基于Multisim直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

1、基于Multisim直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)春芽電子科技春芽ing摘要電源是所有電子設(shè)備的基礎(chǔ)，沒(méi)有電源所有的電子設(shè)備都無(wú)法正常運(yùn)行，因此研究電源電路的課題非常有意義，特別是直流穩(wěn)壓電源。本課題主要研究串聯(lián)負(fù)反饋直流穩(wěn)壓電源，分別從工作原理，硬件電路設(shè)計(jì)，仿真分析等方面深入研究。然后運(yùn)用Multisim仿真軟件進(jìn)行電路分析，很容易讀出各部分電流電壓，輸入輸出波形，判斷電路工作情況，進(jìn)而完善硬件電路，實(shí)現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：直流穩(wěn)壓電源，Multisim仿真，串聯(lián)負(fù)反饋AbstractPowersupplyisthebasisofallelectronicequipment,nopowersupp

2、lyalloftheelectronicequipmentcannotbenormaloperation,sothestudyofthepowersupplycircuitisverymeaningful,especiallytheDCregulatedpowersupply.ThistopicmainlystudiestheseriesnegativefeedbackDCregulatedpowersupply,fromtheworkingprinciple,thehardwarecircuitdesign,simulationanalysisandsoon.Thenthecircuitan

3、alysisusingMultisimsoftware,itiseasytoreadeachpartofcurrentandvoltage,inputandoutputwaveform,tojudgetheworkofcircuit,andtoimprovethehardwarecircuitdesignofDCpowersupply.Keywords:DCregulatedpowersupply,Multisimsimulation,seriesnegativefeedback摘要IAbstractI1緒論11.1 課題研究背景11.2 課題研究意義11.3 課題主要內(nèi)容22Multisim

4、仿真軟件介紹22.1 Multisim仿真軟件發(fā)展22.2 Multisim仿真軟件特點(diǎn)22.3 Multisim軟件仿真分析43串聯(lián)穩(wěn)壓電源原理分析43.1 簡(jiǎn)易串聯(lián)穩(wěn)壓電源43.2 串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電源53.2.1 工作原理分析53.2.2 調(diào)節(jié)輸出電壓63.2.3 增加輸出電流64串聯(lián)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)84.1 確定調(diào)整管84.2 確定復(fù)合管84.3 輸入電壓的確定84.4 確定基準(zhǔn)電壓84.5 確定取樣電阻84.6 確定比較放大器95串聯(lián)穩(wěn)壓電源仿真分析96總結(jié)與展望10參考文獻(xiàn)11致謝12II1緒論1.1課題研究背景電力電子技術(shù)如今已經(jīng)發(fā)展成為一門(mén)自成體系的、完整的高科技技術(shù)，電源技術(shù)就屬于

5、電力電子技術(shù)方面。眾所周知電源技術(shù)主要服務(wù)于信息產(chǎn)業(yè)，信息技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)電源技術(shù)提出要的求越來(lái)越高，直接促進(jìn)電源技術(shù)蓬勃發(fā)展，兩者相輔相成成就現(xiàn)如今飛速發(fā)展的信息產(chǎn)業(yè)和電源產(chǎn)業(yè)。從日常生活電器到最尖端的飛機(jī)導(dǎo)彈都離不開(kāi)電源技術(shù)基礎(chǔ)支持，而電源技術(shù)的提高意味著一個(gè)國(guó)家勞動(dòng)生產(chǎn)率水平的提高，即一個(gè)國(guó)家單位能耗的產(chǎn)出水平的提高，因此國(guó)民經(jīng)濟(jì)電源技術(shù)具有舉足輕重的作用。在這方面我國(guó)與世界先進(jìn)國(guó)家的水平還有差距，作為電源技術(shù)學(xué)習(xí)者，不僅應(yīng)該完成課題安排的內(nèi)容，還應(yīng)該通過(guò)各種信息渠道及時(shí)掌握電源技術(shù)最新發(fā)展方向和相關(guān)的元器件的最新發(fā)展技術(shù)，學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的薄膜工藝、厚膜工藝、集成化工藝等1。電源設(shè)備是實(shí)

