義烏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ( 2007 屆 ) 題目 ： 基于 流穩(wěn)壓電源 仿真實(shí)驗(yàn)研究 系 別 計(jì)算機(jī)工程系 專(zhuān) 業(yè) 計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用 班 級(jí) 04計(jì)（ 2）班 學(xué)生姓名 王嬌嬌 學(xué) 號(hào) 04111201 導(dǎo)師姓名 張恩沛 成 績(jī) 2007 年 5 月 25日 1 目 錄 摘要 2 一、引言 3 二、基本原理 3 三、整流電路 3 （一）單相半波整流電路 4 4 （二）橋式全波整流電路 5 5 整流電路仿真實(shí)驗(yàn) 6 7 四、濾波電路 8 （一）橋式整流濾波電路 8 8 8 9 10 五、穩(wěn)壓電路 10 （一）穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 11 11 （二）具有放大環(huán)節(jié)串聯(lián)穩(wěn)壓電路 12 12 13 六、集成穩(wěn)壓電路 14 七、總結(jié) 14 參考文獻(xiàn) 15 致謝 16 2 基于 流穩(wěn)壓電源仿真實(shí)驗(yàn)研究 計(jì)算機(jī)工程系 04 計(jì) 2 班 王嬌嬌 指導(dǎo)教師：張恩沛 摘 要 :采用常規(guī)方法對(duì)整流、濾波和穩(wěn)壓電路進(jìn)行分析研究，通常比較困難。而采用基于 真實(shí)驗(yàn)方法則很簡(jiǎn)單，特別是波 形分析非常直觀形象。通過(guò)軟硬結(jié)合、虛實(shí)兼容，模擬電源工作方式，進(jìn)行直流穩(wěn)壓電源的實(shí)驗(yàn)研究，既準(zhǔn)確又便捷，收到了事半功倍的效果。 關(guān)鍵詞 : 直流穩(wěn)壓電源 實(shí)驗(yàn) 仿真 3 一 、 引 言 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科研和教學(xué)工作中，主要采用交流電源，但在電解、電鍍、蓄電池的充電、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域，都需要用直流電源供電。另外，在電子儀器儀表、計(jì)算機(jī)和控制裝置中，還需要質(zhì)量較高的穩(wěn)壓電源。為了得到直流電源，除了采用直流發(fā)電機(jī)、電池等直流電源外，目前廣泛采用各種半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源供電。 本課題以常用的直流穩(wěn)壓電源為例，通過(guò)對(duì)直流穩(wěn)壓電源的整流、濾波和穩(wěn)壓電路的分析，提出了采用基于 別是波形分析非常直觀形象。通過(guò)軟硬結(jié)合、虛實(shí)兼容，模擬電源工作方式，進(jìn)行直流穩(wěn)壓電源的實(shí)驗(yàn)研究，既準(zhǔn)確又便捷，收到了事半功倍的效果。 二、基本原理 直流電源是非常重要的電源，它們通常是由電池或是交流電轉(zhuǎn)變而成的。將交流電轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的直流電，需要經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓幾個(gè)過(guò)程，如圖 1所示。 圖 1 直流穩(wěn)壓電源框圖 1、電源變壓器：將標(biāo)準(zhǔn)交流電源電壓變換為符 合整流需要的交流電壓（一般為降壓）。 2、整流電路： 利用二極管等整流器件的單向?qū)щ娞匦?，將交流電壓變換為單向脈動(dòng)電壓。 3、濾波電路： 減小整流電壓的脈動(dòng)程度，以適合穩(wěn)壓電路的需要。 4、穩(wěn)壓電路： 在交流電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)，使直流輸出電壓穩(wěn)定。 變壓器的作用是將電網(wǎng)供給的 220流電路就是將交流電變換成單方向的直流電，其特點(diǎn)是方向不變，而大小卻隨時(shí)間波這種直流電稱(chēng)為脈動(dòng)直流電。濾波電路是將脈動(dòng)的直流電壓變?yōu)槠街钡拿}動(dòng)小的直流電壓。穩(wěn)壓電路使輸出的直流電壓 在交流電源或負(fù)載變動(dòng)時(shí)，能夠保持基本穩(wěn)定。 三、整流電路 整流主要是利用二極管的單向?qū)щ娦?，將交流電變換成單方向的脈動(dòng)直流電。 4 根據(jù)輸出電壓的波形，整流可分為半波整流和全波整流。 （一）單相半波整流電路 半波整流電路如圖 2所示，圖中變壓器的一次側(cè)為 220整流二極管， 相半波整流電路圖與波形圖，如圖 2所示。 圖 2 單相半波整流電路與波形圖 仿真實(shí)驗(yàn)一 單相半波整流電路 實(shí)驗(yàn)步驟： (1)啟動(dòng) 成單相半波整流電路，如圖 3所示。 圖 3 單相半波整流仿真電路 5 (2)打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)，觀察半波整流電路輸入、輸出波形如圖 4所示。 