基于Multisim的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計參考模板

1、技術(shù):基于Multisim的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計2007/5/24/10:37  來源：電子測試  作者：楊瑞蘭 翟學東  現(xiàn)有網(wǎng)友評論 0 條    進入論壇 0. 前言 EDA技術(shù)發(fā)展迅猛，已在科研、產(chǎn)品設(shè)計與制造及教學等各方面都發(fā)揮著巨火的作用。EDA代表了當今電子產(chǎn)品設(shè)計的最新發(fā)展方向，利用EDA工具，電子工程師不僅可以在計算機上設(shè)計電子產(chǎn)品，還可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計、模擬實驗、性能分忻、到設(shè)計出PCB印制板的整個過程在計算機上處理完成。在教學方面，幾乎所有理工科的高校都開設(shè)了EDA課程，學生通過EDA的學習演練，掌握

2、用EDA技術(shù)進行電子電路的設(shè)計、電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的模擬仿真實驗，從而為今后從事電子技術(shù)設(shè)計工作打下基礎(chǔ)。 Multisim2001是電子電路設(shè)計與仿真方面的EDA軟件。由于Multisim2001的最強大功能是用于電路的設(shè)計與仿真，因此稱這種軟件叫做虛擬電子實驗室或電子工作平臺。在任一臺計算機上，利用Multisim2001均可以創(chuàng)建電子技術(shù)基礎(chǔ)虛擬實驗室，從而改變傳統(tǒng)的教學模式，學生可把學到的電子技術(shù)基礎(chǔ)知識，應用Multisim2001電路仿真軟件進行驗證。例如串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計，該系統(tǒng)是由整流、濾波和穩(wěn)壓三部分組成，橋式整流電路加上電容濾波后，使輸出的波形更平滑，穩(wěn)壓部分，一般有四

3、個環(huán)節(jié)：調(diào)整環(huán)節(jié)、基準電壓、比較放大器和取樣電路。當電網(wǎng)電壓或負載變動引起輸出電壓Uo變化時，取樣電路將輸出電壓Uo的一部分饋送給比較放大器與基準電壓進行比較，產(chǎn)生的誤差電壓經(jīng)放大后去控制調(diào)整管的基極電流，自動地改變調(diào)整管的集一射極間電壓，補償Uo的變化，從而維持輸出電壓慕本不變。 1. 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計 設(shè)計并制作串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源，其輸出電壓UO=10V，輸出調(diào)整范圍為812V，額定輸出電流IL=100 mA，電網(wǎng)電源波動±10，穩(wěn)壓系數(shù)Sr<0.05，輸出電阻RO=0.05。工作溫度為2540。 1.1 初選電路 根據(jù)設(shè)計題目要求，輸出電流為100mA較大，所以選用由兩個

4、三極管組成的復合管，從穩(wěn)壓調(diào)節(jié)范圍考慮，選擇帶有可變電阻器的取樣電路，由此初選一個電路原理圖如圖1，通過參數(shù)計算和仿真測試，再重新考慮所選電路，使之滿足要求。最后在調(diào)試過程中進一步確定電路及元件參數(shù)。 1.2 元件參數(shù)選擇 1.2.1 整流濾波電路 采用橋式整流，電容濾波電路。為了保證調(diào)整管始終工作在放大區(qū)，需要有一定的管壓降，根據(jù)計算得出U1=15V?？紤]到IL=100mA，加上通過R6、穩(wěn)壓管VZ的電流(取10mA)，取樣電路的電流(取20mA)。經(jīng)過整流二極管的電流ID=130mA。在實際電路中根據(jù)計算出的U1和ID來選取整流二極管，本例中選取3N259，濾波電容選取470F30V。 1

5、.2.2 調(diào)整部分 調(diào)整管V1的選取原則是工作可靠。根據(jù)BUCEOUOMAX，ICM1.5IOM，選取V1為2N6703。 1.2.3 基準電壓 選擇原則是使取樣電壓盡可能高一些，以更好地反映Uo的變化，一般取分壓比為(0.50.8)，穩(wěn)壓值在6V左右較好。所以選取穩(wěn)壓值為6.2V，型號為IN4735A的穩(wěn)壓管。 1.2.4 放大電路和取樣電路 選擇放大電路參數(shù)的原則是保證在電網(wǎng)電壓或負載電流變化時放大電路都應工作在放大區(qū)并且盡量提高放大倍數(shù)，以滿足穩(wěn)壓精度的要求。這里選取2N2222。 2 / 7取樣電路，為了提高穩(wěn)定性，要使通過取樣電阻R7、RP、R8的電流比V4基極電流大得多，這樣才能保

