模擬電子技術(shù)課程設(shè)計報告模擬電子技術(shù)課程設(shè)計報告題目：串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計 串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計摘要串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器，整流濾波電路及穩(wěn)壓電路組成。變壓器把高交流電變?yōu)樾枰牡蛪航涣麟?。整流器把交流電變?yōu)橹绷麟?。?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。本次設(shè)計主要采用串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路，通過220V

、50HZ交流電壓經(jīng)電源變壓器降壓后，通過橋式整流D3整流成直流電再經(jīng)過濾波電容平滑直流電，減少直流電紋波系數(shù)。最后，通過穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，將輸出電壓穩(wěn)定在1.5V、10V之間。關(guān)鍵詞:變壓器濾波整流穩(wěn)壓multisim軟件目錄第1章 緒論 緒論項目背景及意義隨著科技的不斷進步，對技術(shù)的要求也是越來越高，在過去現(xiàn)在以及未來，科學(xué)技術(shù)永遠都是第一生產(chǎn)力，科學(xué)技術(shù)的提高使國家的綜合國力不斷上升，我們只有不斷進行科技創(chuàng)新，這樣我們才能走上現(xiàn)代化的強軍富國之路。電子電路要正常工作,電源的作用是不可忽視的。電源性能的好壞對電路、電子儀器和電子設(shè)備的使用壽命、使用性能等影響很大，尤其在帶有感性負載的電路和設(shè)備(如電機)中對電源的性能要求更高。在很多應(yīng)用直流電機的場合中要求為電機驅(qū)動電路提供一個其輸出能從1.5V開始連續(xù)可調(diào)1.5V~10V的直流電源并且要求電源有保護功能。實際上就是要求設(shè)計一個具有足夠的調(diào)壓范圍和帶負載能力的直流穩(wěn)壓電源電路。這樣一個電路的設(shè)計,其關(guān)鍵在于穩(wěn)壓電路的設(shè)計要求：一、輸出電壓從1.5V開始連續(xù)可調(diào)。二、所選器件和電路必須達到在較寬范圍內(nèi)輸出電壓可調(diào)。三、輸出電壓應(yīng)能夠適應(yīng)所帶負載的啟動性能。此外，電路還必須簡單可靠能夠輸出足夠大的電流。直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)常用的設(shè)備之一，廣泛應(yīng)用于教學(xué)、科研等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的多功能直流穩(wěn)壓電源功能簡單、難控制、可靠性低、干擾大、精準(zhǔn)低且體積大、復(fù)雜程度高。普通直流穩(wěn)壓電源品種很多，但均存在以下兩個問題：輸出電壓是通過粗調(diào)（波段開關(guān)）及細調(diào)（電位器）來調(diào)節(jié)。這樣很難精確地控制輸出電壓。另外時間久了波段開關(guān)和電位器難免接觸不良，對輸出會有影響；穩(wěn)壓方式均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，對過載進行限流或截流型保護，電路構(gòu)成復(fù)雜，穩(wěn)壓精度也不高。1.2項目設(shè)計目的本次設(shè)計的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源具有較高的實用價值。通過本次設(shè)計讓我充分理解了串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的工作原理，了解其工作特點以及目前市面上一些直流穩(wěn)定電源存在的一些缺陷。通過設(shè)計盡量去完善直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)。項目介紹2.1項目題目與設(shè)計要求題目：串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源設(shè)計要求： （1）將220V交流電降壓、整流轉(zhuǎn)換成直流電；（2）穩(wěn)壓系數(shù)Sr≤0.05；（3）輸出直流電壓1.5~10V可調(diào)；（4）最大輸出電流Icm=300mA（5）具有過流保護功能。2.2設(shè)計原理及思路2.2.1設(shè)計原理單相交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。其原理圖如圖2.1所示圖2.1原理圖2.2.2設(shè)計思路單相橋式整流電路可以將單相交流電變換為直流電；整流后的電壓脈沖較大，需要濾波后變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓來供電；濾波后的輸出電壓容易隨電網(wǎng)電壓和負載的變化波動不到于設(shè)備的穩(wěn)定運行;將輸出電壓經(jīng)過穩(wěn)壓電路后輸出電壓不會隨電網(wǎng)和負載的變化而變化從而提高設(shè).