6、現(xiàn)電能變換和功率傳遞的產(chǎn)品，技術(shù)含量高、知識(shí)面寬、更新?lián)Q代快。然而電力電子技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)電源新技術(shù)的發(fā)展，電源新技術(shù)的發(fā)展有效地促進(jìn)電源產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。目前為止電源已經(jīng)算是重要的基礎(chǔ)科技和產(chǎn)業(yè)，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，朝著高頻、高效、高密度化、低壓、大電流化和多元化方向發(fā)展。同時(shí)電源的封裝結(jié)構(gòu)、外形尺寸也向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化邁進(jìn)，更容易適應(yīng)全球一體化的市場(chǎng)需求2。電源是介于市電與負(fù)載中間，向負(fù)載提供持續(xù)不斷電能的供電設(shè)備，是一切工業(yè)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在電源技術(shù)交叉應(yīng)用功率半導(dǎo)體器件，綜合電力變換技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，電源技術(shù)與材料科學(xué)、現(xiàn)代控制理論、電機(jī)工程、微電子

7、技術(shù)等許多技術(shù)領(lǐng)域關(guān)系。因此電源技術(shù)慢慢發(fā)展為一門(mén)多學(xué)科相互滲透的綜合性學(xué)科，對(duì)電子儀器、電力工程、計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代通訊、工業(yè)自動(dòng)化、國(guó)防及某些電源新技術(shù)提供高質(zhì)量、高效率、高可靠性的電源發(fā)揮舉足輕重的作用30目前許多高新技術(shù)都與交流電源的波形電壓、相位、頻率、電流等參數(shù)的變換和控制有關(guān)，只有電源技術(shù)能夠完成對(duì)這些參數(shù)的精確控制和高效率處理，特別是大功率電源的頻率變換，可以為很多高新技術(shù)的快速發(fā)展提供保障。所以電源技術(shù)本身不但是一項(xiàng)高新技術(shù)，而且還是其他很多高新技術(shù)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。電源技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈不斷向前發(fā)展將有利于大大節(jié)約電能、降低材料消耗和大幅度提高生產(chǎn)效率，為現(xiàn)代便捷的生活和現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)帶來(lái)積極的進(jìn)

8、步。由此不難看出，電源技術(shù)的不斷創(chuàng)新必將促進(jìn)電源技術(shù)迅速發(fā)展，進(jìn)而為生產(chǎn)生活和科技進(jìn)步做出巨大貢獻(xiàn)。因此，電源技術(shù)和電源設(shè)備將成為二十一世紀(jì)的主導(dǎo)技術(shù)和主流產(chǎn)品401.2課題研究意義如今社會(huì)大眾都享受到形形色色電子設(shè)備給生活帶來(lái)的方便，但是所有電子設(shè)備都必須有電源電路這個(gè)共同的組成部分。大到功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)、小到微型的計(jì)算器，所有的電子設(shè)備都必須有電源電路保證才能正常運(yùn)行。然而這些電源電路的大小、難易程度各不相同。功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)電源電路可能是是一套特別復(fù)雜的電源管理系統(tǒng)。通過(guò)電源管理系統(tǒng)運(yùn)行，功能強(qiáng)大計(jì)算機(jī)各模塊才可以得到穩(wěn)定持續(xù)、符合各種規(guī)范要求的電源供應(yīng)。微型計(jì)算器則具有紐扣電池電源電路

