1.直流稳压电源（题目分析与答疑）

重发：由输入220V交流电源经整流，稳压等电路处理后得到
+-5V,+-12V,+-24V中任一输出直流稳压电源
要求转换效率: >60%,
输出电流: >40mA。
输入电压波动:+-10%
输出电压精度: +-5%，（空载与满载）
输出电压纹波: <10mV。

设计报告包括以下内容：
1．电路原理图
2．印制板图
3．电路工作原理
4 . 仿真

这个选题预计有很多同学会做


*********************分割线，李瑄于2014/12/19更新，题目点评*****************************
总的概念：
请参考模电第十章的知识。

1. 模电前6章是讲基础和分析方法，后面几章都是讲应用；
2. 稳压电源电路的本质是一种反馈，从反馈（稳定的是输出电位）的观点来分析电源电路会更清楚；
3. 电源因为涉及了功率输出，也对效率有要求。所以也要用到一些功率电路的设计知识和要注意的地方（比如对工作温度，即散热的要求。不过好的是，这次只需要仿真，仿真的世界里，是没有散热的概念的，多么美好，所以这个问题也不用考虑了）；
4. 另外，基本原理图可以参考模电“图10.5.2”。需要用的的基本知识有：二极管特性（用于整流）、滤波/频谱分析（用于第一次滤波，以初步减小纹波）、瞬态分析（对50Hz低频进行滤波，实际预期波形需要用瞬态分析）、三极管特性（用于设计低压降输出驱动电路，以及调节（执行器））、比较器/以及放大电路（用于设计反馈部分）、反馈的性能分析和稳定性分析（用于保证稳压性能的稳定）；

设计指标分析，请认真看完，这是一些基本知识的普及，以及帮助你理解电路

由输入220V交流电源经整流，稳压等电路处理后得到+-5V,+-12V,+-24V中任一输出直流稳压电源（指标选择）

1. 这个指标选择是综合其他考虑的，对于这个题目的要求来讲，三个指标从设计上的差距并不太大，不过要注意，可能会有以下问题：
2. +-5V：对于这个效率而言，容许浪费的功率就较小了。对低功耗设计稍有要求。
3. +-12V：容许功率耗散较多，比较容易设计。
4. +-24V：输入电压较高：从而对滤波电容的耐压、三极管消耗功率大，需要散热的要求较高（不过在仿真中，无需考虑这两个），对三极管耐压要求较高（只需选用耐压较高的三极管的模型即可）
5. 为了方便起见，下面的分析，均只分析以 +12V 为例的。
6. -12V电路原理与+12V同，可类比设计出来（其实用替换法就可以了，将NPN->PNP，将+V->-V，基本上就差不多了）。

要求转换效率>60%

1. 转换效率=输出功率/输入功率
2. 输入功率=220V那一端的输入交流功率=变压器初级V:220V（有效值）×变压器初级电流I有效值
3. 输出功率=负载测得输出电流*负载两端压降；（负载记得用电阻来模拟，然后测试负载两端压降是否在12V附近）
4. 可以在中间加一级，分开分析。总转换效率=整流滤波电路效率×串联型稳压电路转换效率=（整流滤波输出功率/变压器初级输入功率）×（负载上得到的功率/串联型稳压电路输入功率(=整流滤波电路输出功率)）。
5. 整流滤波电路的效率一般为90%以上。因为变压器（即耦合电感）不消耗功率，全桥整流消耗0.7×2=1.4V压降(乘上输出电流得到功率耗散，而当电容器储能较大时，二极管又不是一直导通，进一步减少了平均功率消耗)，电容器（和二极管配合起来）储能也不消耗功率。
6. 故需要串联型稳压电路转换效率>70%，下面我们拆开单独分析(见课本图10.5.2的原理)
7. 有：负载测得输出电流=调整管输出电流-采样电路消耗电流；又：调整管输出电流≈调整管输入电流-为基准电压电路和差分放大（误差放大器）供电所需电流。所以，我们需要减少上述两项电流。举例，比如上述两项电流总共为4mA，则又消耗了10%的电源功率，这时，需调整管这一级效率>80%
8. 调整管Ic≈Ie，又，调整管效率=(Ie×Ve)/(Ic×Vc)，所以Ve/Vc应>80%；又因为Ve=12V(恒定)，所以Vc应保证它<15V

