模擬電子線路課程設(shè)計(jì)-串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與仿真

1、<p>　　太原理工大學(xué)信息學(xué)院</p><p>　　《模擬電子線路》課程設(shè)計(jì)報告</p><p>　　設(shè)計(jì)題目：串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與仿真</p><p>　?。ㄈ龣n可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與仿真）</p><p>　　專業(yè)班級：學(xué)號：同組人：</p><p>　　太原理工大學(xué)信息工程學(xué)院</p&g

2、t;<p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 日期：</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)內(nèi)容2</b></p><p>　

3、　1.1 設(shè)計(jì)題目2</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)目的2</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)要求2</p><p>　　1.4 技術(shù)指標(biāo)2</p><p>　　1.5 內(nèi)容摘要2</p><p>　　二、電路原理圖及原理圖說明3</p><p>　　2.1電路原理圖3</p

4、><p>　　2.2電路各結(jié)構(gòu)及功能3</p><p>　　1. 電源變壓器3</p><p><b>　　2. 整流3</b></p><p><b>　　3. 電容濾波4</b></p><p><b>　　4 .基準(zhǔn)電壓4</b></p

5、><p><b>　　5 .調(diào)整管4</b></p><p><b>　　6 .放大電路4</b></p><p><b>　　7. 采樣電阻4</b></p><p>　　三、電路參數(shù)計(jì)算、元件選擇4</p><p>　　3.1 確定次級電壓4&

6、lt;/p><p>　　3.2 確定整流濾波電路參數(shù)4</p><p>　　3.3 電容的選取5</p><p>　　3.4 調(diào)整管的選取5</p><p>　　3.5推動管的選取5</p><p>　　3.6確定基準(zhǔn)環(huán)節(jié)6</p><p>　　3.7 確定采樣電阻6</p>

7、<p><b>　　四、電路仿真7</b></p><p>　　4.1 仿真電路圖7</p><p>　　4.2 輸出直流電壓范圍7</p><p>　　4.3 穩(wěn)壓系數(shù)12</p><p>　　五、 實(shí)驗(yàn)室電路實(shí)驗(yàn)14</p><p>　　5.1 實(shí)驗(yàn)室所用電路14&l

8、t;/p><p>　　5.2 搭建電路14</p><p>　　5.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄15</p><p><b>　　七、課設(shè)總結(jié)16</b></p><p>　　八、 參考文獻(xiàn)17</p><p>　　模擬電子線路課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、設(shè)

9、計(jì)內(nèi)容</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)題目</b></p><p><b>　　串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源</b></p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　1、學(xué)習(xí)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法。</p><p

10、>　　2、學(xué)會選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及三極管來設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　3、掌握穩(wěn)壓電源的主要性能參數(shù)。</p><p>　　4、掌握Multisim仿真軟件的應(yīng)用。</p><p>　　5、掌握常用元器件的識別與測試。</p><p>　　6、熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法。</p><

11、;p><b>　　1.3 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1、穩(wěn)壓電路要加有放大環(huán)節(jié)以改善穩(wěn)定性。</p><p>　　2、輸出電壓在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。</p><p>　　3、要加有保護(hù)電路。</p><p><b>　　1.4 技術(shù)指標(biāo)</b></p><p&g

12、t;　　輸入電壓：220V/50Hz</p><p>　　輸出直流電壓：3—6V，6—9V，9—12V可變輸出電壓 </p><p><b>　　1.5 內(nèi)容摘要</b></p><p>　　1、直流穩(wěn)壓電源是一種將220V的交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的 裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)完成。</p>

13、;<p>　　2、電網(wǎng)提供的交流電壓一般是220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首 先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低至所需要交流電壓。</p><p>　　3、降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即 脈動大）。</p><p>　　4、脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交 流成份

14、濾掉，保留其直流成份。</p><p>　　5、濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響 的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負(fù)載RL。</p><p>　　6、根據(jù)設(shè)計(jì)的電路圖到實(shí)驗(yàn)室選擇合適的元件進(jìn)行試驗(yàn)。</p><p>　　7、報告中給出電路原理圖以及元件選擇，最后給出元件參數(shù)以及參考 文獻(xiàn)。</p>

15、<p>　　二、電路原理圖及原理圖說明</p><p><b>　　2.1電路原理圖</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成， 如圖所示：</p><p>　　根據(jù)以上給定的技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源，確定整流濾波電路和穩(wěn)壓電</p><p>　

