模拟电子线路课程设计.docx

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模拟电子线路课程设计

太原理工大学信息学院

《模拟电子线路》课程设计报告

设计题目：

串联型直流稳压电源的设计与仿真

（三档可调直流稳压电源的设计与仿真）

专业班级：

学号：

同组人：

太原理工大学信息工程学院

课程设计任务书

专业班级

电科1401班姓名学号

设计周数

指导教师

设计题目

串联型直流稳压电源的设计及仿真（三档可调直流稳压电源的设计与仿真）

设计任务及主要设计参数

1.设计任务：

设计制作一个多路输出直流稳压电源，可将220V/50Hz交流电转换为多路直流稳压电源。

2.技术指标：

输入交流电压：

220V

输出直流电压：

3-6V,6-9V,9-12V

设计要求及内容

1.按题目要求设计电路，画出电路图，选择元器件的型号、标称值和额定值，并计算参数。

2.仿真调试设计电路，拟定设计步骤测试设计指标，若测试结果不满足设计指标，需重新调整电路参数，使之达到设计指标要求。

3.写出设计、调试、测试指标全过程的设计报告。

4.总结完成对该设计题目的体会。

主要参考资料

模拟电子线路课程设计指导书

模拟电子技术基础简明教程杨素行高等教育出版社

学生提交归档文件

按题目要求进行设计（总体方案设计、具体设计单元电路、元件参数选择、计算、电路仿真），写出设计报告，给出电路图及实验结果。

指导教师签名：

日期：

一、设计内容2

设计题目2

设计目的2

设计要求2

技术指标2

内容摘要2

二、电路原理图及原理图说明3

电路原理图3

电路各结构及功能3

1.电源变压器3

2.整流3

3.电容滤波4

4.基准电压4

5.调整管4

6.放大电路4

7.采样电阻4

三、电路参数计算、元件选择4

确定次级电压4

确定整流滤波电路参数4

电容的选取5

调整管的选取5

推动管的选取5

确定基准环节6

确定采样电阻6

四、电路仿真7

仿真电路图7

输出直流电压范围7

稳压系数

12

五、实验室电路实验14

实验室所用电路14

搭建电路14

实验数据记录15

七、课设总结16

八、参考文献17

模拟电子线路课程设计

一、设计内容

设计题目

串联型直流稳压电源

设计目的

1、学习电子系统设计的一般方法。

2、学会选择变压器、整流二极管、滤波电容及三极管来设计直流稳压电源。

3、掌握稳压电源的主要性能参数。

4、掌握Multisim仿真软件的应用。

5、掌握常用元器件的识别与测试。

6、熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法。

设计要求

1、稳压电路要加有放大环节以改善稳定性。

2、输出电压在一定范围内连续可调。

3、要加有保护电路。

技术指标

输入电压：

220V/50Hz

输出直流电压：

3—6V，6—9V，9—12V可变输出电压

内容摘要

1、直流稳压电源是一种将220V的交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节完成。

2、电网提供的交流电压一般是220V（有效值）50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低至所需要交流电压。