9、。不過(guò)這個(gè)紐扣電池電源電路也很復(fù)雜，最新的電池電路已經(jīng)具備掉電保護(hù)、電池能量提醒等許多功能。因此可以說(shuō)電源電路絕對(duì)是一切電子設(shè)備的基礎(chǔ)電第1頁(yè)共13頁(yè)路，沒(méi)有電源電路就不會(huì)有出現(xiàn)如此品種多樣的電子設(shè)備5。因?yàn)殡娮釉O(shè)備的技術(shù)特性，所以要求電源電路的必須能夠保證穩(wěn)定持續(xù)、滿(mǎn)足負(fù)載要求的電能，當(dāng)然一般情況下都是要求具有穩(wěn)定的直流電能。提供如此穩(wěn)定的直流電能的電源便是課題所研究的直流穩(wěn)壓電源。眾所周知，直流穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有無(wú)足輕重的地位，許多電子專(zhuān)業(yè)學(xué)生初學(xué)電子設(shè)計(jì)首先就要解決直流穩(wěn)壓電源問(wèn)題，否則電子電路無(wú)法運(yùn)行、電子制作無(wú)從談起6。1.3課題主要內(nèi)容直流穩(wěn)壓電源有很多種分類(lèi)方法，按電路類(lèi)型

10、可以分為簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電源和反饋型穩(wěn)壓電源；按調(diào)整管的工作狀態(tài)不同可以線(xiàn)性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源；按穩(wěn)壓電路與負(fù)載的連接方式不同可以分為串聯(lián)穩(wěn)壓電源和并聯(lián)穩(wěn)壓電源；按輸出電源的不同可以分為直流穩(wěn)壓電源和交流穩(wěn)壓電源等。本課題主要研究串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電源的工作原理及電路設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，然后運(yùn)用Multisim仿真軟件對(duì)硬件電路進(jìn)行仿真分析，與理論計(jì)算數(shù)值相比較得到實(shí)際電路參數(shù)7o2Multisim仿真軟件介紹2.1 Multisim仿真軟件發(fā)展Multisim仿真軟件前身是加拿大圖像交互技術(shù)公司推出的EWB軟件，二十世紀(jì)九十年代就在我國(guó)得到迅速推廣，受到廣大電子行業(yè)技術(shù)人員的青睞。Multisim仿真軟件

11、可以對(duì)模擬電路、數(shù)字電路、電工電路、射頻電路、單片機(jī)電路等許許多多電路進(jìn)行仿真，克服傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)客觀局限性，選用Multisim仿真軟件的虛擬元器件搭建各種電子電路，用虛擬儀表進(jìn)行各種參數(shù)和性能指標(biāo)的測(cè)試，費(fèi)用少效率高，而且結(jié)果快速、準(zhǔn)確、直觀網(wǎng)。2.2 Multisim仿真軟件特點(diǎn)(1) Multisim軟件采用直觀圖形界面創(chuàng)建電路，操作簡(jiǎn)便。整個(gè)操作界面如同一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，軟件中的儀器控制面板和操作方式都與實(shí)物相似，測(cè)量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線(xiàn)直觀形象，連線(xiàn)方便、簡(jiǎn)單易學(xué)。如圖2.1所示。奇電ESI-Multiwm-11g圖2.1Multisim操作界面(2) Multisim軟件元器件庫(kù)有13

12、000多種元器件供用戶(hù)選擇。雖然元器件庫(kù)看起來(lái)很大，但被分成不同系列元器件，因此查找元件特別方便。元件庫(kù)中的每一個(gè)器件都有具體的符號(hào)、仿真模型和封裝，用于電路圖的建立、仿真和印刷電路板的制作。還有許多虛擬元器件、交互元器件、額定元器件、指示元器件和三維立體元器件，Multisim元件庫(kù)如圖2.2所示9。第2頁(yè)共13頁(yè)圖2.2Multisim元件庫(kù)(3) Multisim軟件還提供失真分析儀、邏輯分析儀、波特分析儀、頻率計(jì)數(shù)器、安捷倫儀器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字萬(wàn)用表、網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀、瓦特表和數(shù)字信號(hào)發(fā)生器等十八種虛擬儀器，所有儀器功能不僅與實(shí)際儀器功能相同，而且控制面板外形和操作方式與實(shí)