備的穩(wěn)定性和可靠性,保障設(shè)備的正常使用關(guān)于輸出電壓在不同檔位之間的變換,可以將穩(wěn)壓電源的電壓設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)電壓再對其進行變換,電壓在檔位間的調(diào)節(jié)可以通過調(diào)節(jié)電位器來進行調(diào)節(jié),從而實現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)節(jié)。2.3項目方案設(shè)計方案一：如圖2.2所示是一個最簡單的單管串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源。這種穩(wěn)壓電源的工作原理是：當(dāng)負載變化引起輸出電壓降低時，調(diào)整管的基極-發(fā)射機電壓，因為基極電壓恒定，Usc降低，則Ube增加，使基極電流Ib和集電極電流都增加，從而使Usc上升，保持Usc近似不變。圖2.2最簡單的單管串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源優(yōu)點：電路簡單，設(shè)計思路清晰，成本較低。缺點：不能實現(xiàn)輸出電壓調(diào)節(jié)。方案二：如圖2.3所示這是一個晶體管和集成運放組成的具有保護環(huán)節(jié)的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。圖2.3具有保護環(huán)節(jié)的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源優(yōu)點：能夠?qū)崿F(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)，電路合理可靠。缺點：元器件繁多，焊接麻煩。2.4項目方案選擇 方案二合理、可靠，從見到并且便于購買的前提出發(fā)，選擇方案二為我們的最終方案。單元電路模塊3.1電源變壓器變壓器通過線圈間的電磁感應(yīng)，將一種電壓等級的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等級的交流電能,它具有變壓、變流、變換阻抗和隔離電路的作用。直流電的輸入為220V的電網(wǎng)電壓，然而所需的電壓數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差很大，所以需要通過電源變壓器降壓后，再對電流、電壓處理。變壓器二次側(cè)的電壓有效值決定后面電路的需要。根據(jù)課題要求，輸出電壓最大為10V，故我們選取15V30W的電源變壓器。電路如圖3.1所示：圖3.1變壓器3.2整流電路整流電路是把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動性直流電，這就是交流電的整流過程，整流電路主要由整流二極管組成。經(jīng)過整流電路之后的電壓已經(jīng)不是交流電壓，而是一種含有直流電壓和交流電壓的混合電壓。習(xí)慣上稱單向脈動性直流電壓。圖3.2整流電路圖3.3濾波電路濾波電路（如圖3.3所示）常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負載串聯(lián)電感器L，以及由電容，電感組成而成的各種復(fù)式濾波電路，目的是將脈動的直流電轉(zhuǎn)換成較為平滑的直流電。圖3.3濾波電路圖3.4穩(wěn)壓電路在輸入直流電壓和負載之間串聯(lián)入一個三極管，用三極管的管壓降代替穩(wěn)壓二極管電路中的穩(wěn)壓電阻R。當(dāng)Ui或Rl變化引起輸出電壓U0變化時，U0的變化將反映到三極管的發(fā)射結(jié)電壓Ube上，引起Uce的變化，從而調(diào)整U0，以保持輸出電壓的基本穩(wěn)定。根據(jù)三極管所起的作用，稱為調(diào)整管。它主要由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件組成。比較放大可以是單管放大電路、差動放大電路、集成運算放大器。調(diào)整元件可以是單個功率管，復(fù)合管或用幾個功率管并聯(lián)，取樣電路取出輸出電壓的一部分和基準(zhǔn)電壓VREF比較該穩(wěn)壓電路為直流穩(wěn)壓電路。它的作用是將濾波后較為平滑的直流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電。圖3.4穩(wěn)壓電路圖系統(tǒng)電路設(shè)計及元器件清單4.1設(shè)計原理圖如圖4.1所示為設(shè)計的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源原理圖。圖4.1設(shè)計原理圖4.2原理圖說明該電路圖是由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四部分組成。