圖 4 半波整流輸入、輸出波形 設(shè)變壓器二次側(cè)電壓為 出電壓為 于 此分析電路時(shí)可忽略二極管導(dǎo)通壓降，將二極管當(dāng)作理想開(kāi)關(guān)來(lái)看待，半波整流電路的工作原理分析如下： 當(dāng) 時(shí)， 通相當(dāng)于短路，則 實(shí)驗(yàn)可知， ，濾波效果好，一般選 C (3T/中 T=20交流電源的周期。電容濾波一般適合于負(fù)載電流較小的場(chǎng)合。 2、電感濾波 利用電感對(duì)交流電流阻抗大的特性，在整流電路與負(fù)載間串接電感，同樣可以平滑輸出電壓，電感濾波電路如圖 12所示，其原理如下： 10 50 1111 s q . m 1 1K e y = S p a c 2 電感濾波電路 對(duì)于直流量，電感相當(dāng)于短路，所以直流量幾乎全部降在負(fù)載上；對(duì)于交流量，由于電感呈現(xiàn)的感抗 L，所以只要 L 足夠大，使 ，則交流分量幾乎全降在電感上，而負(fù)載上的交流壓降很小，其結(jié)果使輸出電壓中的脈動(dòng)成分大大減 小。在電感濾波中，由于電感線(xiàn)圈中的直流電阻會(huì)產(chǎn)生直流壓降，所以輸出電壓略低于整流輸出電壓。電感濾波一般適用于負(fù)載變動(dòng)大，負(fù)載電流較大的場(chǎng)合。 3、 型濾波 電容濾波與電感濾波輸出電壓的脈動(dòng)性都較大。為了進(jìn)一步減小脈動(dòng)，可采用復(fù)式濾波如 型 型 型濾波等。圖 13 所示為 圖 13 型 五、穩(wěn)壓電路 整流與濾波電路雖然可以把交流電壓轉(zhuǎn)換成波形相當(dāng)平直的直流電壓，但所獲得的直流電壓往往并不穩(wěn)定， 這是因?yàn)榻涣麟娋W(wǎng)的電壓一般允許有 10左右的波動(dòng)。當(dāng)它波動(dòng)時(shí)，整流輸出的直流電壓受其影響跟著波動(dòng)。 11 在內(nèi)阻，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，輸出電壓也會(huì)跟著變化。因此在要求直流電源有較穩(wěn)定輸出的電子設(shè)備中，必須設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電路，以便在電網(wǎng)電壓波動(dòng)以及負(fù)載變化時(shí)保持輸出電壓穩(wěn)定。 （一）穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路如圖 14 所示，它是由限流電阻 R、硅穩(wěn)壓管 負(fù)載 中硅穩(wěn)壓管與負(fù)載并聯(lián)，限流電阻 穩(wěn)壓原理如下： 圖 14 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 當(dāng)電網(wǎng)電壓增加時(shí)， 之增加。而當(dāng) 加時(shí)，通過(guò)穩(wěn)壓管的電流時(shí) 而削弱了 到穩(wěn)定輸出電壓的目的。 相反，當(dāng) 著減小，此時(shí) 而使 同樣道理，當(dāng)負(fù)載變動(dòng)時(shí)，輸出電壓也可基本穩(wěn)定，讀者可自行分析。 限流電阻 果沒(méi)有電阻 R，此電路不僅不能穩(wěn)壓，而且穩(wěn)壓管有可能因電流過(guò)大而損壞。限流電阻的選擇，主要是在電網(wǎng)電壓或負(fù)載變化時(shí)，使穩(wěn)壓管始終工作在穩(wěn)壓區(qū)內(nèi)，即滿(mǎn)足 IZ 電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，穩(wěn)壓電路輸入電壓 的最大值為 小值為 載電流的最大值為 小值為 以求出 I m I mm a x m i n m i n m a xa x Z i n Z U I I R 限流電阻的功耗一般選 2( 2 3 ) a x 穩(wěn)壓管的選擇，一要考慮穩(wěn)定電壓，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓即為輸出電壓：二要考慮工作電流，一般選 (2 仿真實(shí)驗(yàn)四 直流穩(wěn)壓電源 實(shí)驗(yàn)電路如圖 15所示。它是由橋式整流、電容濾波、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路所組成的直流穩(wěn)壓電源。分別將濾波后的輸出電壓與 12 的 察比較此兩個(gè)波形如圖 16 中所示，可見(jiàn)穩(wěn)壓后的輸出是十分穩(wěn)定的直流電壓 0 V / 5 0 H z / 0 D e 1 1 0 M O h m 1 . 7 3 4 p V+ 1 0 M O h m 2 . 2 3 6 V+21 N 4 7 3 4 S C 1A 5 直流穩(wěn)壓電源 （二）具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)穩(wěn)壓電路 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但輸出的電流小，穩(wěn)壓效果也差，為了擴(kuò)大其輸出電流，可采用具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)穩(wěn)壓電路。 