模擬電子線路課程設(shè)計(共20頁)

1、太原理工大學(xué)信息學(xué)院模擬電子線路課程設(shè)計報告設(shè)計題目：串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與仿真（三檔可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與仿真）專業(yè)班級：學(xué)號：同組人：太原理工大學(xué)信息工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書專業(yè)班級電科1401班姓名 學(xué)號 設(shè)計周數(shù)指導(dǎo)教師 設(shè)計題目串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計及仿真（三檔可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與仿真）設(shè)計任務(wù)及主要設(shè)計參數(shù)1. 設(shè)計任務(wù)：設(shè)計制作一個多路輸出直流穩(wěn)壓電源，可將220V/50Hz交流電轉(zhuǎn)換為多路直流穩(wěn)壓電源。2. 技術(shù)指標(biāo)：輸入交流電壓：220V輸出直流電壓：3-6V,6-9V,9-12V設(shè)計要求及內(nèi)容1. 按題目要求設(shè)計電路，畫出電路圖，選擇元器件的型號、標(biāo)稱值和額定值，

2、并計算參數(shù)。2. 仿真調(diào)試設(shè)計電路，擬定設(shè)計步驟測試設(shè)計指標(biāo)，若測試結(jié)果不滿足設(shè)計指標(biāo)，需重新調(diào)整電路參數(shù)，使之達(dá)到設(shè)計指標(biāo)要求。3. 寫出設(shè)計、調(diào)試、測試指標(biāo)全過程的設(shè)計報告。4. 總結(jié)完成對該設(shè)計題目的體會。主要參考資料模擬電子線路課程設(shè)計指導(dǎo)書模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程楊素行高等教育出版社學(xué)生提交歸檔文件按題目要求進(jìn)行設(shè)計（總體方案設(shè)計、具體設(shè)計單元電路、元件參數(shù)選擇、計算、電路仿真），寫出設(shè)計報告，給出電路圖及實驗結(jié)果。指導(dǎo)教師簽名： 日期：目錄一、設(shè)計內(nèi)容21.1 設(shè)計題目21.2 設(shè)計目的21.3 設(shè)計要求21.4 技術(shù)指標(biāo)21.5 內(nèi)容摘要2二、電路原理圖及原理圖說明32.1電路原

3、理圖32.2電路各結(jié)構(gòu)及功能31. 電源變壓器32. 整流3 3. 電容濾波44 .基準(zhǔn)電壓45 .調(diào)整管46 .放大電路47. 采樣電阻4三、電路參數(shù)計算、元件選擇43.1 確定次級電壓43.2 確定整流濾波電路參數(shù)43.3 電容的選取53.4 調(diào)整管的選取53.5推動管的選取53.6確定基準(zhǔn)環(huán)節(jié)63.7 確定采樣電阻6四、電路仿真74.1 仿真電路圖74.2 輸出直流電壓范圍74.3 穩(wěn)壓系數(shù)12五、 實驗室電路實驗145.1 實驗室所用電路145.2 搭建電路145.3 實驗數(shù)據(jù)記錄15七、課設(shè)總結(jié)16八、 參考文獻(xiàn)17模擬電子線路課程設(shè)計一、設(shè)計內(nèi)容1.1 設(shè)計題目串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源1

4、.2 設(shè)計目的 1、學(xué)習(xí)電子系統(tǒng)設(shè)計的一般方法。 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)計直流穩(wěn)壓電源。 3、掌握穩(wěn)壓電源的主要性能參數(shù)。 4、掌握Multisim仿真軟件的應(yīng)用。 5、掌握常用元器件的識別與測試。 6、熟悉常用儀表，了解電路調(diào)試的基本方法。1.3 設(shè)計要求 1、穩(wěn)壓電路要加有放大環(huán)節(jié)以改善穩(wěn)定性。 2、輸出電壓在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。 3、要加有保護(hù)電路。1.4 技術(shù)指標(biāo)輸入電壓：220V/50Hz輸出直流電壓：36V，69V，912V可變輸出電壓 1.5 內(nèi)容摘要 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、