3、降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。

4、脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。

5、滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。

6、根据设计的电路图到实验室选择合适的元件进行试验。

7、报告中给出电路原理图以及元件选择，最后给出元件参数以及参考文献。

二、电路原理图及原理图说明

电路原理图

直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，如图所示：

根据以上给定的技术指标，设计直流稳压电源，确定整流滤波电路和稳压电

路两本部分的电路方案和元器件的参数，保证电源能正常工作。

下图为仿真电路图。

串联型直流稳压电路原理图

电路各结构及功能

1.电源变压器

由于电网提供的交流电一般为220V（或380V），而各种电子设备所需要直流电压的幅值却各不相同。

因此，常常需要将电网电压先经过电源变压器，然后将变换以后的二次电压再去整流，滤波，和稳压，最后得到所需要的直流电压幅值。

2.整流

本电路图采用单向桥式整流电路，有四个相同的二极管组成。

整流电路的作用是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正选交流电压整流为单方向的脉动电压。

但是，这种单向脉动电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差的很远。

3.电容滤波

整流电路虽然可将交流电变成直流电，但其脉动成分较大，在一些要求直流电平滑的场合是不适用的，需加上滤波电路，以减小整流后直流电中的脉动成分。

4.基准电压

基准电压由稳压管

提供，接在比较放大器的发射极。

稳压管和电阻

组成稳压电路。

由于所加负载的不同，负载会电阻发生变化，并且电网电压也会有上下波动，稳压电路可以保持输出电压的基本稳定。

5.调整管

调整管由功率管

和推动管

组成，当输出电压

发生波动时，调整管的集电极电压产生相应的变化，使输出电压基本保持稳定。

6.放大电路

比较放大器

的作用是将采样电阻送来的变化量进行放大，然后传送到调整管的基极。

7.采样电阻

由电阻

组成，当输出电压发生变化时，采样电阻对变化量进行采样，并传送到放大电路的基极。

8.过载保护

过载保护电路由三极管

和电阻

组成，其作用时防止电路中电流过大损坏电路。

三、电路参数计算、元件选择

确定次级电压

由于要求调整管能够工作在饱和区，需满足

Uimin=Uomax+（3-8）V;

在本设计中，Uomax=12V，所以在这里设置Uimin=15V。

为对应电网电压最低值（下降10%）时的整流输出值，有桥式整流的估算公式可得

可取U2=12V左右；则变压器变比为：

n1/n2=220/12=18

电容的选取

，

为滤波电容放电电流，一般可取最大负载电流

，为滤波电容上电压在平均值上下的波动量

在电容滤波电路中，电容放电的时间常数

=RC愈大，放电过程愈慢，则输出直流电压愈高，同时脉动成分也愈小，即滤波效果愈好。

所以应该选择大容量的电容作为滤波电容。

在这里我们选择470f的大电容。

选择耐压值应考虑电网电压最高，负载电流最小的最不利情况，即

Ucmax=U2=19V

可选耐压19V容量为470

的电解电容

调整管的选取

考虑到电网电压波动到最高值，负载短路时，整流滤波输出电压全部加

在调整管两侧，则调整管应满足下列要求：

确定电阻R1

基准电路支路中的电阻R的作用是保证稳压管的工作电流比较合适，通常使得稳压管中的电流略大于其最小参考电流值Imin，在这里，根据稳压管的型号，1K的电阻比较合适。

确定采样电阻

1），当输出档为3-6V时：

假定采样电阻中定值电阻R3为3K左右，根据

当

最小时，

（1）

当

最大时，

（2）

电路中，测得稳压管两端电压为左右，运算时取。

通过

（1），

（2）式可以求得，滑动变阻器R4为3K，定值电阻R2为3K

根据给定的技术指标，仿真时取：

R4（滑动变阻器）=，R2=，R3=

2），当输出档为6-9V时：

假定采样电阻中定值电阻R7为1K左右，根据

当

最小时，

（3）

当

最大时，

（4）

电路中，测得稳压管两端电压为左右，运算时取。

通过（3），（4）式可以求得，滑动变阻器R6为，定值电阻R5为3K

根据给定的技术指标，仿真时取：

R（滑动变阻器）=，R4=，R5=

3），当输出档为9-12V时：

假定采样电阻中定值电阻R10为1K左右，根据

当

最小时，

（5）

当

最大时，

（6）

电路中，测得稳压管两端电压为左右，运算时取。

通过（5），（6）式可以求得，滑动变阻器R9为，定值电阻R8为

根据给定的技术指标，仿真时取：

R9（滑动变阻器）=，R8=，R6=

确定比较放大器

在本实验中根据输出的电压，选择放大器型号为：

NJM2904M

四、电路仿真

仿真电路图

图1直流稳压电源仿真图

输出直流电压范围

1）变压器变压电路图及波形：

图2变压器变压电路图

图3变压器变压后波形图

2）桥式整流电路

图4桥式电路整流电路图

桥式整流电路整流后:

图5桥式电路整流后波形图

3）电容滤波后：

图6滤波电路图

图7滤波后波形图

4）:

1.当闭合开关1，此时输出电压为3—6V：

当滑动变阻器最大时（图中为100％），输出电压有最小值Uomin=，当滑动变阻器最小时（途中为0％），输出电压有最大值Uomax=。

仿真结果如图：

图83-6V档最小电压图

图63-6V档最大电压图

2.当闭合开关2，此时输出电压为6—9V：

当滑动变阻器最大时（图中为100％），输出电压有最小值Uomin=，当滑动变阻器最小时（途中为0％），输出电压有最大值Uomax=。

仿真结果如图：

图76-9V档最小电压图

图86-9V档最大电压图

3.当闭合开关3，此时输出电压为9—12V：

当滑动变阻器最大时（图中为100％），输出电压有最小值Uomin=，当滑动变阻器最小时（途中为0％），输出电压有最大值Uomax=。

仿真结果如图：

图99-12V档最小电压图

图109-12V档最大电压图

4.当接负载RL=1K-10K，测量输出电压（以9-12V为例）

打开开关1：

当RL=，此时，Uomin=V，

仿真结果：

当RL=8K，此时，Uomin=

仿真结果：

可见当负载变化时输出电压较稳定。

稳压系数

电网电压220V时，

取最大值，电网电压220V时，输出电压Uo=。

仿真结果：

电网电压250V时，输出电压Uo=。

仿真结果：

则稳压系数

Sr=（Uo/Uo）/（Ui/Ui）=（-=%。

可见，电路的输出电压较稳定，随输入电压变化较小。

5、实验室电路实验

实验室所用电路

搭建电路

实验器材：

220V交流电源，变压器，二极管，调整管3DD15，电阻100Ω,1kΩ,电容μF，2200μF,三极管9013，稳压管DW，电位器，若干导线，万用表。

实验所用电路

实验数据记录

调整电位器

时，最大输出电压为Uomax=

最小输出电压为Uomin=

不带负载时的输出电压

带负载时的输出电压

电路工作时两个三极管的各极电压

e

b

c

T1（v）

T2（v）

根据实验数据显示，电路输出电压连续可调，符合所要求的技术指标。

七、课设总结

课程设计使我们能够对所学知识学以致用，并且能够去根据实际问题找出解决方案，这是很宝贵的经验。

通过这次实验：

得出了以下结论：

1.串联型直流稳压电源包括变压，整流，滤波，稳压四个部分构成。

2.设计中要注意使调整管正常工作。

3.实际情况中稳压管的稳压值只在标值附近。

而且，通过仿真实验可以发现，滤波电容越大，不仅使得输出电压脉动成分小，更加接近直流。

而且，选择大的滤波电容，使得稳压管两端的稳压值与理论值越接近。

4.在仿真电路中当改变输入电压或者外接负载电阻的时候，输出电压只发生很小的变化。

说明理想情况下输出的电压是稳定的。

但搭建的实际电路时，当外接负载电阻的时候，输出电压会有较大的变化。

5.当电路发生故障时首先要看稳压管两端电压是否正常。

在课程设计实践的过程中，锻炼了我查阅资料、选取设计方案和模拟电路理论设计的能力，也培养了我实验和调试的能力。

最后，在与同组人进行讨论的过程中，我明白了团队合作的重要性，学会了如何与人合作，以达到相互学习，相互提高的目的。

8、参考文献

1、《模拟电子技术基础简明教程（第三版）》，杨素行主编，清华大学电子学教研组编，高等教育出版社。

2、《电子线路设计实验测试（第三版）》，谢子美主编，华中科技大学出版社

3、《电子技术常用器件手册》