题目：可调直流稳压电源。
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指导老师：2023年6月18日。
可调直流稳压电源设计。
目录。一、 设计要求。
二、 原理框图及相关说明。
三、 电路各组成部分电路图及相关说明。
1） 变压器。
2） 整流及滤波电路。
3） 稳压电路。
四、 电路各部分元器件参数设计及元件选择。
1） 稳压部分。
2） 整流及滤波部分。
3） 变压器部分。
五、 可调直流稳压电源完整电路图。
六、 结束语。
可调直流稳压电源设计。
摘要。在工农业生产和科学实验中，主要采用交流电，但是在某些场合，例如电解、电镀、蓄电池的充电、直流电动机等，都需要用直流电源供电。此外，在电子线路和自动化控制装置中还需要用电压非常稳定的直流电源。
为了得到直流电，除了用直流发电机和干电池外，目前广泛采用各种半导体直流电源。
正文。一、 设计要求。
1） 输入市电电压为220v。
2） 输出电压范围为6～12v。
3） 负载功率范围为1.8。
4） 具有过流保护功能。
二、 原理框图及相关说明。
可调直流稳压电源原理框图。
可调直流稳压电源由变压器、流流、滤波、和稳压电路四部分组成，其原理框图如上。工作原理为：电网供给的交流电压u1经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压u2，然后由整流电路变换成方向不变，大小随时间变化的脉动电压u3，再用滤波器滤去其交流分量，就可以得到比较平直的直流电压u1。
但这样的直流输出电压还会岁交流电网电压的波动货负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压稳定。
三、 电源各组成部分电路图及相关说明。
1） 变压器。
变压器是将电网电压变换为符合整流需要的电压，同时还可以起到与电网隔离的作用。即将交流输入u1变换为符合整流需要的电压u2.
变压器电路图。
2） 整流及滤波电路。
整流电路是利用整流元件二极管具有单向导电的特性将交流电压变换为单向脉动电压。滤波器的作用是减小整流输出电压的脉动程度，以适合负载的需要。整流电路输出的单向脉动电压中包含交流成分和直流成分，滤波器就是将交流成分滤除，保留直流成分。
整流电路采用单向桥式整流器。单向桥式整流电路是由4个二极管接成电桥的形式构成的。滤波器采用电容滤波，电容滤波器是根据电容器的端电压在电路状态改变时不能跃变的原理制成的。
整流及滤波电路图如下。
在变压器二次侧电压u2的正半周时，设其极性为上正下负即a点电位高于b点，则二极管d1和d3导通，d2和d4截止，电流i的通路是从。
a d1 rl d3 b。这时，负载电阻上得到一个上正下负的半波电压。在电压ui的负半周时，变压器二次侧的极性为上负下正，即b点的电位高于a点。
因此，d1和d3截止，d2和d4导通，电流i的通路时b d2 rl d4
a。同样，在负载电阻上得到一个上正下负的半波电压。单向桥式整流电路的电压波形图如下。
单向桥式整流电路输入输出电压波形。
a） 输入电压波形，(b)输出电压波形。
在整流二极管导通时，电路一方面供电给负载，同时又对电容器充电。
忽略二极管正向压降的情况下，充电电压u4与上升的脉冲电压u3一致，uc和u3同时达到最大值。而后u3和uc都开始下降，u3按正弦规律下降，当u3小于uc时，二极管承受方向电压截止，电容器对负载rl放电，负载中仍有电流。在u3的下一个脉冲内，当u3大于uc时二极管再次导通，电容器再次被充电，重复上述过程。
滤波后的输出电压波形图如下。
单向桥式整流滤波电路输出电压波形。
4） 稳压电路。
经整流滤波后的电压往往会随交流电源电压的波动和负载的变化而变化。电压的不稳定有时会产生测量和计算的误差，引起控制装置工作不稳定，甚至根本无法正常工作。稳压电路的功能是在交流电源电压波动或负载变动时，使直流输出电压稳定。