6、證分壓比的要求。但是電流太大時，取樣電阻上的損耗也大，這里取電流為20mA。根據(jù)計算選取R7=100，R8=200，RP=220。 2. 編輯電路原理圖 2.1 放置元器件 在Windows桌面上，雙擊Multisim2001圖標進入程序主窗口，主窗口中最大的區(qū)域是電路工作區(qū)，在此可對電路原理圖進行編輯和測試。首先，將初選電路原理圖中的所有元器件，分類從元器件庫中調(diào)出來。方法是在元器件庫工具欄中，單擊包含該元器件的圖標，打開該元器件庫，從元器件庫中將該元器件拖拽至電路工作區(qū)。例如：放置V1，單擊三極管元器件庫圖標，打開Transistors三極管元器件庫，三極管圖標下的底紋有灰色和綠色，灰色是

7、表示現(xiàn)實中存在的元器件，綠色表示在現(xiàn)實中不存在，是虛擬元器件。單擊灰色底紋的NPN型三極管，打開ComponentBrowser對話框，選擇2N6703，單擊OK，移動鼠標到合適位置，單擊鼠標放下三極管。元器件方向不合適，在其上右鍵單擊，出現(xiàn)快捷菜單，在菜單上根據(jù)需要選擇鏡像、旋轉(zhuǎn)。元器件V1需要執(zhí)行90CounterCW命令，逆時針旋轉(zhuǎn)90°。到此為止，元器件V1放置完畢。利用此方法依次放置所有元器件。元器件放置完后，要精心布局元器件的放置位置，以確保元器件分布合理、美觀。        2.2 導線的連接 元器

8、件放置完畢后，進行連線，按照原理圖，將鼠標指向元器件的管腳使其出現(xiàn)實心小十字，按下鼠標左鍵，拖拽出一根導線并連接至相關(guān)元器件的管腳，同樣方法，正確完成所有導線的連接。至此原理圖編輯完成，如圖1所示。2.3 儀器的調(diào)入選用儀器可從儀器庫中將相應的儀器圖標拖拽至電路工作區(qū)，儀器圖標上有連接端，用于將儀器連入電路，如圖2所示。本例中使用了萬用表、示波器。萬用表有兩個輸入端，示波器共有4個接線端(A通道端、B通道端、T觸發(fā)端、G接地端)。需要觀察測試波形時，可以雙擊儀器圖標打開儀器面板，如圖2(a)，示波器顯示的是橋式整流后沒有濾波的波形，圖2(b)萬用表顯示的是輸出UO的數(shù)值。儀器的使用方法和實際儀

9、器基本相同，萬用表的使用方法，首先要根據(jù)被測兩點的實際情況，用鼠標選擇測量直流-還是交流，然屙選抒測量電壓V、電流I或電阻R。示波器的使用方法，首先選擇工作模式Y(jié)T，然后選擇A、B通道的輸入耦合開關(guān)，是直流DC、交流AC還是接地零。3. 電路的仿真分析3.1 仿真步驟仿真分析開始前可雙擊儀器圖標打開儀器面板。準備觀察被測試波形。按下程序窗口右上角的啟動停止開關(guān)狀態(tài)為1，仿真分析開始。若再次按下，啟動停止升關(guān)狀態(tài)為0，仿真分析停止。電路啟動后，需要調(diào)整示波器的時基和通道控制，使波形顯示正常。仿真后的的儀器工作狀態(tài)如圖3所示。3.2 仿真輸出結(jié)果3.2.1 整流濾波在輸入端加人幅度U1=15V，頻

10、率為50Hz的交流電壓，RL=100，可用Multisim2001電子工作臺上提供的萬用表、示波器觀察濾波電路輸出結(jié)果。這時調(diào)節(jié)RP，使輸出UO在10V左右，從圖3中可以看到用萬用表測量出關(guān)鍵點的電壓U1=14.998V，UI=18.381V，UO=10.156V，用示波器A通道和B通道分別顯示整流濾波后電壓UI的波形和穩(wěn)壓輸出電壓Uo的波形，從示波器顯示窗口可以看山：上面一條鋸齒波曲線為UI波形，下面一條線為Uo波形。3.2.2 穩(wěn)壓電路模擬交流電網(wǎng)波動±10分別為13.5V和16.5V，頻率為50Hz交流電壓時的情況。首先改變輸入電壓信號，模擬電網(wǎng)波動，用Multi-sim200

