电子电路设计及仿真设计

信息与电气工程学院

通信工程CDIO一级项目

设计说明书（2014/2015学年第二学期）

题目：电子电路设计及仿真

班级组数：

学生：

学号：

设计周数： 14周

2015年5月31日

一、电源设计

直流稳压电源一般由电源变压器，整流滤波电路及稳压电路所组成，变压器把市电交流电压变成为直流电；经过滤波后，稳压器在把不稳定的直流电压变为稳定的直流电流输出。本设计主要采用单路输出直流稳压，构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电变为稳定的直流电，并实现固定输出电压5V。

1.1设计要求

1.1.1 输入：～220V，50Hz；

1.1.2 输出：直流 5V(1组)

1.2设计过程

1.2.1直流稳压电源设计思路

（1）电网供电电压交流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获得所需要交流电压。

（2）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）。

（3）脉动大的直流电压须经过滤波、稳压电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成分滤掉，保留其直流成分。

（4）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。

1.2.2直流稳压电源原理

直流稳压电源是一种将220V工频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、稳压四个环节才能完成，见图1.1。

工频交流脉动直流 直流负载

图1.1 直流稳压电源方框图

其中

（1）电源变压器是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变化由变压器的副边电压确定。

（2）整流电路，利用二极管单向导电性，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。电路图如1.2。

图1.2整流电路图

在U2的正半周，二极管D1、D3导通，D2、D4截止；U2的负半周，D2、D4

导通，D1、D3截止。正负半周部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。电路的输出波形如图1.3所示

图1.3输出波形图

（3）滤波电路

整流电路输出电压虽然是单一方向的，但是含有较大的交流成分，不能适应大多数电子电路及设备的需要。因此，一搬在整流后，还需利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。

电容滤波是最常见的滤波电路，在整流电路的输出端并联一个电容即构成电容滤波电路，如图1.4所示。

图1.4滤波电路

滤波电容容量较大，因而一般均采用电解电容，本次我们选用4700uF的电容。电容滤波电路是利用电容的充放电原理达到滤波的作用.在脉动直流波形的上升段,电容C充电,由于充电时间常数很小,所以充电速度很快;在脉动直流波形下降段,电容C放电,由于放电时间常数很大,所以放电速度很慢.在C还没有完全放电时再次开始进行充电.这样通过电容C的反复充放电实现了滤波作用,使输出电压趋于平滑，得到工作波形如图1.5所示。

图1.5电容滤波电路中二极管的电流和导通角

（4）稳压电路

虽然整流网电压波动时能将正弦交流电压变换成较为平滑的直流电压，但是，一方面，由于输出电压平均值取决于变压器副边电压有效值，所以当电网电压波动时输出电压也将随之波动；另一方面，由于整流滤波电路阻存在，负载变化时，阻上电压将产生电压，于是输出电压也将随之产生相反变化。为了获得稳定性好的直流电压，必须采用稳压措施。

1.3电路仿真

绘制电路图如图1.6所示。

图1.6 5V稳压电源电路仿真

1.4电路调试

注意，因为大容量电解电容由一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，所以稳压器的输出端常并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。如图1.7所示，并入一个100nF的小电容来抵制干扰。

图1.7 5V稳压电源电路

1.5电路指标测试

电路仿真稳定后得到图1.8所示5V稳压源

图1.8 5V稳压电源电路测试结果

二、RC振荡器的设计

2.1设计要求

2.1.1 文氏桥振荡器；

2.1.2输出：直流1KHz

2.2设计过程

2.2.1RC正弦振荡器原理

RC串并联网络及其频率特性如图2.1。

图2.1RC串并联网络及其频率特性

RC选频网络的传输函数为：

令： R1=R2=R

C1= C2=C

RC串并联选频网络具有选频作用，它的频率响应特性由明显的峰值。反馈网络的反馈系数为：

令ωo=1/RC，则上式为

由此可得F的幅频特性为

F的相频特性为

由上式可得RC串并联正反馈网络的幅频特性和相频特性的表达式和相应曲线如上图2.2。

由特性曲线图可知，当ω＝ω0＝1/RC时，正反馈系数|F|达最大值为1/3，且反馈信号Uf与输入信号U同相位，即φF＝0，满足振荡条件中的相位平衡条件，此时电路产生谐振ω＝ω0＝1/RC为振荡电路的输出正弦波的角频率，即谐振频率fo为

当输入信号Vi的角频率低于ω0时，反馈信号的相位超前，相位差φF为正

值；而当输入信号的角频率高于ω0时，反馈信号的相位滞后，相位差φF为负值。正是利用RC串并联网络这一选频特性，构成了RC桥式正弦波振荡电路。

2.2.2RC正弦振荡的电路组成

（1）放大电路：保证电路能够从起振到动态平衡的过程，是电路获得一定幅值的输出量，实现能量的控制。

（2）选频网络：确定电路的振荡频率，是电路产生单一频率的振荡，即保证电路产生正弦波振荡。

（3）正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输入信号等于反馈信号。

（4）稳幅环节：也就是非线性环节，作用使输出信号幅值稳定。

2.2.3起振条件

2.2.4RC正弦波振荡电路原理图

RC正弦波振荡电路原理图2.2。