16、　路兩本部分的電路方案和元器件的參數(shù)，保證電源能正常工作。下圖為仿真 電路圖。</p><p>　　串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路原理圖</p><p>　　2.2電路各結(jié)構(gòu)及功能</p><p><b>　　1. 電源變壓器</b></p><p>　　由于電網(wǎng)提供的交流電一般為220V（或380V），而各種電子設(shè)備所需要

17、直流電壓的幅值卻各不相同。因此，常常需要將電網(wǎng)電壓先經(jīng)過電源變壓器，然后將變換以后的二次電壓再去整流，濾波，和穩(wěn)壓，最后得到所需要的直流電壓幅值。</p><p><b>　　2. 整流</b></p><p>　　本電路圖采用單向橋式整流電路，有四個相同的二極管組成。整流電路的作用是利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟瑢⒄?fù)交替的正選交流電壓整流為單方向的脈動電壓。但是

18、，這種單向脈動電壓往往包含著很大的脈動成分，距離理想的直流電壓還差的很遠(yuǎn)。</p><p><b>　　3. 電容濾波</b></p><p>　　整流電路雖然可將交流電變成直流電，但其脈動成分較大，在一些要求直流電平滑的場合是不適用的，需加上濾波電路，以減小整流后直流電中的脈動成分。</p><p><b>　　4 .基準(zhǔn)電壓<

19、;/b></p><p>　　基準(zhǔn)電壓由穩(wěn)壓管提供，接在比較放大器的發(fā)射極。穩(wěn)壓管和電阻組成穩(wěn)壓電路。由于所加負(fù)載的不同，負(fù)載會電阻發(fā)生變化，并且電網(wǎng)電壓也會有上下波動，穩(wěn)壓電路可以保持輸出電壓的基本穩(wěn)定。</p><p><b>　　5 .調(diào)整管</b></p><p>　　調(diào)整管由功率管和推動管組成，當(dāng)輸出電壓發(fā)生波動時，調(diào)整管的集電

20、極電壓產(chǎn)生相應(yīng)的變化，使輸出電壓基本保持穩(wěn)定。</p><p><b>　　6 .放大電路</b></p><p>　　比較放大器的作用是將采樣電阻送來的變化量進(jìn)行放大，然后傳送到調(diào)整管的基極。</p><p><b>　　7. 采樣電阻</b></p><p>　　由電阻組成，當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化時

21、，采樣電阻對變化量進(jìn)行采樣，并傳送到放大電路的基極。</p><p><b>　　8 .過載保護(hù)</b></p><p>　　過載保護(hù)電路由三極管和電阻組成，其作用時防止電路中電流過大損壞電路。</p><p>　　三、電路參數(shù)計(jì)算、元件選擇</p><p>　　3.1 確定次級電壓</p><p&g

22、t;　　由于要求調(diào)整管能夠工作在飽和區(qū)，需滿足</p><p>　　Uimin= Uomax +(3-8)V;</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，Uomax =12V，所以在這里設(shè)置Uimin=15V。</p><p>　　為對應(yīng)電網(wǎng)電壓最低值（下降10%）時的整流輸出值，有橋式整 流的估算公式可得</p><p>　　可取U2

23、 = 12V左右； 則變壓器變比為：n1/n2 = 220/12 = 18</p><p><b>　　3.2 電容的選取</b></p><p>　　，為濾波電容放電電流，一般可取最大負(fù)載電流</p><p>　　，為濾波電容上電壓在平均值上下的波動量</p><p>　　在電容濾波電路中，電容放電的時間常數(shù)=R

24、C愈大，放電過程愈慢，則輸出直流電壓愈高，同時脈動成分也愈小，即濾波效果愈好。所以應(yīng)該選擇大容 量的電容作為濾波電容。在這里我們選擇470f的大電容。</p><p>　　選擇耐壓值應(yīng)考慮電網(wǎng)電壓最高，負(fù)載電流最小的最不利情況，即</p><p>　　Ucmax = 1.11.414U2 = 19V</p><p>　　可選耐壓19V容量為470的電解電容</

25、p><p>　　3.3 調(diào)整管的選取</p><p>　　考慮到電網(wǎng)電壓波動到最高值，負(fù)載短路時，整流濾波輸出電壓全部加</p><p>　　在調(diào)整管兩側(cè)，則調(diào)整管應(yīng)滿足下列要求：</p><p><b>　　3.4確定電阻R1</b></p><p>　　基準(zhǔn)電路支路中的電阻R的作用是保證穩(wěn)壓管的工

