“模拟电子技术课程设计”方案 2011级电子信息科学与技术专业
一、设计任务
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220V±10%时，输出电压从5－12V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5×10-2，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。
二、设计目标与要求 1. 基本目标
（1）通过一个小规模电子系统设计，掌握电子电设计的一般方法和设计流程，了解现代电子电路设计过程中常用的辅助工具及其使用方法，逐步培养电子技术设计能力、创新意识、工程实践能力和团队合作能力。
（2）采用以分立元件为主实现系统功能，根据课题要求，通过查阅资料、调查研究等，完成课题的方案设计。 2. 具体要求
（1）巩固和加深对模拟电子技术基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。
（2）培养根据课题需要选学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。
三、设计原理与方案选择
1、稳压电源的组成原理
电子设备一般都需要直流电源提供电。这些直流电除了少数直接利用于电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源。
图1 直流稳压电源框图
直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图1所示。电网供给的交流电压U1（220V，50HZ）经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压U2，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压U3。但这样的直流输出电压，还是会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供点要求比较高的场合，还需要使用稳压电路，保证输出直流电压更加稳定。 2、方案选择
串联型稳压电源有两种方案可供选择：分立元件串联调整稳压电路和集成稳压块稳压电路。
（1）分立元件串联型稳压电路
典型的串联型稳压电路见下图2所示。是由调整环节，比较放大环节，基准环节和取样环节所组成的电压负反馈闭环系统。
取样环节：由R1、R2和RP组成的分压电路。它将输出电压U0的变化取回一部分UF（称取样电压）送到比较放大器的基极。
基准环节：由限流电阻R3和稳压管DZ组成，为比较放大器T2的发射极提供一个稳定的基准电压UZ。
比较放大环节：由T2、R4组成，R4为T2的集电极负载电阻。比较放大器对取样电压UF和基准电压UZ的差值进行放大，去控制T1的基极。
调整环节：由基极偏置电阻R4及调整管组成。实际它是一个射极输出器调整管T1起电压调节作用，其C，E极间的管压降UCE1受比较放大器误差电压的控制，由于起电压调节作用的调整管T1与负载是串联的，故称为串联型稳压电路。
图2 分立元件串联型稳压电路
（2）集成稳压块稳压电路
集成稳压器多采用串联型稳压电路，组成框图如图3所示。除基本稳压电路外，常接有各种保护电路，当集成稳压器过载时，使其免于损坏。
由于分立串联型稳压电路输出电流较大，稳压精度较高，应用广泛，满足本设计指标要求，故本次设计的基本电路采用分立元件串联调整稳压电源。
四、电路设计图
采用分立串联调整稳压电路的稳压电源总体电路如下图4所示。
T1 T2D4D1D7R17.6KR72.2KR2140R3800R4UID6C1T33T41200C3RLC2D3D2R9R862R62.5D5R5500 五、电路各元件参数的计算与型号确定
1、变压部分 这一部分主要计算变压器B1次级输出电压（UB1）O和变压器的功率PB1。 调整管T1的管压降（UT1）CE应维持在3V以上，才能保证调整管T1工作在放大区。整流输出电压最大值为12V。保护电路R6上的压降约2V。桥式整流电容滤波输出电压是变压器次级电压的1.2倍。 （UB1）OMIN＝（2+（UT1）CE＋（UO）MAX）÷1.2
（UB1）OMIN＝（2+3V＋12V）÷1.2＝17V÷1.2＝14.17V
当电网电压下降10%时，变压器次级输出的电压应能保证后续电路正常工作，那么变压器B1次级输出电压（UB1）OMIN应该是： 则变压器B1次级额定电压为： （UB1）O＝（UB1）OMIN÷0.9 （UB1）O＝14.17V÷0.9＝15.74V
当电网电压上升＋10％时，变压器B1的输出功率最大。这时稳压电源输出的最大电流（IO）MAX为800mA。此时变压器次级电压（UB1）OMAX为： （UB1）OMAX＝（UB1）O×1.1 （UB1）OMAX＝15.74V×1.1＝17.31V 变压器B1的设计功率为(考滤过载20%)： PB1＝（UB1）OMAX×1.2（IO）MAX PB1＝17.31V×1.2×600mA＝12.46W
为保证变压器留有一定的功率余量，确定变压器B1的额定输出电压为18V，额定功率为18～20W。 2、整流部分
这一部分主要计算整流管的最大电流（ID1）MAX和耐压（VD1）RM。由于四个整流管D1～D4参数相同，所以只需要计算D1的参数。 整流管D1的最大整流电流为： （ID1）MAX＝0.5×IO
（ID1）MAX＝0.5×600mA＝0.3A
考虑到取样和放大部分的电流和过载因素，可选取最大电流（ID1）MAX为1A。 整流管D1的耐压（VD1）RM即当市电上升10％时D1两端的最大反向峰值电压为： （VD1）RM≈1.414×（UB1）OMAX＝1.414×1.1×（UB1）O≈1.555×（UB1）O （VD1）RM≈1.555×17.31V≈26.93V
得到这些参数后可以查阅有关整流二极管参数表，这里我们选择额定电流1A，反向峰值电压50V的1N4001作为整流二极管。 3、滤波部分
这里主要计算滤波电容的电容量C1和其耐压VC1值。
根据根据滤波电容选择条件公式可知滤波电容的电容量为（3～5）×0.5×T÷R，系数取3，由于市电频率是50Hz，所以T为0.02S，R为负载电阻。 当最不利的情况下，即输出电压为12V，负载电流为600mA时： C1＝5×0.5×T÷（UO÷IO）
C1＝5×0.5×0.02S÷（12V÷0.6A）=2500μF
当市电上升10％时整流电路输出的电压值最大，此时滤波电容承受的最大电压为：
VC1＝（UB1）OMAX＝17.31V
实际上普通电容都是标准电容值，只能选取相近的容量，这里可以选择1N4001硅整流二极管 50V, 1A电容。耐压可选择25V以上，一般为留有余量并保证长期使用中的安全，可将滤波电容的耐压值选大一点，这里选择35V。 4、调整部分
调整部分主要是计算调整管T1和T2的集电极－发射极反向击穿电压（BVT1）
CEO
，最大允许集电极电流（IT1）CM，最大允许集电极耗散功率（PT1）CM。
在最不利的情况下，市电上升10％，同时负载断路，整流滤波后的出电压全部加到调整管T1上，这时调整管T1的集电极－发射极反向击穿电压（BVT1）CEO为： （BVT1）CEO＝（UB1）OMAX＝17.31V
考虑到留有一定余量，可取（BVT1）CEO为25V。 当负载电流最大时最大允许集电极电流（IT1）CM为： （IT1）CM＝IO＝600mA
考虑到放大取样电路需要消耗少量电流，同时留有一定余量，可取（IT1）CM为1A。
这样大允许集电极耗散功率（PT1）CM为： （PT1）CM＝（（UB1）OMAX－UOMIN）×（IT1）CM （PT1）CM＝（17.31V-5V－2V）×1A＝10.31W 考虑到留有一定余量，可取（PT1）CM为20W。