设计并制作串联型直流稳压电源-模拟电子技术课程设计报告

模拟电子技术课程设计报告

专业班级：17级电气2班 学生姓名： 指导教师： 同组者： 设计时间：2019年6月18日

电子信息学院

目录

课程设计题目：设计并制作串联型直流稳压电源 .............................................................................. 1 一、 设计任务和要求 ............................................................................................................................ 1 二、 方案选择及论证、电路原理框图 ................................................................................................ 1 三、 单元电路设计与计算（元器件参数确定） ................................................................................ 3 四、 总电路图及元器件清单 ................................................................................................................ 4 五、 安装与调试 .................................................................................................................................... 5 六、 性能测试与分析（软件设计与调试） ........................................................................................ 6 七、 结论与心得 .................................................................................................................................... 7 八、 参考文献 ........................................................................................................................................ 8

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课程设计题目：设计并制作串联型直流稳压电源

一、设计任务和要求

1. Vi=12—15V（DC）时，Vo=3V~6V连续可调 2. 负载电阻RL=100Ω,调整管采用3DG130B

3. 采样采用3DG6，或LM741,其余参数自定， BJT的β=60。

二、方案选择及论证、电路原理框图

许多电子电路通常都需要电压稳定的直流稳压电源供电，直流稳压电源在电子电路中具有重要作用，一般小功率稳压电源主要由电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。一般是将~220V、50Hz交流电变成稳定的直流电。交流电经过变压，整流，滤波后得到相对比较平滑的直流电压，但是直流电压不稳定，还需要经过稳压电路进行稳压，得到要求的直流稳压电源。本题目中要求给出12—15V直流电输入，可以输出可调3~6V直流电，即用到直流稳压电源中的稳压电路环节进行设计。

稳压电路环节：理论基础，了解线性稳压电路，线性稳压电路分为串联型和并联型两类稳压电路，最简单的并联型稳压电路是由稳压二极管和负载并联的稳压电路，本题按要求则使用串联型稳压电路。

下图给出串联反馈式稳压电路的一般结构，其中VI是整流滤波电路的输出电压，这里可作为输入12—15V（DC），T为调整管，EA为误差放大电路，VREF为基准电压，它由稳压管DZ和限流电阻R串联所构成的简单稳压电路获得，R1，RP，R2组成反馈网络，用来反映输出电压变化的取样环节。

R VREF VF DZ ＋ EA － VB b c T e IR1 R1 Rp 基准电压 VI ＋ R1 IL RL 取 VO 样 R2 误差放大电路 调整管 R2 － 图 2.1 串联反馈式稳压电路一般结构图

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这种稳压电路的主回路是起调整作用的T与负载串联，故称为串联式稳压电路。输出电压的变化量由反馈网络取样经误差放大电路EA放大后去控制调整管T的c-e极间的电压降，从而达到稳定输出电压Vo的目的。稳压原理可简述如下：当输入电压Vi增加（或负载电流

''）Io减小）时，导致输出电压Vo增加，随之反馈电压VF=R'2VO/（R1=FVVO也增加（FV为R2反馈系数）。VF与基准电压VREF相比较，其差值电压经比较放大电路放大后使VB和Ic减小，调整管T的c-e极间电压VCE增大，使Vo下降，从而维持Vo基本恒定。 其稳定过程如下：

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VIVOVF(Vn)(VREFVF)VBVCE

VO

同理，当输入电压Vi减小（或负载电流IL增加）时，输出电压也基本保持不变，从而达到输出稳定直流电压的作用。

R1'V输出电压： VOVREF(1')REF R2Fv输出电压调节范围： RP在最上端时，输出电压最小 VOminRP动端在最下端时，输出电压最大 R1RPR2VREF（1） R2RPR1RPR2VREF（2） R2 VOmin将VOmax6V，VOmin3V带入公式（1）（2）即可得到VREF与R1，R2，RP的关系。考虑到T调整管的作用是依靠VF与VREF之间的偏差来实现的，由输出电压公式可知，输出电压可调

'最小值为3V，R1/R2'>0所以VREF应满足小于3V的要求，这里取值为VREF=2V。则R1，RP，R2满足 （ 即 R2RP2R1 2R1RPR2)3(R2RP）2R1RPR2）6R2 R1RP2R2 （这里取值R1=1kΩ,则得到R2，RP=1kΩ

误差放大电路采用LM741 ，调整管T采用3DG130B

方案1：基准电压用稳压二极管和电阻串联获得，误差放大电路用LM741，调整管T用3DG130B，取样用两个定值电阻和一个滑动变阻，即可得稳定可调输出电压。

方案2：用基准电压源产生一个基准电压VREF，其他电路元器件不变，误差放大电路用LM741，调整管T用3DG130B，取样用两个定值电阻和一个滑动变阻，即可得稳定可调输出电压。

方案3：基准电压用一个电阻和三个二极管正向串联得到，误差放大电路用LM741，调整管T用3DG130B，取样用两个定值电阻和一个滑动变阻，即可得稳定可调输出电压。

比较方案1,2,3，方案2产生基准电压，电路较为复杂，使用元器件较多；方案1，由于实验室没有小于3V的稳压二极管，所以舍弃，方案3基本可以替代方案1，且电路使用元器件较少，所以选用方案3。