5、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)完成。 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。 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）。 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 流成份濾掉，保留其直流成份。 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。 6、根據(jù)設(shè)計的電路圖到實驗室選擇合適的元件進(jìn)行試驗。 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)。二、電路原理圖及原理圖說明2.1電路原

6、理圖直流穩(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： 根據(jù)以上給定的技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計直流穩(wěn)壓電源，確定整流濾波電路和穩(wěn)壓電 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。 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路原理圖2.2電路各結(jié)構(gòu)及功能1. 電源變壓器由于電網(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。2. 整流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

7、導(dǎo)電性能的整流元件，將正負(fù)交替的正選交流電壓整流為單方向的脈動電壓。但是，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)。3. 電容濾波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。4 .基準(zhǔn)電壓基準(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。5 .調(diào)整管調(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)整管的集電極電壓產(chǎn)生相應(yīng)的變化，使輸出電壓基本保

8、持穩(wěn)定。6 .放大電路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。7. 采樣電阻由電阻組成，當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化時，采樣電阻對變化量進(jìn)行采樣，并傳送到放大電路的基極。8 .過載保護(hù)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。三、電路參數(shù)計算、元件選擇3.1 確定次級電壓 由于要求調(diào)整管能夠工作在飽和區(qū)，需滿足Uimin= Uomax +(3-8)V;在本設(shè)計中，Uomax =12V，所以在這里設(shè)置Uimin=15V。 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 可取U2 = 12V左右； 則變壓器變比為：n1

9、/n2 = 220/12 = 183.2 電容的選取 ，為濾波電容放電電流，一般可取最大負(fù)載電流 ，為濾波電容上電壓在平均值上下的波動量 在電容濾波電路中，電容放電的時間常數(shù)=RC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470mf的大電容。 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 Ucmax = 1.1´1.414´U2 = 19V 可選耐壓19V容量為470的電解電容 3.3 調(diào)整管的選取 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 在調(diào)整管兩

10、側(cè)，則調(diào)整管應(yīng)滿足下列要求： 3.4確定電阻R1 基準(zhǔn)電路支路中的電阻R的作用是保證穩(wěn)壓管的工作電流比較合適，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05AZ2.2，1KW的電阻比較合適。3.5確定采樣電阻1），當(dāng)輸出檔為3-6V時： 假定采樣電阻中定值電阻R3為3KW左右，根據(jù) 當(dāng)最小時， （1） 當(dāng)最大時， （2） 電路中，測得穩(wěn)壓管兩端電壓為2.2V左右，運算時取2.2V。 通過（1），（2）式可以求得，滑動變阻器R4為3KW，定值電阻R2為3KW根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)，仿真時?。篟4（滑動變阻器）=0.85KW，R2=0.58KW，R3=0.86KW2

11、），當(dāng)輸出檔為6-9V時： 假定采樣電阻中定值電阻R7為1KW左右，根據(jù) 當(dāng)最小時， （3） 當(dāng)最大時， （4） 電路中，測得穩(wěn)壓管兩端電壓為2.2V左右，運算時取2.2V。 通過（3），（4）式可以求得，滑動變阻器R6為0.5KW，定值電阻R5為3KW根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)，仿真時?。篟（滑動變阻器）=0.12KW，R4=0.6KW，R5=0.245KW 3），當(dāng)輸出檔為9-12V時： 假定采樣電阻中定值電阻R10為1KW左右，根據(jù) 當(dāng)最小時， （5） 當(dāng)最大時， （6） 電路中，測得穩(wěn)壓管兩端電壓為2.2V左右，運算時取2.2V。 通過（5），（6）式可以求得，滑動變阻器R9為0.333KW，