26、作電流比較合適，通常使得穩(wěn)壓管中的電流略大于其最小參考電流值Imin，在這里，根據(jù)穩(wěn)壓管的型號05AZ2.2，1K的電阻比較合適。</p><p><b>　　3.5確定采樣電阻</b></p><p>　　1），當(dāng)輸出檔為3-6V時：</p><p>　　假定采樣電阻中定值電阻R3為3K左右，根據(jù) </p><p>　

27、　當(dāng)最小時， （1）</p><p>　　當(dāng)最大時， （2）</p><p>　　電路中，測得穩(wěn)壓管兩端電壓為2.2V左右，運(yùn)算時取2.2V。</p><p>　　通過（1），（2）式可以求得，滑動變阻器R4為3K，定值電阻R2為3K</p>

28、<p>　　根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)，仿真時?。?lt;/p><p>　　R4（滑動變阻器）=0.85K，R2=0.58K，R3=0.86K</p><p>　　2），當(dāng)輸出檔為6-9V時：</p><p>　　假定采樣電阻中定值電阻R7為1K左右，根據(jù) </p><p>　　當(dāng)最小時，

29、 （3）</p><p>　　當(dāng)最大時， （4）</p><p>　　電路中，測得穩(wěn)壓管兩端電壓為2.2V左右，運(yùn)算時取2.2V。</p><p>　　通過（3），（4）式可以求得，滑動變阻器R6為0.5K，定值電阻R5為3K</p><p>　　根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)，仿真時?。?lt;/p

30、><p>　　R（滑動變阻器）=0.12K，R4=0.6K，R5=0.245K</p><p>　　3），當(dāng)輸出檔為9-12V時：</p><p>　　假定采樣電阻中定值電阻R10為1K左右，根據(jù) </p><p>　　當(dāng)最小時， （5）</p><p>　　當(dāng)最大

31、時， （6）</p><p>　　電路中，測得穩(wěn)壓管兩端電壓為2.2V左右，運(yùn)算時取2.2V。</p><p>　　通過（5），（6）式可以求得，滑動變阻器R9為0.333K，定值電阻R8為4.67K</p><p>　　根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)，仿真時取：</p><p>　　R9（滑動變阻器）

32、=0.09K，R8=0.27K，R6=1.05K</p><p>　　3.6 確定比較放大器</p><p>　　在本實(shí)驗(yàn)中根據(jù)輸出的電壓，選擇放大器型號為：NJM2904M</p><p><b>　　四、電路仿真</b></p><p><b>　　4.1 仿真電路圖</b></p>

33、<p>　　圖1 直流穩(wěn)壓電源仿真圖</p><p>　　4.2 輸出直流電壓范圍</p><p>　　1）變壓器變壓電路圖及波形：</p><p>　　圖2 變壓器變壓電路圖</p><p>　　圖3 變壓器變壓后波形圖</p><p><b>　　2）橋式整流電路</b>&

34、lt;/p><p>　　圖4 橋式電路整流電路圖</p><p>　　橋式整流電路整流后:</p><p>　　圖5 橋式電路整流后波形圖</p><p><b>　　3）電容濾波后：</b></p><p><b>　　圖6 濾波電路圖</b></p>&l

35、t;p>　　圖7 濾波后波形圖</p><p><b>　　4):</b></p><p>　　1.當(dāng)閉合開關(guān)1，此時輸出電壓為3—6V：</p><p>　　當(dāng)滑動變阻器最大時（圖中為100％），輸出電壓有最小值Uomin = 3.058V，當(dāng)滑動變阻器最小時(途中為0％)，輸出電壓有最大值Uomax =6.078V 。</p&

36、gt;<p><b>　　仿真結(jié)果如圖：</b></p><p>　　圖8 3-6V檔最小電壓圖</p><p>　　圖6 3-6V檔最大電壓圖</p><p>　　2.當(dāng)閉合開關(guān)2，此時輸出電壓為6—9V：</p><p>　　當(dāng)滑動變阻器最大時（圖中為100％），輸出電壓有最小值Uomin = 6.03

37、5V，當(dāng)滑動變阻器最小時(途中為0％)，輸出電壓有最大值Uomax =8.989V 。</p><p><b>　　仿真結(jié)果如圖：</b></p><p>　　圖7 6-9V 檔最小電壓圖</p><p>　　圖8 6-9V 檔最大電壓圖</p><p>　　3.當(dāng)閉合開關(guān)3，此時輸出電壓為9—12V：</p&