13、際基本相同。(4) Multisim軟件元器件放置迅速和連線(xiàn)簡(jiǎn)捷方便。在虛擬仿真平臺(tái)上建立硬件電路的仿真，相對(duì)比較耗費(fèi)精力的步驟是放置元器件和連線(xiàn)，但是初學(xué)者幾乎不需要指導(dǎo)就可以輕易地完成元器件的放置、元器件的連線(xiàn)，只是單擊兩個(gè)元器件引腳就可以完成電路連接。當(dāng)元件發(fā)生移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)時(shí)電路仍可以保持它們的連接，同時(shí)連線(xiàn)可以隨意拖動(dòng)和微調(diào)。(5) Multisim軟件既可以對(duì)模擬、數(shù)字電路進(jìn)行仿真還可以對(duì)模數(shù)混合電路進(jìn)行仿真，還提供RF射頻電路的仿真，提供專(zhuān)門(mén)用于射頻電路仿真的元器件模型庫(kù)和儀表，因此搭建射頻電路并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)非常方便，仿真電路準(zhǔn)確性也很高。(6) Multisim軟件兼容性好。Multi

14、sim作為電路硬件仿真設(shè)計(jì)工具，可以與流行的電路分析、設(shè)計(jì)和制板軟件交換數(shù)據(jù)，比如Protel99SE、SPICE等。(7) Multisim軟件具有強(qiáng)大的電路分析能力，實(shí)時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果。Multisim不但提供虛擬儀表，為了更好地掌握電路的性能，而且提供失真分析、噪聲分析、直流工作點(diǎn)分析、交流分析、溫度掃描分析、傅里葉分析、傳輸函數(shù)分析、用戶(hù)自定義分析和最壞情況分析等十九種分析，這些分析方法足夠滿(mǎn)足電子電路的分析和設(shè)計(jì)要求，如果是在實(shí)際電路設(shè)計(jì)行業(yè)有些分析功能是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。(8) Multisim軟件具有強(qiáng)大的作圖功能，可以將仿真分析結(jié)果進(jìn)行顯示、調(diào)節(jié)、存儲(chǔ)、打印和輸出。使用作圖器還可以對(duì)仿

15、真結(jié)果進(jìn)行測(cè)量、設(shè)置標(biāo)記、重建坐標(biāo)系以及添加網(wǎng)格。所有顯示都可以被Excel以及LabVIEW軟件調(diào)用。(9) Multisim軟件利用后處理器對(duì)仿真結(jié)果和波形進(jìn)行傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)和工程運(yùn)算。如代數(shù)運(yùn)算、布爾運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、三角運(yùn)算、矢量運(yùn)算和復(fù)雜的數(shù)學(xué)函數(shù)運(yùn)算。(10) Multisim是良好的電子技術(shù)訓(xùn)練工具，利用虛擬元器件、儀器可以用比實(shí)驗(yàn)室中更靈活的方式進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)，仿真硬件電路的實(shí)際運(yùn)行情況，熟悉常用儀器測(cè)量方法。能夠完美解決傳統(tǒng)電子實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不便進(jìn)行開(kāi)路、短路、漏電和過(guò)載觀測(cè)等問(wèn)題，非常適合電子類(lèi)課程的仿真教學(xué)和實(shí)驗(yàn)10o第3頁(yè)共13頁(yè)2.3 Multisim軟件仿真分析Multisim

16、軟件的功能主要體現(xiàn)在硬件電路分析方面，可以提供十九種仿真分析功能，電子設(shè)計(jì)者可根據(jù)仿真電路、仿真目的和功能要求任意選擇。仿真分析類(lèi)型有直流工作點(diǎn)分析、交流頻率分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲分析、直流掃描分析、參數(shù)掃描分析、溫度掃描分析、傳遞函數(shù)分析等如圖2.3所示。圖2.3Multisim仿真分析類(lèi)型3串聯(lián)穩(wěn)壓電源原理分析3.1 簡(jiǎn)易串聯(lián)穩(wěn)壓電源簡(jiǎn)易串聯(lián)穩(wěn)壓電源如圖3.1所示，D1是基準(zhