模电直流稳压电源设计

随着社会的进步和时代的发展，电已成为现实生活中不可或缺的重要组成部分，而电源必然是电所存在的根源。

电源分为多种，常见的有直流电源、交流电源，并且电源的电压又是参差不齐。电源在各方面的应用如下：

在日常生活中我们离不开220伏的交流照明电，有了照明电的存在使得夜晚的城市变得“金碧辉煌”，有了照明电的存在使得乡村漆黑的夜晚发出阵阵笑声。

在工厂里离不开380伏的交流工业电，有了工业电才使得各种机器运转不停。 直流电源在现实生活中也有非常重要的角色，比如各种个电池，它们的存在使得我们幸福的社会锦上添花。

二 设计任务

2.1设计指标

1）输出直流电压9V； 2）输出电流小于1A； 3）具有电压电流扩展功能； 4）具有电路保护功能。

2.2设计要求

1）运用模拟电子技术课程中所学的知识完成本课题的设计； 2）通过查阅电工手册等资料，提高自己查阅知识的能力。

三 设计思路

首先读懂本课题要求，根据课题的要求运用在课堂掌握的知识完成设计直流稳压电源（电压9V，电流小于1A）。

分析可定要想将高压电变为低压电，首先需变压器的降压，根据所需电压适当的选择降压变压器，变压器只能将高压电变为低压电。所以，下一步想办法将交流变为直流，于是考虑到将整理设计进本课题，在选择整流时，应充分的考虑到半波整流电路，全部整流

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电路以及桥式整流电路，考虑三种整流电路的优缺点今儿定下电路。

经过变压器和整流之后的高压交流点已变成低压“半直流”，但要想得到完全意义上的低压直流电必须还要经过滤波和稳压电路。

我相信只要经过以上四步，一定会得到我们想要的直流稳压电源。如图3-1所示 交流输出 变压器 220V50Hz 直流输出 整流电路 滤波电路 稳压电路 图3-1

四 方案选择

4.1变压器的选择

根据设计要求，设计直流稳压电源输出直流电压9V，输出电流小于1A，且具有电压、电流扩展功能，即U=PI=（9+2)1=11W，所以可以判定选择的变压器的输出功率应在11W左右。

4.2整流电路的选择

有课本知识可知，整流电路共有3种，分别为半波整流、全波整流以及桥式整流。

4.2.1半波整流如图4-1所示

如图4-1

工作原理：半波整流是利用二极管的单向导通性来进行整流的电路。因此，在半波整流电路中，只有半个周期内有电流负载，另半个周期被二极管阻隔。 输出波形图如图4-2：

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图4-2

优缺点：降低了变压器的效率，对二级管的要求较高，因此半波整流只适用于小型电路。

4.2.2全波整流如图4-3所示

+ D1

U2 一+ U— +

图4-3 U2 R 一工作原理：较半波整流而言，全波整流可以使两个本周起均得到利用，并且脉动程度相对较小。

输出波形图如图4-4： U2 D2 U t 图4-4 t 3 优缺点：全波整流对变压器有一定的特性要求，且二极管需承受的电压较高，因此，一般用于输出电压不高的电路。

4.2.3桥式整流电路如图4-5所示

图4-5

工作原理：前世整流电路有四只二极管组成，平均分为两组，轮流工作，输出为全波的脉动电压。

输出波形图如图4-6所示：

图4-6 4

优缺点：输出的波形脉动较小，输出电压高且对二级管的要求较低，但是结构相对较为复杂。

各种重要性能参数如表4-1所示： 参数 电路 半波整流 全波整流 桥式整流 0.45 0.9 0.9 157％ 67％ 67％ 100％ 50％ 50％ 1.41 2×1.41 1.41

U0(AV)/U2S ID(AV)/I0(AV) URM/U2

表4-1

通过以上比较，可以断定桥式整流虽然结构复杂，但对二级管的要求低，所以造价相对较低，且输出波形脉动小、电压高。

4.3滤波电路的选择

通过对课本知识的回顾，脑袋里清晰的出现三种滤波电路，分别为：电容滤波电路、电感滤波电路以及复式滤波电路。

4.3.1电容滤波如图4-7所示

图4-7

工作原理：整流电压高于电容电压时电容充电，当整流电压低于电容电压时电容放电，从而使得输出电压基本稳定。 输出波形如图4-8所示：

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图4-8

优缺点：结构简单，适用于小流负载，二极管会流过较大的冲击电流。

4.3.2电感滤波如图4-9所示

图4-9

工作原理：电感通高频、阻低频，承受极大的电压变化，把平稳的电压输出。 输出波形图如图4-10

图4-10

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优缺点：适用于电流负载，电流的波形比较平滑，避免了在整流管中产生较大的冲击电流，输出电压较低。

4.3.3复式滤波电路

复式滤波电路分为LC滤波电路、LC-Ⅱ型滤波电路、RC-Ⅱ型滤波电路。 LC滤波电路如图4-11所示

图4-11

工作原理：在电感滤波的基础上再在RL上并联一个电容。 优缺点：对负载的适应性比较强。 LC-∏型滤波电路如图4-12

图4-12

工作原理：在电容滤波的基础上再加上一级LC滤波，在电容C1上滤除了交流成分，在电容C2上交流成分减少。

优缺点：LC-∏型滤波电路输出电压的脉动系数比仅有LC滤波时更小，波动更加平滑；但

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是体积大，笨重，成本高，使用不便。整流管冲击电流较大，外特性比较软。 RC-Ⅱ型滤波电路如图4-13

图4-13

工作原理：将LC-Ⅱ型滤波电路中的电感L换为电阻RL，从而使得电容C1滤波后的输出电压绝大部分降在电阻RL上。

优缺点：可以进一步改善滤波效果，但缺点是电阻尺上有直流压降，为此需要提高变压器的二次电压。

各种重要性能指标如表4-2所示：

性能 UO(AV)/U2 类型 序号 1 2 3 适合场合 整流管的冲击电流 大 小 小 大 大 外特性 软 硬 硬 软 更软 1.2 电容滤波 小电流 电感滤波 0.9 大电流 LC滤波 0.9 适应性较强 LC型滤1.2 4 小电流 波 RC型滤1.2 5 小电流 波 表4-2 通过以上比较，本人觉得电容滤波在本次设计中可以采用。

4.4稳压电路的选择

4.4.1并联稳压电路如图4-14所示

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图4-14

工作原理：电网电压↑→UI↑→UO↑→IDZ↑→IR↑→UR↑→UO↓

优缺点：结构简单，使用元件少：稳压值取决于稳压管的稳定电压，不能调节。

4.4.2串联稳压电路如图4-15所示

图4-15

或IL↓→UO↑→UF↑→UID↑→UBE↓→IC↓→UCE↓→UO↑ 优缺点：所用原件较多但是在一定范围内电压可调。

工作原理：R1、R2和R3组成采样电阻，A为放大电路，再加上基准电压和调整管组成UI↑

4.4.3三端集成稳压电路如图4-16所示

三端集成稳压电路的内部结构图如图4-17所示

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图4-17

工作原理：包括了串联型直流稳压电路的各个组成部分，另外加上保护电路的启动电路。 优缺点：输出电压稳定，过热、过流保护，使用方便和价格便宜等优点。

通过以上比较，由于三端集成稳压器更加的方便简单效率高，本人觉得应用三端集成稳压器来进行稳压。

通过以上的设计可得到一个总原理图如图4-18所示

W7809

10V

9v

10V W7909

-9v

图4-18

4.5电压扩展电路的选择

4.5.1利用稳压管VDZ来提高输出电压如图4-19所示

图4-19

工作原理：该电路中的二极管VD是保护二极管。工作时，VD为截止状态，一旦输出电压

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低于Uz或输出端短路，二极管VD将处于导通，于是输出电流被旁路。 优缺点：电压调节不够灵敏，但是具有保护作用。

4.5.2利用电阻来调节电压如图4-20所示

图4-20

工作原理：

优缺点：比较简单，但是稳压电路能将有所下降。

4.5.3选用集成稳压器来调节如图4-21所示

图4-21

工作原理：输出电压UA等于其输入电压即，则电路的输出电压为

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。

优缺点：方便调节只需移动电位器R2的滑动端即可调节电压的大小。

4.6电流扩展电路的选择如图4-22

图4-22

工作原理：负载所需要的电流由大功率管VT提供，而三极管的基极由三端集成稳压器驱动。电路中接入一个二极管VD，用以补偿三极管的发射极电压UBE，使电路的输出电压UO基本上等于三端集成稳压器的输出电压U

UO=U’O－UBE+UD ≈U’O

五 稳压电路原理图级及元器件的选择

5.1电路原理图如图5-1所示

+ C0 +9

C01 -9 _

图5-1

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5.2元件的选择如表5-1所示

元件名称 变压器 二极管 相关参数 自耦变压器 EK-04 电解电容500耐压12V 三端集成稳压器 三极管 电阻 W7809、W7909 34063型 350欧 100欧 300欧可变电阻 电解电容其余电容的选用 0．33电解电容1f耐压12V 集成运放 LM386N-4 2 A、A1 2 CI、CI1 各一个 2 2 2 2 VT1、VT2 R1、R4 R3、R6 R2、R5 元件数量 1 6 备注 VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6 滤波电容 2 C1、C2 2 C0、C01 表5-1 六设计体会

本次课程设计中我知道了直流稳压电源的组成部分和各部分的具体作用，并且通过专

研掌握了各级输出的电压值以及各电压的输出波形，学会了电路各部分元件参数的计算和确定，以及通过对参数指标的要求和各部分电路、各个元器件之间的关系来准确的确定具体的电路和元件的实际参数。同时也熟悉了电子技术设计的一些基本方法和技巧，收获颇大。希望以后能将自己设计的直流稳压电源运用到世纪应用中去。

虽然在这次的设计和参数的确定过程中遇到了不少困难和迷惑，但是通过查阅相关的资料和书籍，以及同学间互相探讨和研究，基本上解决了所遇到的问题。

经过自己刻苦的查阅资料，克服了种种困难，也学习到了很多与专业相关的知识。同时也知道了自己的专业知识仍然很欠缺，设计的电路图可能会有一些不确定的地方。虽然

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这次设计花费很多时间，但通过这次设计我学到了很多新的知识。

本次课程设计过程中不仅增强了我们自己的动手能力还增强了我们团队精神，有些问题是我们个人很难自己解决的但是在这过程中我们同学互相帮助解决了许多很难自己克服的问题。

在这中我们认识到做什么都要有一个严谨的态度和不畏艰难的心态才可能成功。这种心态必将在以后的工作中给我们以优势，在大社会中勇争上流打下基础。

《电子系统设计基础》 《电子元器件的选用与检测》《电子课程基基础设计》 《电子技术基础》. 《电子元器件应用实战》 《模拟电子技术基础》第四版《新编电工电子技术》

七参考文献

姜威主编 张庆双主编 梁宗善主编. 康华光主编 胡斌著 童诗白、 陆明达主编 同 14

北京理工大学出版社 机械工业出版社

北京.华中理工大学出版社. 北京.高等教育出版社 电子工业出版社

华英成主编 高等教育出版社 济大学出版社