可调直流稳压电源设计实验报告

可调直流稳压电源

实验报告

1. 设计任务与要求

（1） 设计任务

设计并制作有一定输出电压调节范围的直流稳压电源。 （2） 基本要求

1) 输出直流电压（Uo）调节范围6~9V。（输入电压Ui~13V ） 2) 纹波小于40mV。 3) 稳压系数Sv 2 10 2。 4) 输出电阻Ro 0.5 。 5) 6) 7) 8)

输出电流0~200mA。

具有过电流保护功能，动作电流~250mA。

利用通用板制作电路。

给出电路的Multisim 软件仿真。

2. 电路设计过程

图1 实验设计图纸

由题目要求可知Q1两端的电压为Ui Uo在4~7 V 之间，电流最大值为

200mA，因此最大的功率为1.4 W ，因此要选用一个大功率的三极管，我们选

用功率为1.67 W 的MJE13005，为了保证在0 C 时也可以符合要求，在下面计

算时， 值取10。

Q1两端的电压为Ui UD1 UR1，在1.6~4.6 V 之间，最大电流为30 mA ，最大功率为0.138 W 。Q1两端的电压为Ube1 Ube2 1.4 V ，最大电流为

18 mA ，最大功率为0.025 W ，因此都选用小功率的9013三极管，在下面计算时，取 值为150。

由图可知：

I1 I2 I3I6 1 I2

I5 2 I30 I6 200mAUa UoUb Ua 0.7V

（1）

且：

I4

10

I5 （2）

I3 5mA由于实际输入电压存在5%左右的误差，因此实际的输入电压大约在

12~14V之间，所以，当Vcc 12V，I6 200mA，Uo 9V时，UR1最小，由于

I3 5mA，因此可得：

Vcc Ub

I2 I3

R1

Vcc UbI6

I3

R1 112 9.7V200mA

I3

R1302.3V

6.7mA I3R1

（3）

由（2）式、（3）式可得：

2.V3

1mA 5mA

R1 （4）

R1 209 所以取R1 200 。

当Vcc 14V，I6 0mA，Uo 6V时，UR、I1最大，要保证

I4

10，得： 1IVcc Ua

1

R1

14 ( 60V.7200 )

36.5mA II6

2 0mA

1

所以此时：

I3 I1 36.5mA ImA5

5

I3

36. 182 .5A 2

200

IUo

4

R2 R3 R46V

R2 R3 R4

由（2）式、（8）式、（9）式可得到：

6V

RR 10 I5

2 R3 4

6V

RR 10 182.5 A 2 3 R4

R2 R3 R4 3296.7

已知，稳压电路的输出电压为： U2 R3 R4

o

RR'

Uz UBE2 3 R4

I5

（5）

（6） （7） （8） （9）

（10）

（11）

其中：

6 Uo 9V;Uz UD1 5.1V;UBE2 0.7V;0 R3' R3 .

（12）

由（11）式、（12）式可得：

R2 R3 R4

5.1 0.7 9V R4

（13）

R2 R3 R4 5.1 0.7 6V R3 R4

由（13）式化简可得：

3 R R42 58

（14）

R 1 R34 2

由（10）式、（14）计算可得到：

R2 109.89 R3 1062.27 R4 2124.54

因此最后取：

R2 100 R3 1000 R4 2000

模拟后，测得，电路总电流在19.33~33.974mA之间，因此可知，总的电路的电阻Rs大概在382.64~672.5 之间，为了使纹波小于40mV，因此：

T

20.02

Rsmin C3 3

2

382.64 C3 0.03Rs C3 (3~5)C3 78.4 F

为了防止波纹过大，尽量取大C3的电容大小，最终取C3 330 F。

3. Multisim 仿真结果

（1） 当R3 0 时的仿真结果（由于Multisim 中没有9013三极管，因此仿真

时用2N3904代替）：

此时，输出的电压值为9.203V。

（2） 当R3 1K 时的仿真结果：

此时输出的电压值为5.928V。

4. 标有元件值的电路图

5. 系统的性能测试过程

（1） 输出电压范围与输出动作电流的测试

在输出电流为200mA条件下，对输出电压进行测试，此时，过流保护电路不应动作，测此时的输出电压Uo和外接负载电阻RL的大小。

动作电流测试时，用数字电压表测量的电压值就是Uo，然后慢慢调小外接负载电阻RL，直到测到的Uo值下降5%，此时流经RL的电流就是动作电流。

分别将不接负载下的输出电压Uo调整为9V,7.5V,6V，测此时的各组数据。 （2） 稳压系数的测量

在输出电流为200mA条件下，先使输入电压U1 13V，测量输出电压Uo，然后将电压U1调整为14.3V，测出稳压电源对应的输出电压Uo1，然后将电压U1调整为11.7V，测出稳压电源对应的输出电压Uo2，则稳压系数为：

Sv

U

Uo

U1U1

Uo13

（15）

14.3 11.7Uo1 Uo2

在U1 13V的情况下，分别将不接负载下的输出电压Uo调整为9V,7.5V,6V测值计算此时的稳压系数。

（3） 输出电阻的测量

保持稳压电源的输入电压Ui 13V，在不接负载RL时测出开路电压Uo1，此时Io1 0mA，然后接上负载RL，测出输出电压Uo2和输出电流Io2（Io2调节成满载的200mA），则输出电阻为：

Ro

Uo1 Uo2Uo2 Uo1

（16）

Io1 Io2Io2

分别将不接负载下的输出电压Uo调整为9V,7.5V,6V，测此时的各组数据。 （4） 纹波电压的测试

分别将不接负载下的输出电压Uo调整为9V,7.5V,6V，接上负载，使得输出电流为满载的200mA，将输出接入示波器，测量其峰峰值，计算 Uop p。

6. 实验数据的测量与比较

（1） 输出电压范围

在输出电流大约为200mA条件下，Uomax 9.12V，Uomin 5.98V。

（2） 动作电流

表1

表2

输出为7.5V时的电流测量

输出为6V时的电流测量

表3

（

3） 稳压系数

表4

输出为9V时的电流测量

当Ui 13V，Uo 6V时的数据测量

Sv1

136

14.3 11.76.01 5.99 0.019

表5

当Ui 13V，Uo 7.5V时的数据测量

Sv2

137.5

14.3 11.77.51 7.48 0.02

表6

当Ui 13V，Uo 9V时的数据测量

此时：

Sv3

139

14.3 11.79.01 8.98 0.017

稳压系数均小于0.02，符合要求。

（4） 输出电阻的测量

输出阻值Ro均小于0.5 ，符合要求。

（5） 波纹的测量

波纹大小均小于40mV，符合要求。

7. 参考文献

【1】模拟电子设计 出版社

【2】MJE13005 TECHNICAL DATA

范立南、恩莉、代红眼、李雪飞 MOTOROLA

中国水利水电

SEMICONDUCTOR

【3】9013中文资料