模拟电子线路课程设计.pdf

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：

目录

模拟电子线路课程设计

一、设计内容

1.1 设计题目

串联型直流稳压电源

1.2 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。

1.3 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。

1.4 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

1.5 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

2.1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

2.2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2D 提供，接在比较放大器的发射极。稳压管和电阻4R 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1T 和推动管2T 组成，当输出电压O U 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4T 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321,,R R R 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3T 和电阻6R 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

3.1 确定次级电压

由于要求调整管能够工作在饱和区，需满足

U imin = U omax +(3-8)V;

在本设计中，U omax =12V ，所以在这里设置U imin =15V 。

in U Im 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2Om ax Im in U 9.02.1U 2.1U ?=≈

可取U2 = 12V 左右； 则变压器变比为：n1/n2 = 220/12 = 18 3.2 电容的选取 C

C V t

I C ?=

，C I 为滤波电容放电电流，一般可取最大负载电流 C V ?，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τ=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470μf 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 = 1.1?1.414?U2 = 19V

1C 可选耐压19V 容量为470F μ的电解电容

3.3 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： V U U ax CEO BR 22Im )(=≥

3.4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05AZ2.2，1K Ω的电阻比较合适。 3.5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 Ω左右，根据 Z O U R R R R R U 3

23

21+++=

当2R 最小时，Z O U R R R R U 33

21m ax ++≈

（1）

当2R 最大时，Z O U R R R R R U 3

23

21m in +++≈

（2）

电路中，测得稳压管两端电压为2.2V 左右，运算时取2.2V 。 通过（1），（2）式可以求得，滑动变阻器R4为3K Ω，定值电阻R2为3K Ω

根据给定的技术指标，仿真时取：

R4（滑动变阻器）=0.85K Ω，R2=0.58K Ω，R3=0.86K Ω 2），当输出档为6-9V 时：

假定采样电阻中定值电阻R7为1K Ω左右，根据 Z O U R R R R R U 3

23

21+++=

当2R 最小时，

Z O U R R R R U 33

21m ax ++≈ （3） 当2R 最大时，Z O U R R R R R U 3

23

21m in +++≈

（4）

电路中，测得稳压管两端电压为2.2V 左右，运算时取2.2V 。 通过（3），（4）式可以求得，滑动变阻器R6为0.5K Ω，定值电阻R5为3K Ω

根据给定的技术指标，仿真时取：

R （滑动变阻器）=0.12K Ω，R4=0.6K Ω，R5=0.245K Ω

3），当输出档为9-12V 时：

假定采样电阻中定值电阻R10为1K Ω左右，根据 Z O U R R R R R U 3

23

21+++=

当2R 最小时，Z O U R R R R U 33

21m ax ++≈

（5）

当2R 最大时，Z O U R R R R R U 3

23

21m in +++≈

（6）

电路中，测得稳压管两端电压为2.2V 左右，运算时取2.2V 。 通过（5），（6）式可以求得，滑动变阻器R9为0.333K Ω，定值电阻R8为4.67K Ω

根据给定的技术指标，仿真时取：

R9（滑动变阻器）=0.09K Ω，R8=0.27K Ω，R6=1.05K Ω

3.6 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

4.1 仿真电路图

图1 直流稳压电源仿真图

4.2 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U omin = 3.058V，当滑动变阻器最小时(途中为0％)，输出电压有最大值U omax =6.078V 。

仿真结果如图：

图8 3-6V档最小电压图

图6 3-6V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U omin = 6.035V，当滑动变阻器最小时(途中为0％)，输出电压有最大值U omax =8.989V 。

仿真结果如图：

图7 6-9V 档最小电压图

图8 6-9V 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U omin = 8.938V，当滑动变阻器最小时(途中为0％)，输出电压有最大值U omax =11.914V 。

仿真结果如图：

图9 9-12V 档最小电压图

图10 9-12V 档最大电压图

4.当接负载RL = 1KΩ-10KΩ，测量输出电压（以9-12V为例）打开开关1：

当RL=2.5KΩ，此时，U omin =8.938 V，

仿真结果：

当RL=8K ，此时，U omin =8.935V

仿真结果：

可见当负载变化时输出电压较稳定。

S

4.3 稳压系数

r

R取最大值，电网电压220V时，输出电压Uo = 3.058V。

电网电压220V时，

2

仿真结果：

电网电压250V时，输出电压Uo = 3.088V。仿真结果：

则稳压系数

Sr = ( Uo/Uo)/(Ui/Ui) = (-(3.058-3.088)/3.058)V/((250-220)/220)V = 7.20%。可见，电路的输出电压较稳定，随输入电压变化较小。

五、实验室电路实验

5.1 实验室所用电路

5.2 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,1k Ω,电容0.01μF，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

5.3 实验数据记录

调整电位器

R时，最大输出电压为U omax = 22.5V

2

最小输出电压为U omin = 17.5V

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) 22.7 23.3 23.5

T2(v) 5.8 6.7 23.3

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。

八、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》