1、電路構(gòu)成 圖 5由以下幾部分組成： 1B J T _ N P N _ V I R T U A T _ N P N _ V I R T U A 31415K e y = A 10% O D E _ V I R T U A 16 具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路圖 (1)取樣環(huán)節(jié)：由 能取出輸出電壓的一部分送到比較放大 電路中 基極，所取電壓 P” )/(2+其中電位器滑動(dòng)端下半部分的電阻 13 + (2)基準(zhǔn)電壓：由穩(wěn)壓管 作用是提供一個(gè)穩(wěn)定性較高的基準(zhǔn)電壓 中 擇穩(wěn)壓管時(shí)，除選擇合適的穩(wěn)定電壓外，還要求其動(dòng)態(tài)電阻和溫度系數(shù)小，確?；鶞?zhǔn)電壓穩(wěn)定。 (3)比較放大環(huán)節(jié)：由以 中 時(shí)還向 能將取樣電壓與基準(zhǔn)電壓比較的差值經(jīng) 送到調(diào)整管 制 (4)調(diào)整環(huán)節(jié)：由 的作用是通過(guò)調(diào)整其 間的電壓 持穩(wěn)定。 仿真實(shí)驗(yàn)五 串聯(lián)穩(wěn)壓電源 串聯(lián)穩(wěn)壓電源仿真電路如圖 18所示。此電路由兩部分組成，一部分是串聯(lián)穩(wěn)壓電路；另一部分是一個(gè)整流濾波電路 圖 18 串聯(lián)穩(wěn)壓電源 實(shí)驗(yàn)步驟： (1)啟動(dòng) 建串聯(lián)穩(wěn)壓電源仿真實(shí)驗(yàn)電路。 (2)打開(kāi)電子工作臺(tái)仿真開(kāi)關(guān)，用示波器觀察串聯(lián)穩(wěn)壓電路輸入、輸出波形如圖 19所示。紋波較大的波形為輸入波形，紋波很小的是輸出波形。從中可知，串聯(lián)穩(wěn)壓 電路把整流濾波后波動(dòng)較大的不穩(wěn)定電壓變成了穩(wěn)定程度很高的穩(wěn)定電壓。 14 圖 19 串聯(lián)穩(wěn)壓電路輸入、輸出波形 (3)設(shè)置 察輸出變化，可見(jiàn)輸出己不能穩(wěn)壓，結(jié)束后將 (4)設(shè)置 電極和發(fā)射極之間短路，觀察輸出變化，可見(jiàn)輸出電壓下降很多，約等于穩(wěn)壓管電壓，調(diào)節(jié) 束后將 (5)設(shè)置 電極和發(fā)射極之間短路，觀察輸出變化情況，可以看到輸出電壓就是整流濾波的輸出電壓，電路失去了穩(wěn)壓作用。結(jié)束后將 六、集成穩(wěn)壓電路 集成穩(wěn)壓電路也稱(chēng)集成穩(wěn)壓器，是將穩(wěn)壓電路的主要元件甚至全部元件制作在一塊硅基片上的集成電路，因而具有體積小、使用方便、工作可靠等特點(diǎn)。 集成穩(wěn)壓器的種類(lèi)很多，作為小功率的直流穩(wěn)壓電源，應(yīng)用最為普遍的是 3端式串聯(lián)型集成穩(wěn)壓器。 3端式是指穩(wěn)壓器僅有輸入端、輸出端和公共端 3個(gè)接線(xiàn)端子。如 和 系列穩(wěn)壓器。 七、總結(jié) (1)直流穩(wěn)壓電源一般由變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四部分組成。 (2)整流是利用二極管的單向?qū)щ娦?，將交流電變成脈動(dòng)直流電。根據(jù)輸出的波形，整流可分為半波和全波整流。半波整流 只需一只二極管，但輸出只有正弦波的一半，轉(zhuǎn)換效率低。橋式全波整流的輸出是兩個(gè)半周波形，輸出電壓提高了一倍，但整流二極管的數(shù)目卻增加到了四只，電路較為復(fù)雜。 (3)濾波電路能將整流輸出中的交流成分濾去，得到比較平滑的直流電。 15 電容濾波后輸出電壓的平均值提高。電容濾波適合負(fù)載電阻較大、負(fù)載電流較小的場(chǎng)合使用。當(dāng)電容濾波不能滿(mǎn)足要求時(shí)，可增加一級(jí)濾波，形成復(fù)式濾波。 (4)穩(wěn)壓電路可在電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載變動(dòng)時(shí)，通過(guò)穩(wěn)壓器件的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使輸出電壓基本穩(wěn)定。晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是由取樣、基準(zhǔn)電壓、比較放大、調(diào)整幾部 分組成，它有較好的穩(wěn)壓特性，是目前普遍使用的一種電路。集成穩(wěn)壓電路由于體積小、重量輕、安裝調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 參考文獻(xiàn)： 1 熊 偉 路實(shí)踐及仿真應(yīng)用 M華大學(xué)出版社， 2001 2 趙世強(qiáng) M子工業(yè)出版社 ,2002 3 朱力恒 M子工業(yè)出版社 ,2003 4 李新平 M械工業(yè)出版社 ,2003 5 李中發(fā) M國(guó)水 利水電出版社 ,2004 16 致 謝 在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我深深地體現(xiàn)到電路直流穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)仿真實(shí)驗(yàn)研究不是一件簡(jiǎn)單的事情，它需要具有全面的專(zhuān)