11、1工作平臺操作比較簡單，只需用鼠標對準電壓源雙擊，根據(jù)屏幕顯示將其由15 V，分別改變?yōu)?3.5V、16.5V，這時測量的對應的UI分別為16.280V和20.406V，輸出電壓UO為10.133V和10.181V。3.2.3 過流保護電路當U1=15V，頻率為50Hz，分別改變RL。當RL=，Uo=10.160V；當RL=100，IL=101.816mA，Uo=10.156V；當RL=10，IL=160.075mA，Uo=1.601V；當RL=5.1，IL=158.433mA，Uo=808.005mV，當當負載短路時，IL=156.741mA，Uo=156.74lpV。從測量的數(shù)據(jù)看，本電路

12、是一個限流型保護電路。4. 與設(shè)計指標比較校核4.1 輸出電壓理論計算Uo=(R7+R8)(Vz+Ube4)R8=10.196V。式中R7=R7+RP=265，R8=R8+RP=255，VZ=4.3V，Ube4=0.7V。式中RP是RP的上半部分阻值，RP是RP的下半部分阻值。用Multisim2001模擬仿真。使用萬用表實測輸出電壓為Uo=10.160V，測量穩(wěn)壓電源輸出電壓Uo調(diào)節(jié)范圍當U1=15V，頻率為50Hz，調(diào)節(jié)RP，即當鍵盤字母為小寫狀態(tài)，連續(xù)按下A鍵，電位器滑動頭向下移動，直至最下端，這時測量Uo=13.29V：反之，當鍵盤字母為大寫狀態(tài)，連續(xù)按下A鍵，電位器滑動頭向上移動，直

13、至最上端，這時測量Uo=6.064V。4.2 穩(wěn)壓系數(shù)Sr理論值的計算式中4取值30，rbe4+(1+4)rz取值1K，為取樣電路的分壓比。用Multisim2001模擬仿真電子線路，根據(jù)屏幕顯示將其由15 V，改變?yōu)?3.5 V，這時測量的對應UI分別為18.381V和16.280V，輸出電壓UO為10.156V和10.133V。 由此得出：4.3 輸出電阻 用Multisim2001模擬仿真測量的數(shù)據(jù)：當RL=， UO="10".160V； 當 RL="100"，IL=101.816mA，Uo=10.156V；計算得出：通過以上分析，串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電

14、源的測量值和理論計算相符。實際線路滿足設(shè)計指標要求。如果以上設(shè)計的電路通過模擬仿真分析，不符合設(shè)計要求，可通過逐漸改變元器件參數(shù)，或更改元器件型號，使設(shè)計符合要求，最終確定出元器件參數(shù)。并可對更改的電路立即進行仿真分析，觀察虛擬結(jié)果是否滿足設(shè)計要求，這在實際的電路板中是難以做到的。5. 結(jié)束語從上述例子可見，Multisim2001是一個開放的虛擬電子實驗平臺。既有它的優(yōu)越性，又有它的局限件。設(shè)計人員可以做各種類型的電子線路實驗和實際電子產(chǎn)品設(shè)計，但不能完全取代最終電路和實物測試，因為實際電子線路，干擾現(xiàn)象是一個不好解決的難題，特別是高頻電路。之所以用Multi-sim2001模擬仿真，就是在制成實際電路之前能夠保證電路有大致正確的參數(shù)屬性，從而減少設(shè)計中不必要的彎路。在電子技術(shù)基礎(chǔ)教學中，運用Multisim2001電路仿真軟件進行教學，一方面可以驗證理論知識，另一方面還可以設(shè)置一些故障，例如串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源中，調(diào)整管V1的c-e極斷路。先提問學生從理論上分析會出現(xiàn)什么問題，然后讓學生應用仿真軟件進行仿真，來驗證結(jié)果，從而拓展學生思維，進一步促進電子技術(shù)基礎(chǔ)的教