细，而且需要自己剪去外面的胶皮。等连接好所以导线后就要接上电源调试了。因为是接上220V的交流电，所以有点担心安全问题。终于接上了电源，用电压表测量输出电压，却发现输出电压值很小，没有达到预期的要求。调节变阻器的阻值再测量，输出电压能够在9V至12V之间变化，基本达到设计要求。

6 实习的收获与体会

在过去的两年时间里，我学习了电子信息工程专业的基础课程，了解了各电子器件的基本参数和功能。此次电子技术实习，是对我们理论学习的一次检验，在巩固加深理论理解的基础上增强我们的实践动手能力，为我们以后的就业奠定更加坚实的基础。在此次电子技术实习的工程中，我深入了解了直流稳压电源的工作原理，掌握了变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路在直流稳压电源中的作用，也为日后此电路的应用打下了基础。对于一个工科的学生来讲，实践动手能力显得尤为重要，仅仅停留在理论阶段是远远不够的，也不能适用当今社会的需要与发展。经过此次实习，我的理论知识以及实践动手能力都得到了一定的提升。此外，也增强了我发现问题、分析问题、解决问题的能力，这对于以后的就业有非常重要的现实意义。当然，在实习的过程中也遇到了不少的问题，主要是自己的专业知识掌握不牢，在设计电路的过程中经常需要翻阅相关的书籍，另外就是实践动手的经验不足，在电路的硬件安装调试过程中花费了很长的时间。总的说来，此次电子技术实习时是十分有必要的，对于每一个工科的学生来讲都是一次非常珍贵的机会，我们应该好好把握这种机会，不断提升自己各个方面的能力。

参考文献

[1] 阎石. 数字电子技术基础（第五版）. 北京：高等教育出版社，2006.

[2] 张玉璞，李庆常.电子技术课程设计. 北京：北京理工大学出版社，2006. [3] 陈大钦.电子技术基础实验.北京: 高等教育出版社,2008. [4] 高文焕.电子技术实验.北京：清华大学出版社,2004.

[5] 邵展图.电子电路基础.北京：中国劳动社会保障出版社,2004年.

附录