38、gt;<p>　　當(dāng)滑動變阻器最大時（圖中為100％），輸出電壓有最小值Uomin = 8.938V，當(dāng)滑動變阻器最小時(途中為0％)，輸出電壓有最大值Uomax =11.914V 。</p><p><b>　　仿真結(jié)果如圖：</b></p><p>　　圖9 9-12V 檔最小電壓圖</p><p>　　圖10 9-12V

39、 檔最大電壓圖</p><p>　　4.當(dāng)接負(fù)載RL = 1K-10K，測量輸出電壓（以9-12V為例）</p><p><b>　　打開開關(guān)1：</b></p><p>　　當(dāng)RL=2.5K，此時，Uomin =8.938 V， </p><p><b>　　仿真結(jié)果：</b></p>

40、<p>　　當(dāng)RL=8K，此時， Uomin =8.935V</p><p><b>　　仿真結(jié)果：</b></p><p>　　可見當(dāng)負(fù)載變化時輸出電壓較穩(wěn)定。</p><p><b>　　4.3 穩(wěn)壓系數(shù)</b></p><p>　　電網(wǎng)電壓220V時，取最大值，電網(wǎng)電壓220V

41、時，輸出電壓Uo = 3.058V。</p><p><b>　　仿真結(jié)果：</b></p><p>　　電網(wǎng)電壓250V時，輸出電壓Uo = 3.088V。仿真結(jié)果：</p><p><b>　　則穩(wěn)壓系數(shù)</b></p><p>　　Sr = (Uo/Uo)/(Ui/Ui) = (-(3.058

42、-3.088)/3.058)V/((250-220)/220)V = 7.20%。</p><p>　　可見，電路的輸出電壓較穩(wěn)定，隨輸入電壓變化較小。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)室電路實(shí)驗(yàn)</b></p><p>　　5.1 實(shí)驗(yàn)室所用電路</p><p><b>　　5.2 搭建電路</b>

43、;</p><p>　　實(shí)驗(yàn)器材：220V交流電源，變壓器，二極管，調(diào)整管3DD15，電阻 100Ω,1k Ω,電容0.01μF，2200μF,三極管9013，穩(wěn)壓管DW，電位器， 若干導(dǎo)線，萬用表。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)所用電路</b></p><p>　　5.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記

44、錄</p><p>　　調(diào)整電位器時，最大輸出電壓為Uomax = 22.5V</p><p>　　最小輸出電壓為Uomin = 17.5V</p><p>　　不帶負(fù)載時的輸出電壓</p><p><b>　　帶負(fù)載時的輸出電壓</b></p><p>　　電路工作時兩個三極管的各極電壓<

45、/p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，電路輸出電壓連續(xù)可調(diào)，符合所要求的技術(shù)指標(biāo)。</p><p><b>　　七、課設(shè)總結(jié)</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)使我們能夠?qū)λ鶎W(xué)知識學(xué)以致用，并且能夠去根據(jù)實(shí)際問題找出解決方案，這是很寶貴的經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　通過這次實(shí)驗(yàn)：得出了以下結(jié)論：</p><

46、;p>　　串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源包括變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓四個部分構(gòu)成。</p><p>　　設(shè)計(jì)中要注意使調(diào)整管正常工作。</p><p>　　3.實(shí)際情況中穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值只在標(biāo)值附近。而且，通過仿真實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，濾波電容越大，不僅使得輸出電壓脈動成分小，更加接近直流。而且，選擇大的濾波電容，使得穩(wěn)壓管兩端的穩(wěn)壓值與理論值越接近。</p><p>　　4. 在仿

47、真電路中當(dāng)改變輸入電壓或者外接負(fù)載電阻的時候，輸出電壓只發(fā)生很小的變化。說明理想情況下輸出的電壓是穩(wěn)定的。但搭建的實(shí)際電路時，當(dāng)外接負(fù)載電阻的時候，輸出電壓會有較大的變化。</p><p>　　5.當(dāng)電路發(fā)生故障時首先要看穩(wěn)壓管兩端電壓是否正常。</p><p>　　在課程設(shè)計(jì)實(shí)踐的過程中，鍛煉了我查閱資料、選取設(shè)計(jì)方案和模擬電路理論設(shè)計(jì)的能力，也培養(yǎng)了我實(shí)驗(yàn)和調(diào)試的能力。最后，在與同組人

48、進(jìn)行討論的過程中，我明白了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，學(xué)會了如何與人合作，以達(dá)到相互學(xué)習(xí)，相互提高的目的。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程（第三版）》，楊素行主編，清華大學(xué)電子學(xué)教研組編，高等教育出版社。</p><p>　　2、《電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測試（第三版）》，謝子美主編，華中科技大學(xué)