12、定值電阻R8為4.67KW根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)，仿真時?。篟9（滑動變阻器）=0.09KW，R8=0.27KW，R6=1.05KW3.6 確定比較放大器 在本實驗中根據(jù)輸出的電壓，選擇放大器型號為：NJM2904M 四、電路仿真4.1 仿真電路圖圖1 直流穩(wěn)壓電源仿真圖4.2 輸出直流電壓范圍1）變壓器變壓電路圖及波形： 圖2 變壓器變壓電路圖 圖3 變壓器變壓后波形圖 2）橋式整流電路 圖4 橋式電路整流電路圖橋式整流電路整流后: 圖5 橋式電路整流后波形圖3）電容濾波后：圖6 濾波電路圖 圖7 濾波后波形圖4):1.當(dāng)閉合開關(guān)1，此時輸出電壓為36V：當(dāng)滑動變阻器最大時（圖中為100），輸出

13、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 。 仿真結(jié)果如圖： 圖8 3-6V檔最小電壓圖 圖6 3-6V檔最大電壓圖2.當(dāng)閉合開關(guān)2，此時輸出電壓為69V：當(dāng)滑動變阻器最大時（圖中為100），輸出電壓有最小值Uomin = 6.035V，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 。 仿真結(jié)果如圖： 圖7 6-9V 檔最小電壓圖 圖8 6-9V 檔最大電壓圖3.當(dāng)閉合開關(guān)3，此時輸出電壓為912V：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

14、阻器最小時(途中為0)，輸出電壓有最大值Uomax =11.914V 。 仿真結(jié)果如圖： 圖9 9-12V 檔最小電壓圖圖10 9-12V 檔最大電壓圖4.當(dāng)接負(fù)載RL = 1KW-10KW，測量輸出電壓（以9-12V為例）打開開關(guān)1： 當(dāng)RL=2.5KW，此時，Uomin =8.938 V， 仿真結(jié)果： 當(dāng)RL=8KW，此時， Uomin =8.935V 仿真結(jié)果： 可見當(dāng)負(fù)載變化時輸出電壓較穩(wěn)定。4.3 穩(wěn)壓系數(shù)電網(wǎng)電壓220V時，取最大值，電網(wǎng)電壓220V時，輸出電壓Uo = 3.058V。仿真結(jié)果：電網(wǎng)電壓250V時，輸出電壓Uo = 3.088V。仿真結(jié)果：則穩(wěn)壓系數(shù)Sr = (DU

15、o/Uo)/(Ui/Ui) = (-(3.058-3.088)/3.058)V/(250-220)/220)V = 7.20%。可見，電路的輸出電壓較穩(wěn)定，隨輸入電壓變化較小。 5、 實驗室電路實驗5.1 實驗室所用電路5.2 搭建電路實驗器材：220V交流電源，變壓器，二極管，調(diào)整管3DD15，電阻 100,1k ,電容0.01F，2200F,三極管9013，穩(wěn)壓管DW，電位器， 若干導(dǎo)線，萬用表。 實驗所用電路5.3 實驗數(shù)據(jù)記錄調(diào)整電位器時，最大輸出電壓為Uomax = 22.5V最小輸出電壓為Uomin = 17.5V 不帶負(fù)載時的輸出電壓 帶負(fù)載時的輸出電壓 電路工作時兩個三極管的各

16、極電壓ebcT1(v)22.723.323.5T2(v)5.86.723.3根據(jù)實驗數(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)。七、課設(shè)總結(jié)課程設(shè)計使我們能夠?qū)λ鶎W(xué)知識學(xué)以致用，并且能夠去根據(jù)實際問題找出解決方案，這是很寶貴的經(jīng)驗。通過這次實驗：得出了以下結(jié)論：1. 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。2. 設(shè)計中要注意使調(diào)整管正常工作。3.實際情況中穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值只在標(biāo)值附近。而且，通過仿真實驗可以發(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。4. 在仿真電路中當(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。但搭建的實際電路時，當(dāng)外接