晶体管扩流电源电路设计

一、实验目的

掌握Altium Designer软件的基本使用方法（找元件、建元件、连线）。
掌握基于线性集成稳压芯片的稳压电源设计方法。

二、实验内容及结果

实验内容
基于“外部旁路晶体管扩流”原理，以线性集成稳压芯片为核心，设计一能够输出大电流的直流稳压电路。假设该稳压电路输入电压为30V，输出电压为24V，负载电阻为10Ω。
实验具体要求如下：
（1）确定电路形式，说明晶体管扩流的原理。
（2）查阅选择的集成稳压芯片和扩流晶体管数据手册，记录集成稳压芯片的最大输出电流，说明扩流晶体管的额定功率选择依据。
查阅手册得LM117最大输出电流为1.5A
（3）确定电路其它元件参数。
（4）利用Altium Designer绘制原理图。
实验结果
（1）在下方列出所设计电路的原理图（Altium Designer完成，确定电路中所有器件的型号和参数）
C1：防止自激，一般取0.1uF。
C2：减小输出纹波，一般取10uF。
C3：减小阻尼振荡和改善瞬态特性，可取1μF钽电容。
D1、D2：为C3、C2提供放电通路，防止稳压器承受反向电压，保护稳压器。
R2、R3：调节输出电压，通常R2取240Ω，R3为可调电阻，一般取5K

所设计电路的原理图

（2）结合所设计的电路图说明该电路的工作原理及晶体管的扩流原理。（具体包括如何实现稳压、如何实现大电流输出）
稳压原理：
功率器件（调整管）与负载串行连接，功率器件工作在线性区，靠改变调整管上的压降来稳定输出。
扩流原理：
IN接直流输入电源，其输入电压的范围跟选用的芯片有关，OUT为线性稳压电源的输出端接负载。流过负载的电流为Io，Io由源LM117的输出电流I2和PNP的输出电流I1两部分。IR为流过电阻的电流，Ib为PNP的基极电流，Iin为源LM117的输出电流。分析时忽略源LM117的静态工作电流。假设晶体管的放大倍数为β，晶体管基极导通电压为Ueb。如图所示。
Io=I1+I2(1-1)
Iin=IR+Ib(1-2)
I1=βIb(1-3)
I2=Iin=IR+Ib(1-4)
IR=Ueb/R1(1-5)
Io=I1+I2=βIb+Iin=βIb+IR+Ib=(1+β)Ib+Ueb/R1(1-6)

由式(1-6)可知是，输出电流和晶体管的放大倍数以及电阻R1的值相关，由于晶体管输出电流与基极的电流成正比，晶体管的放大倍数为β，当晶体管处于线性放大区工作时，只要较小的Ib电流，就能获得较大的I2输出，当参数选取合适时，I2的电流将是Io输出电流的主要部分，从而实现了扩流。

（3）给出所选稳压芯片的最大输出电流参数，根据题目要求，列出扩流晶体管额定功率的计算过程。
因为已知：Uo=1.25×(1+R2/R1)+Iadj×R2
Io=I1+I2=βIb+Iin=βIb+IR+Ib=(1+β)Ib+Ueb/R1
所以Po=Io×Uo=[1.25×(1+R2/R1)+Iadj×R2]×[(1+β)Ib+Ueb/R1]即为所求。

三、实验思考题
1、线性稳压电路的优点有哪些？
答：输出电压稳定、纹波小、电路简单。

2、造成三端集成线性稳压芯片转换效率不高的原因是什么？
答：由于调整管始终工作在线性状态，由此产生的损耗比较大，从而导致电源的效率不高，通常只有35%～60%。

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