串联稳压电源与双稳态触发器电路图及调试分析

通过输入9V的交流电源接至桥式整流滤波电路后。经串联型稳压电路输出电压范围为：5V—7V连续可调。输出最大电流是1A。串联型稳压电路的输出电压给双稳压触发电路供电，通过按钮控制，观察LED灯亮灭是否正常。

二、系统分析和设计

1. 系统工作原理分析

通过桥式整流电路的整流以及电容滤波将交流电变为较为平缓的直流电，然后在用串联型稳压电路保证输出电压的稳定。最后用双稳态触发控制器控制LED的亮灭。

三、硬件电路设计

图一

该电路的整体电路图如图一所示，交流电源接入后通过D1-D4形成的桥式整流电路变成脉动的直流电，然后通过C1-C4四个电容的滤波电路将脉动直流电变为较为平缓的直流电，再通过三极管串联型稳压电路将输出电压控制在设计所需要的5V-7V之间，接下来通过C5-C8 消除输出端的纹波，确保输出电压更加稳定，最后通过双稳态触发控制电路控制LED灯的亮灭。

图二

将交流电源接入该电路后首先通过D1-D4形成的桥式整流电路，将交流电源变成脉动的直流电。然后进入C1-C4电容滤波电路，利用电容的充放电工作原理将脉动的直流电变成较为平缓的直流电。该电路的电容滤波采用了四个电容并联的形式，其原因是使大电容滤去较大纹波，而小电容的作用是滤去电源中的高次谐波成份。通过电容滤波后的电压大致为。

图三

由于该设计题目要求输出电流最大值为1A而调整管最大的承受电压就是它两端最大的电压差，也就是当输出电压为最小值时的两端电压（因为滤波后的电压值是稳定不变的），调整管最大所要承受的功率就是 而该设计用到的8050或者9014所允许承受最大的功率就是0.625W。于是便要采用三极管并联模式增大调整管所承受的最大功率。根据计算，所以至少需要10个三极管并联才能满足需求，我这里采用了12个三极管并联。但是需要注意的是在每个并联三极管的发射极上必须串联一个小电阻，让发射极电阻上面因 Ie 流过产生的电压，发挥负回授作用而有均流效果。

、。通过这两个公式就可以算出取样环节所需要的两个电阻（该设计电位器的阻值是已经确定不变的）。最终算得R3=2500Ω，R1=875Ω。

最后在串联型稳压电路的后面并联几个C4-C8去耦电容，因为当电源输出的电压在受干扰或某些情况下有可能出现瞬间的高压高于额定输出电压。为了防止这个脉冲电压对后面的电路造成影响，所以要加去耦电容。

图四

由于晶体三极管具有非线性，两个三极管通电后瞬间肯定有一个先导通。假使现在为三极管Q14导通，由于三极管的饱和导通压降很小，所以Q14的集电极（点A）便变成了低电位，LED1和限流电阻R20就接在了电源与地之间，LED1就亮。而由于Q14集电极(点A)是低电位，另一个三极管Q15的基极电压(VC)不足以让它的发射结导通，所以三极管Q15截止,LED2与R23以及R22串联在输出端两端，但是由于电流过小，所以LED2不会亮。当按键S1按下去后就会使三极管Q14的基极(点B)与发射极（GND）相连接地，所以就会使得Q14截止，而这时三极管Q15就会导通，由于三极管的饱和导通压降很小，所以Q15的集电极（点D）便变成了低电位，LED2和限流电阻R23就接在了电源与地之间，LED2就亮，由于三极管Q14截止,LED1与R20以及R21串联在输出端两端，但是由于电流过小，所以LED1不会亮。。这样就实现了按键控制LED灯亮灭的双稳态电路。