稳压部分为串联负反馈型稳压电路，它由调整元件（晶体管t1）、比较放大器、取样电路r1、r2，基准电压电路dz、r3和过流保护电路t3管及电阻r4、r5、r6等组成。电路如下。
串联负反馈稳压电路直流。
整个稳压电路是一个具有电压串联负反馈的闭环系统，其稳压过程为：当电网电压波动或负载变动引起输出电流电压发生变化时，取样电路取出输出电压的一部分送入比较放大器，并与基准电压uz进行比较，产生的误差信号经比较放大器放大后送至调整管t1的基极，使调整管改变其管压降，以补偿输出电压的变化，从而达到稳定输出电压的目的。例如，设由于电源电压或负载电阻的变化而使输出电压u0升高时，则有如下负反馈稳压过程：
uo升高导致取样电压uf升高，进而使比较放大器的输入信号增大，使输出电压即晶体管t1的基极电压ub1降低，进而使晶体管t1的集电极与发射极之间的电压uce增大从而使负载电阻分压减小，u0下降，从而使输出电压保持稳定。当输出电压降低时，其稳压过程相反。
由于在稳压电路中调整管与负载串联，因此流过它的电流与负载电流一致。当输出电流过大或发生短路时，调整管会因为电流过大或电压过高而损害，所以需要对调整管加以保护。电路中，晶体管t2、r4、r5、r6组成减流型保护电路。
此电路当输出电流超过设计极限时开始起保护作用，使输出电路减小，输出电压下降。故障排除后电路能自动恢复正常工作。调整r6的阻值，可设置保护电路起保护作用的极限电流值。
四、电路各部分元器件参数课件及元件选择。
1、稳压部分。
基准电压电路中稳压二极管dz选用型号为2cw54的稳压二极管， 其稳压电压uz为5.5～6.5v，稳压电流iz为10ma，最大稳定电流38ma。
设uz的稳定电压为6v，则由u0=(1+r11/(r12+r2))uz
输出电压u0的范围为6～12v
得r1/r2=2 设置r2=1kω ，则r1=1kω
又因为输出功率范围为1.8～6.2w
所以负载电阻rl的阻值为20ω
任设一个输出电压u0，例如设u0=10v
则r3=（u0-uz）/iz=（10-6）/10-2 =400ω
而r4为2.7 kω，r5为620 ω，r6为30 ω
ci用以抵消输入端接线的电感效应，防止产生自激振荡，接线不长时也可不用。
c0是为了瞬时增减负载电流时不致引起输出电压有较大的波动。ci、c0一般在0.1～1uf之间，选用ci，c0的容量为0.
33uf。在实际应用中，ci和c0要求用高频性能好的无极性电容。
2、整流及滤波部分。
因为ui比u0大2～3v
所以ui的范围为8～15v
取ui=15v
由桥式整流及电容滤波可知。
ui≈(1.1～1.2)u2
变压器二次侧电压有效值u2=ui/1.2=12.5v
二极管所承受的最高反向电压urm=1.4u2=17.5v
又因为整流及滤波的输出电流ii=0.52a
所以流过整流二极管的电流id=(1/2)ii=0.26a
因此可选用二极管型号为2cz55b,其最大整流电流为1a，反向工作峰值电压为50v。
对于滤波电容有т=rl·c≥（3～5）（t/2）
式中t为交流电源电压的周期。
取т=rl·c=3t/2
所以rl·c=3×0.02÷2=0.03s
所以c=0.03/rl=0.03/20 f=1500uf
由于电容器的容量是分等级的，在计算时按式т=rl·c≥（3～5）（t/2）取下限，实际选择容量时向上靠；取c=2200uf，耐压为50v的铝电解电容器。
3、变压器。
输入电压u1为220v，二次侧电压u2为12.5v
则变压器的变压比k=u1/u2=220/12.5=17.6
因为变压器的变压比等于变压器原副线圈的匝数比。
所以变压器原副线圈的匝数比为17.6。
五、可调直流稳压电源完整电路图。
六、结束语。
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