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三、单元电路设计与计算（元器件参数确定）

1. 单元电路原理分析

基准稳压电路分析：二极管正向导通电压约为0.7V，三个二极管串联导通情况下可得到约2.0V电压作为基准电压，再串联一个电阻保护电路，防止烧坏二极管。

误差放大电路采用LM741：

LM741 芯片引脚图 LM741实物图

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LM741逻辑图 LM741方框图

调整管T用3DG130B：

3DG130B 引脚图 取样电路

取样电路采用R1，R2两个定值电阻和RP滑动变阻组成，阻值为： VOminR1RPR2RRPR2VREF VOmin1VREF R2RPR2

取VREF=2V， 即 R2RP2R1 （2R1RPR2)3(R2RP）2R1RPR2）6R2 R1RP2R2 （取值R1=1kΩ,则得到R2，RP=1kΩ 四、总电路图及元器件清单

1. 总电路图

仿真调节RP到最下端时

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仿真调节RP到最上端时

2. 元器件清单 元器件序号 1 2 3 4 5 6 7 8 元器件及型号 二极管 电阻R1，R2 电位器RP 电阻R 电阻RL 3DG130B LM741 导线 主要参数 正向压降≈0.7V 1kΩ 102Ω~1kΩ 500Ω 100Ω β=60 数量 3 2 1 1 1 1 1 若干 备注 五、安装与调试

1. 调试过程描述

按照电路图接好电路后，就先检查了一遍电路连接，然后就用万用表测了一下输出电压Uo，测得3.56V，之后就调节滑动变阻器改变反馈分压，但是输出电压Uo没有变化，再测二极管串联电路得到的基准电压VREF≈2.0V，排除基准电压电路问题，试了很多次调节滑动变阻器输出还是没有变化，那么这个电路肯定是有问题的，首先查看其他电路连接有没有问题，排除电路连接没问题后，再次进行测量，调节滑动变阻器后，输出电压还是不随着滑动变阻器阻值改变而变化，就猜想是不是元器件有问题，接着挨个把电阻和滑动变阻器测了一下，都是正常的，那么问题就是出现在LM741和3DG130B这两处，期间换了一次三极管，排除三极管问题，检查LM741芯片引脚连接，根据所找手册检查线路连接，最后找到芯片引脚正向输入端与反向输入端接反导致输出不对，找到问题后，再次进行调试，输出电压会随着滑动变阻器RP的变动而改变，调节RP到100%，输出电压在2.8V左右，调节RP到0%，输出电压在6.5V左右，这个时候测了一下VREF，值为2.13V左右，基准电压稍微偏高导致输出误差有点大，最后通过改变与三个二极管串联的电阻（保护电阻）改变成R=500Ω，使得基准电压在2.02V左右，就使得输出电压在3.00V~6.05V可调，并改变输入电压使得输入电压在12V—15V每隔0.5V变化，输出3~6V控制每隔1V进行稳定测试，测试结果在3V、4V、5V、6V时改变输入在12V到15V变化，输出基本稳定。

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2. 实物照片

六、性能测试与分析（软件设计与调试）

1. 实验数据 实验组序号(改变滑动变阻器） 1 调试参考电压V调/V 3V Vi/V 12 13 14 15 2 4V 12 13 14 15 3 5V 12 13 14 15 4 6V 12 13 14 15

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Vo/V 3.00 3.02 3.03 3.03 3.99 4.01 4.02 4.02 5.00 5.01 5.02 5.03 6.00 6.02 6.05 6.05 2. 仿真数据 仿真组序号(改变滑动变阻器） 1 调试参考电压V调/V 3V Vi/V 12 13 14 15 2 4V 12 13 14 15 3 5V 12 13 14 15 4 6V 12 13 14 15 仿真结果与实测结果相比较，可得调试后的直流稳压电源可调且基本稳定。

Vo/V 3.009 3.02 3.03 3.039 4.012 4.027 4.04 4.052 5.015 5.033 5.05 5.066 6.018 6.04 6.06 6.079 七、结论与心得

结论:通过调试电路，完成直流稳压，输入12V—15V(DC)时，可以实现可调稳压3~6V直流电压，且电压基本稳定。

心得:通过这次课程设计实践，我学会了直流稳压电源的基本设计方法，对直流稳压电源的工作原理和使用方法也有了更加深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做课程设计之前，我对直流稳压电源的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的方案应用到实践中的时候，问题出现了，不是不能测试，就是测试的结果和要求的结果不相符合。经过解决一个个测试中出现的问题，我们对直流稳压电源的理解得到加强，看到了直流稳压电源课程设计动手实践与理论的差距。加深了我们对理论与实践联系的理解，促进了我们运用知识解决具体问题的综合应用能力，特别是对直流稳压电源的应用、理解上升到了更深的一个层次。这门课程总的来说让我深刻地认识到自己的模电知识非常欠缺，实践能力很弱，也让我深思如何才能为我以后成功或在就业上铺就一条更平坦的道路。从一开始对理论理解不全面，拿出方案较晚，方案设计过程中理论基础不扎实，模电知识掌握不牢固，要复习模电，学习教材和查各种元器件资料参数，才一步一步深刻理解理论，从一开始对仿真软件不熟悉，到做各种尝试，拿出不同方案都通过仿真先进行验证，从而也更加熟练掌握仿真软件multisim的使用，到进行电路连接，调试不出来，出现各种问题，并一步一步排除问题，解决问题，通过团队合作，完美完成调试。这是一个对知识掌握到应用要实际中的能力提升，总而言之，课程设计让我对自己模电知识的掌握有了全新的理解，以后要加深动手实践能力，提升自己的能力，这次课程设计收货还是很多的。

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八、参考文献

[1] 康华光.电子技术基础模拟部分[M].北京：高等教育出版社，2013-12:481-495.

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