其工作原理：首先220V交流電由電源電壓器T1產(chǎn)生10V的交流電壓，提供給由D3的橋式全波整流電路，將交流電轉(zhuǎn)換成脈動的直流電，電容器C1的容量很大可起到濾波的作用，經(jīng)過濾波后脈動的直流電變?yōu)檩^為平滑的直流電。為了改變紋波電壓，常在輸入端加入一個電容C2。然后信號進入三端穩(wěn)壓器U1，由于穩(wěn)壓器的電壓降是可變的，所以當(dāng)輸出電壓有減小趨勢時，U1壓降會自動變小，維持輸出電壓不變。當(dāng)輸出電壓有增大趨勢時，U1壓降會自動變大，維持輸出電壓不變?？梢娙朔€(wěn)壓器U1相當(dāng)一個可變電阻，由于它的調(diào)整作用，使輸出電壓基本保持不變。4.3元器件清單如圖4.2所示為本次設(shè)計元器件清單圖4.2元器件清單名稱數(shù)量型號標(biāo)號變壓器115V30WT1橋堆11B4B42D3電容2100nf/1.5ufC1、C2電阻72.5Ω/40.2Ω/800Ω/35ΩR2、R3、R4、R5穩(wěn)壓二極管21N4749AD1、D2滑動變阻器11KΩR1調(diào)試及結(jié)果5.1調(diào)試電路圖如圖5.1所示該電路圖為串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源電路圖，是由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四部分組成。其工作原理：首先220V交流電由電源電壓器T1產(chǎn)生10V的交流電壓，提供給由D3橋式全波整流電路，將交流電轉(zhuǎn)換成脈動的直流電，電容器C1的容量很大可起到濾波的作用，經(jīng)過濾波后脈動的直流電變?yōu)檩^為平滑的直流電。為了改變紋波電壓，常在輸入端加入一個電容C2。然后信號進入三端穩(wěn)壓器U1，維持輸出電壓不變。圖5.1Multisim仿真電路5.2調(diào)試結(jié)果如圖5.2所示為輸出1.5V電壓。如圖5.3所示為輸出10V電壓。圖5.2仿真結(jié)果圖5.3仿真結(jié)果結(jié)論通過本次設(shè)計，讓我們更進一步的了解到直流穩(wěn)壓電源的工作原理以及他的要求和性能指標(biāo)。這次設(shè)計碰到過很多困難，像最開始軟件的使用上手的時候有點笨手笨腳的，像經(jīng)常出現(xiàn)找不到元器件，不會調(diào)節(jié)參數(shù)等情況。又因為仿真的時候是按照電路圖做的，所以盡管仿真時的數(shù)據(jù)是正確的，但是做出來的還是和理想中的有很大的區(qū)別，最后只能不斷地進行測試，試圖找出原因。再一步一步地進入計算環(huán)節(jié)時，該如何通過計算選擇合適的電容及其他元件等，通過翻閱資料以及上網(wǎng)搜索和通過老師的答疑解惑使我慢慢明白實驗的原理。通過本次試驗課程設(shè)計使我明白實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，只有通過實踐才能發(fā)現(xiàn)問題，通過問題的解決使我對這次的課程設(shè)計越來越了解，越來越深入，也是通過這次實驗使我明白模電設(shè)計的重要性，培養(yǎng)了自身的動手能力以及更加理解理論和實踐結(jié)合的重要性。同時也發(fā)現(xiàn)自己的專業(yè)知識不夠，需要在以后的學(xué)習(xí)中加強這方面的鍛煉。這次的課程設(shè)計只是開端，我相信在未來的工作中模電設(shè)計肯定會派上用場。參考文獻[1]楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程[M].北京:高等教育出版社,2005.[2]楊建國.你好，放大器[M].北京:北京科技大學(xué),2014.[3]于衛(wèi),謝勇.模擬電子技術(shù)實驗及綜合實訓(xùn)教程[M].北京:華中科技大學(xué)出版社,2008-11-19.[4]王志華.電子電路的計算機輔助分析與設(shè)計方法[M].北京:清華大學(xué)出版社,1996.[5]A.J.PeytonV.Walsh.AnalogueeletronivcswithOpAmps:asourcebookofpractical:Campridgeuniversitypress,2003.[6]華成英.電子技術(shù)[M].北京:北京中央廣播電視大學(xué)出版社,1996.[7]JacobMillmanandArvinGrabel.Microelectronics,2nded.NewYork:Mcgraw-HillbookCompany,1987.[8]于海生等.微型計算機控制技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2016.[9]季維發(fā)、過潤秋、嚴(yán)武升等.機電一體化技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.[10]童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)調(diào)查報告論文集[M].浙江:浙江大學(xué)出版社,2017-12.[11]說明書