输出电流: >40mA

1. 这个指标要求很低，很容易达到，在调整管选取上，注意Ic>40mA（尽量留余量到100mA以上）即可
2. 调整管上功耗大致为(<3V压降)×40mA=120mW，不大，管子的指标应比这个大即可；（也记得留余量，避免出了问题后再返工）

输出电压精度: +-5%，（空载与满载）

1. 这个参数实际是要求你的基准电压电路的精度+-5%以内，即输出在12V，+-5%内。
2. 基准源，最简单的可以用稳压管制作（小技巧：LED正向导通时也具有与稳压管类似的特性曲线），要精确的话，可以考虑采用带隙基准电路制作（均采用分立器件）
3. 当然，对你的反馈深度也有一些要求，参考下一个指标的分析。

输入电压波动:+-10%时，输出电压纹波: <10mV

1. 输入电压波动可以用LTspice的参数扫描分析（.step param X指令，可以看help文档）来模拟
2. 220V电网波动，反应到整流滤波后，假设整流滤波后默认为15V，则=-10%最高可到16.5V，最低可到13.5V，串联稳压后的输出的波动均需要在10mV以内。（以刚好是12V输出为例，输出波动应在11.990V-12.010V以内。）
3. 可以看到这里对串联稳压电路的调节能力要求是：对+-1.5V的输入波动得出+-10mV的输出波动，稳定程度增加了150倍。
4. 这就是为什么我们要用反馈来分析。串联稳压电路的原理就是：利用反馈，将输出电压（一个直流电平）采样，与基准电压相减，并将误差放大，从而调整调整管Vb，使得Ve（=输出电压）波动减弱至原来的1/150。这里要用到广义点的反馈思想，采样输出电位并反馈，则可以稳定输出电位。

5.根据反馈理论，

1. 反馈系统大致分析，电路的核心，建议拿出纸笔分析一遍，未完待续，总之记得反馈系统的环路增益会影响输出量稳定的效果就是了：
2. 总输入量ΔVc经过三极管和负载电阻变换，得反馈系统的总输入为-ΔVe=ΔVbe-ΔVb，变换比例=(-ΔVe)/ΔVc（Vb，Ie是基本不变的）=；
3. 这个反馈系统的总输出量是调整管ΔVe（DC量）；
4. 反馈网络（f）的输出量是ΔVb（会叠加到输入上）；
5. 基本放大电路A（在这里是调整管）的净输入量=ΔVbe；
6. 正向增益A=d(Ve)/d(Vbe)=d(Ie×RL)/d(Vbe)=RL×d(Is×exp(Vbe/Ut(≈26mV)))/d(Vbe)=RL×Ie×1/Ut=Ue/Ut≈12V/0.026V=460；
7. 反馈系数f=(-ΔVb)/(ΔVe)=采样电路增益×(-误差放大增益)；根据上面分析，(1+Af)要>150，即
8. 一个要注意的问题是：你的电压基准要比较完美，不能有0.5%以上的电压波动；
9. 另一个要注意的问题是：注意反馈系统的稳定性，若震荡了，可以降低环路增益/或者将环路的第一极点（≈环路带宽）减小；

在实际设计上，若遇到什么问题，欢迎在下面积极提问~
若是仿真问题，请移步此贴提问：模拟电路仿真，推荐LTspice。简介，教程资料，以及答疑
本题在仿真中，可能会遇到的问题大概有：

1. 变压器如何建立器件模型；