模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)舉例

1、模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)舉例直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)1. 概述直流穩(wěn)壓電源是電子系統(tǒng)中不可缺少的設(shè)備之一，也是模擬電路理論知識(shí)的基本內(nèi)容之一。完成一個(gè)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行安裝調(diào)試，既可以達(dá)到對(duì)模擬電路理論知識(shí)的較全面的運(yùn)用，也能掌握模擬電路的實(shí)際安裝調(diào)試技術(shù)，具有很好的實(shí)用價(jià)值。2. 設(shè)計(jì)任務(wù)、技術(shù)指標(biāo)和要求完成一個(gè)直流穩(wěn)壓電源的理論設(shè)計(jì)，并用EWB進(jìn)行模擬仿真測(cè)試，符合技術(shù)指標(biāo)要求后再進(jìn)行安裝調(diào)試。其技術(shù)指標(biāo)要求為：（1） 共有4路直流輸出電源：15V/1A、12V/100mA；（2） 電壓調(diào)整率：S0.2%（輸入電壓220V，變化10%，滿載）；（3） 負(fù)載調(diào)整率1%（輸入電壓220V，空載到滿

2、載）；（4） 紋波抑制比35dB（輸入電壓220V，滿載）。（注：主要設(shè)計(jì)穩(wěn)壓部分）3. 方案選擇與論證眾所周知，直流穩(wěn)壓電源總體功能框圖如圖2所示。常用的直流穩(wěn)壓電源有下列方案可供選擇。電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路220V 直流電壓（圖2直流穩(wěn)壓電源總體功能框圖）（1） 硅穩(wěn)壓管并聯(lián)式穩(wěn)壓電路。這種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但輸出電壓固定，負(fù)載能力小。（2） 串聯(lián)反饋式線性穩(wěn)壓電源。這種電路的輸出電源的穩(wěn)定性、負(fù)載能力和可調(diào)節(jié)性都較好。（3） 三端集成穩(wěn)壓器。這種電路實(shí)質(zhì)是第（2）種電路的集成化和優(yōu)化。（4） 串聯(lián)或并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。這種電路的最大優(yōu)點(diǎn)是效率高，可達(dá)75%90% 。（5） 直流變

3、換型電源。這種電路可以把不穩(wěn)定的直流高壓變換為穩(wěn)定的直流低壓，更多情況是用于把不穩(wěn)定的直流低壓變換為穩(wěn)定的直流高壓，也就是實(shí)現(xiàn)DC-DC轉(zhuǎn)換。 根據(jù)本課題的任務(wù)和技術(shù)指標(biāo)要求，對(duì)系統(tǒng)效率未做要求，而對(duì)電壓調(diào)整、負(fù)載調(diào)整率、紋波電壓作出一定要求，可選擇（1）、（2）或（3）方案。又因要求4路輸出電源，選擇（3）更好，這樣實(shí)現(xiàn)電路簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)容易，性價(jià)比高。4. 功能框圖設(shè)計(jì) （1）電源變壓器可通過(guò)降壓變壓器實(shí)現(xiàn)。 （2）爭(zhēng)流部分一般采用橋式整流，可采用4個(gè)整流二極管接成橋式，也可采用二極管整流橋堆。（3）濾波電路在電流輸出不大的情況下一般選用電容濾波即可。（4）三端集成穩(wěn)壓器有固定輸出和可調(diào)輸出兩

4、種。由于課題要求的輸出電源都是固定的，所以穩(wěn)壓部分選用輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器。5. 單元電路設(shè)計(jì)（1）穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì) 根據(jù)課題任務(wù)與技術(shù)指標(biāo)要求，選擇W7815、W7915、W7812、W7912三端集成穩(wěn)壓器，其性能指標(biāo)如表1所示。表中，電壓調(diào)整率的定義為在保持Io和溫度不變的條件下： ，該參數(shù)反應(yīng)了穩(wěn)壓電源克服輸入電壓變化影響的能力，越小越好。電流調(diào)整率的定義為在規(guī)定輸入電壓下，負(fù)載電流從0（空載）到最大值(滿載)變化時(shí)，輸表1 三端集成穩(wěn)壓器性能指標(biāo)參數(shù) 測(cè)試條件 W7815 W7812 W7915 W7912輸入電壓UI (V) +18.5+28.5V +15+25V 18.5+

5、28.5V 15+25V輸出電壓Uo (V) I0=500mA +15V +12V I0=200mA 15V 12V電壓調(diào)整率Sv(V) UI：18.528.5V 0.1% 0.1% UI： 1220V 0.1% 0.1%電流調(diào)整率SI Io：10mA 1.5A 2% 0.1% Io： 0500mA 0.1% 0.1%負(fù)載電流I0（A） UI：18.528.5V 最大1.5A 最大0.5A UI： 1220V 紋波抑制比RR(dB) Io= 500mA UI：18.528.5VIo= 200mA 3753 4955 UI：1220V f =500Hz出電壓的相對(duì)變化率，即 。該參數(shù)反映了負(fù)載變

6、化時(shí)，穩(wěn)壓電源維持輸出電壓穩(wěn)定的能力。 紋波抑制比的定義為 ，式中和分別表示輸入紋波電壓和輸出紋波電壓的峰峰值。 顯然，由表1可知，所選三端集成穩(wěn)壓器滿足課題技術(shù)指標(biāo)要求。 再考慮一些常規(guī)的濾波和保護(hù)電路，可設(shè)計(jì)出穩(wěn)壓部分的電路原理圖如圖3所示。圖中D1D8為保護(hù)二極管。W7815W7812W7915W79125+15V/1A -15V/1A -12V/0.1A 12V/0.1A +20V-20VD3D4D5D6D2D1D7D8C4C7C8C5C6C3C14C13C12C11C9C10+0.33F1000F1000F1000F0.33F1000F1F1F0.22F0.22F0.22F0.22F

7、（圖3 穩(wěn)壓電路原理圖） （2） 雙路輸出變壓器、整流、濾波電路電路的設(shè)計(jì)這部分電路原理圖如圖4所示。變壓器的選擇主要考慮初、次級(jí)的電壓電流要求。由于W7815（7915）要求輸入電壓為+18.5+28.5V（18.5+28.5V），設(shè)UI取為20V，則根據(jù)電容濾波電路中的電壓關(guān)系：若，則U2UI/1.2，可求得變壓器次級(jí)電壓有效值2U2218V。根據(jù)課題技術(shù)指標(biāo)要求，穩(wěn)壓電源輸出負(fù)載電流為1A+100mA ，變壓器電流應(yīng)為，所以取變壓器為/2A即可。RL1RL2-Uo2C1u2Uo1+C2u2u1（圖4雙路輸出變壓、整流、濾波電路原理圖）整流電路可用4個(gè)整流二極管組成橋式整流電路，也可直接選用橋式整流堆，只要做到使每只整流管的最大反向電壓，整流電流為即可。例如這里可選50V/2A的橋式整流堆。濾波電容的容量C應(yīng)按式RLC(35)T/2確定。其中，RL為電容所帶負(fù)載，這里為集成穩(wěn)壓電路的等效輸入電阻，T為u2的周期。這里C取為1000F/36V可滿足要求。6. 直流穩(wěn)壓電路的全電路圖（略）7. EWB 或PSPICE仿真設(shè)計(jì)調(diào)試熟習(xí)EWB仿真軟件，在EWB或PSPICE工作平臺(tái)上進(jìn)行仿真調(diào)試、分析。8. 實(shí)際電路的安裝與調(diào)試EWB 模擬仿真完成后，就可以按第3的步驟進(jìn)行實(shí)際