计算机电路与电子技术基础

计算机电路与电子技术基础

课程设计

专业：＿计算机类＿＿＿＿

姓名：＿朱斌＿＿＿＿

学号：＿3110307123＿＿＿

辅导教师：卢光宝/陈佳新/鄢仁武日期：2012/9/3-2012/9/7＿

目录

一、前言 (3)

二、设计 (3)

2．1 设计的目的： (3)

2.2 任务： (3)

三、实验原理： (3)

3.1 电源变压器 (4)

3.2 整流和滤波： (4)

3.2.1、整流电路 (4)

3.2.2、滤波电路 (5)

3.3 稳压电路 (6)

四、设计方案及其剖析： (6)

4.1、整体的设计的电路图如下： (6)

4.2、参数计算和选择： (7)

五、仿真调试： (8)

六、设计总结： (11)

一、前言

此次专周是设计设计一个串联型稳压电源。具备输出两档电压，具有可换档性、稳定性。主要设计部分包括：变压、整流、滤波、整流、比较放大电路，基本实现了作为一个稳压电源的要求。设计过程中利用了EWB软件进行仿真。其中，分析了串联稳压电源设计中的注意事项并设计了一款稳压电源，详细介绍了用EWB电子电路仿真软件对串联型直流稳压电源各个部分进行仿真分析的过程。通过仿真软件中虚拟仪器和仪表观察到的电路不同部位的输入、输出电压波形,读出的输入、输出电压和电流值,判断电路工作情况,可以很快找到故障，排除故障，是较好掌握串联型直流稳压电源工作原理及辅助设计的有效途径。

二、设计

2．1 设计的目的：

(1) .设计用晶体管、集成运算放大器、电阻、电容等元件组成的串联型直流稳压电源。

掌握直流稳压电路的设计；

(2).学习使用学习使用EWB软件并对串联型直流稳压电源进行仿真验证。

(3).熟悉稳压电路的有关参数与测试。

2.2 任务：

（1）、基本要求

A、电路能输出直流4.5V与10V两档电压；

B、拟定测试方案和设计步骤；

C、根据性能指标，计算元件参数，选好元件，并画出电路图；

D、通过仿真软件，观察电路不同部位的输入、输出电压波形, 仿真验证输入、输出电压和电流值输出信号；

E、写出设计报告。

（2）、技术指标：

A、输出4.5V与10V两档直流电压；

B、输出额定电流350mA，最大电流700mA；

C、在最大输出电流时纹波电压峰值小于0.3V

三、实验原理：

稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图1所示。

+ 电 源 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 + u 1 u 2 u 3 u I U 0 _ 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _

（a ）稳压电源的组成框图

u u u 3

（b ）整流与稳压过程

图1稳压电源的组成框图及整流与稳压过程

电路框图：

3.1 电源变压器

电源变压器的作用是将来自电网的220V 交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电

压u2。电源变压器的效率为：效率=P 2/P 1。其中：2P 是变压器副边的功率，1P

是变压器原边的功率。因此，当算出了副边功率2P 后，就可以算出原边功率1P 。

3.2 整流和滤波：

3.2.1、整流电路

整流电路是将工频交流电转变为具有直流电成分的脉动直流电。由于二极管具有单向导电性，故利用二极管可进行整流。向导电性，故利用二极管可进行整流。整流有半波整流，

全波整流和桥式整流。四个整流二极管只要任何一个开路,桥式全波整流就会变成半波整流,输出电压的平均值o

U=0.45i U;而四个整流二极管全部正常时,电路为全波整流,输出电压的平均值o

U=0.9i U,整流电路经理论知识得知用桥式整流电路，并适当的选择桥堆元件，本实验选择桥堆的型号为BYM10-1000，其每个二极管的压降为0.75V。下面是桥式整流：

(1)、工作原理：

当vi 为正半周时，二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。

当vi为负半周时，二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。

(2)、参数的计算：

输出电压中的直流分量：根据桥式整流的波形图可知，输出电压是单相脉动电压。将输出电压用付立叶级数展开

由此可得直流分量：

流过负载的直流电源：

二极管所承受的最大反向电压：

3.2.2、滤波电路

滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。利用

电抗性元件对交、直流阻抗的不同，可实现滤波。常用：电容滤波，LC滤波，阻容π型滤波三种。下面是电容滤波：电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。

(1)、工作原理：

当电容两端的电压增大到大于变压器付边的电压时，二极管D2截止，电容又开始通过负载电阻放电，重复前述的过程。

如下图：

(2)、参数计算：

使用条件：RL ≥(3至5)T/2;