五、仿真调试

首先搭建仿真图（图一），然后进去仿真模式。首先我们应该先测试输入电压是否为6V的交流电源，然后就是测滤波电容两端电压是否正常。接下来就是测试输出电压，调节电位器看看输出电压是否在5V-7V之间。若不是或者有一点偏差就应该测出稳压二极管的电压以及比较放大器的基极与发射极之间的电压，然后重新计算取样环节的两个电阻阻值。最后按下按键S4或者按键S5看看是不是能够控制对角的LED亮灭。

六、实物制作与测试

1. 检测仪器

首先用万用表检测电源的电压是否正常，由于我们实验室没有交流变压器所以我们就直接采用将11V直流电源接在滤波电容的两端。

2. 检测步骤

（1） 通电前检测

通电前将万用表接在输入电压的两端看看该电路是否短路。由于我的这次PCB板子的导线比较细所以我在通电前将每一条导线都检测了一遍看看导线是否连通，是否有虚焊、漏焊等现象。

（2）通电调试

将直流电源通入滤波电容两端后检测输入端的电压是否正常，然后在调节电位器，将它调至最小或者最大，检测输出端的电压是否能够满足要求。若满足，则说明滤波以及串联型稳压电路是正常的。然后轮流按下两个按键看看灯是否能够交错的亮灭，当两个按键同时按下时两盏灯应该同时灭。

若满足以上所有的条件则说明该电路的实物制作将全部完成。

3. 测试结果分析

由实验结果可得知，无论输入电压怎么变，输出电压始终在5V左右到7V左右之间变动。当输出电压变化时，取样电路将输出电压的一部分馈送回比较放大器和基准电压进行比较，产生的误差电压经放大后去控制调整管的基极电流，自动地调节调整管集—射极间的电压，补偿了输入电压的变化，从而维持输出电压基本不变。

七、总结与体会

本次实验我总共出现了以下几个问题：

• 调节电位器输入电压恒定不变；
  

解决方案：针对这个问题我首先检测调整环节的三个电阻是否正常，首先发现了我将10K的电位器焊接成了100K的电位器。然后我将它改正了过来结果发现还是不行，于是我就开始检测电路中是否有断路、短路、虚焊等问题。当我排除完这些问题后发现输出电压仍然稳定不变。接下来我便开始检测电路，最后发现三极管的封装是不对的，导致它的发射极与集电极相互接错了位置。我将它全部改了过来，电路就实现了功能。

• PCB的布局不太合理，走线打印出来过细；
  

解决方案：牢记下次绘图时要合理分布，让走线更加清晰、美观；下次在绘图时最好将规则设置走线的尺寸设置为1mm左右，这样腐蚀出来的PCB板的走线既清晰又美观。

• PCB板的焊盘过小，在焊接时工艺就比较差；
  

解决方案：这次我的电阻的封装是直接采用了默认的封装，而且这次的PCB制作只是设计了走线的粗细与线间距的规则，没有设置焊盘大小的规则，所以在腐蚀结束后就导致有些元器件的焊接比较困难。甚至有些要用管脚折到走线上焊接。下次在设计PCB时应该设置好这些规则。

• 在PCB设计时将三极管与按键的封装弄错了；
  

解决方案：当时我在设计PCB时还特意的去看了三极管的封装结果将实物的管脚的位置记错了，于是导致我的三极管的封装全部都错了，最后要一个个拆下来重新焊接上去。按键也是一样的道理，然后剪断了按键的两个管脚并且割了两个走线才完成的。

但也是这些问题让我学习到了很多，只有不断发现问题解决问题才能不断进步。这次我不单是发现了自己PCB绘制的问题而且还加深了对串联型稳压电路的理解，包括为什么滤波电容要在大电容后面在并联小电容，以及对双稳态电路也了解了不少，学会了自己分析整个电路图，并设计电路的参数。在刚开始拿到项目时我大致知道怎么去设计，该分为那几部分，于是我就上网查资料，建立仿真。就是这个项目我用的是Altium16所以有些功能就不太会用，说到底还是不太是熟练软件。在接下来的时候我会熟悉所需要的软件，然后进一步的充实自己。

原理图

PCB图

附录2 实物正反面照片

正面照片

反面照片

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