近似条件：VL = 1.2 V2

到这里我们可以根据要输入到稳压电路的电压来进行计算并选择整流二极管和滤波电

容的大小。

3.3 稳压电路

由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压U I会随着变化。因此，为了维持输出电压U I稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。

这里是带放大器的串联型稳压电路：

电压电路和比较放大器四个基本保护

组成。

调整管就如：T1’，T2’及周边的

元件构成胆管直流放大器，D2是稳压

管，R5是限流电阻。又来提供基准电

压VZ 。R1和R2组成分压器，用来反映输出电压的变化，成为取样电阻。

稳压电路实际上是一个具有深度负反馈的自动调节系统。

四、设计方案及其剖析：

通过整流滤波，再进行稳压，最后输出4.5V与10V两档直流电压，并且要求输出的额

定电流350mA, 最大电流700mA，在最大输出电流时纹波电压峰值小于0.3V。

4.1、整体的设计的电路图如下：

电路分析：

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个部分组成，如图1所示。

4.2、参数计算和选择：

1、稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压U o、输出电流I o、输出纹波电压ΔU op-p 等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。

稳压电源的设计可以分为以下三个步骤：

1）根据稳压电源的输出电压U o、最大输出电流I omax，确定稳压器的型号及电路形式。

U，确定电源变压器副边电压u2的有效值U2；根据稳压电2）根据稳压器的输入电压

I

源的最大输出电流I0max，确定流过电源变压器副边的电流I2和电源变压器副边的功率P2；根据P2，从表1查出变压器的效率η，从而确定电源变压器原边的功率P1。然后根据所确定的参数，选择电源变压器。

U和滤波电容3）确定整流二极管的正向平均电流I D、整流二极管的最大反向电压

RM

的电容值和耐压值。根据所确定的参数，选择整流二极管和滤波电容。

2、在实验中用到了诸多器材：

电阻：8个；变压器：2个；运算放大器：2个；电容：2个；

电压表，电流表，二极管，三极管等；

调节输出电压：

负载电阻的计算：R （L ）=U/ I =10V/700mA=14.29（欧）；

在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为：

22U U RM =

流过每只二极管的平均电流为：

I D = I R /2 = 0.45U 2/R; 当输出为10V 时 R=14.29欧；

当输出为4.5V 时 R=6.43 欧；

电容的计算： 2)5~3(T RC >

； C=（2200--300）（uF ）； 采样电路的比例计算：U 。=(R1+R2) /R2*Uz; R1/R2=0.47; 同理，可得到另一个电路的值。

在经过桥式整流得到了输出电压是单相脉动电压，电压的波动就只在y 轴的正半轴。这里是用四个二极管组成的。电容进行对单相脉动电压进行滤波，脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，可实现滤波。此时的电压波形就是一条脉动很小的直流电流了。

五、仿真调试：

1）通过调高输入稳压电路的电压时或者调高稳压电路中的负载电阻都不会使得电路的输出电压发生很大的变化，保持在输出的电压的而要求值中。

假设由于某种原因引起输出电压UO降低，即T1的发射极电压（UT1）E降低，由于UD1保持不变，从而造成T1发射结电压（UT1）BE上升，引起T1基极电流（IT1）B上升，从而造成T1发射极电流（IT1）E被放大β倍上升，由晶体管的负载特性可知，这时T1导通更加充分管压降（UT1）CE将迅速减小，输入电压UI更多的加到负载上，UO得到快速回升。这个调整过程可以使用下面的变化关系图表示：

UO↓→（UT1）E↓→UD1恒定→（UT1）BE↑→（IT1）B↑→（IT1）E↑→（UT1）CE↓→UO

当输出电压升高时整个变化过程与上面完全相反。

当输出电压上升时，整个分析过程与上面过程的变化相反。从电路的工作原理可以看出，稳压的关键有两点：一是稳压管D1的稳压值UD1要保持稳定；二是调整管T1要工作在放大区且工作特性要好。

其实还可以用反馈的原理来说明简易串联稳压电源的工作原理。由于电路是一个射极输出器，属于电压串联负反馈电路，电路的输出电压为UO＝（UT1）E≈（UT1）B，由

于（UT1）B保持稳定，所以输出电压UO也保持稳定。

滤波电路坐标图

滤波后的波形图。

最后输出的直流电压

六、设计总结

通过这次的课程设计，我对串联直流稳压电源方面知识有了一个人全新的认识以及进一步的研究，同时在电路的EWB仿真过程中提升了我的动手能力，加深对这个仿真软件的认识，熟练的应用这个软件。

本次实践也培养了我的理论联系实践的能力，提高了我的分析问题和解决问题的能力，增强了独立工作的能力。最重要的是，我熟悉了常用电子器件的类别，型号。规格。性能及其使用范围。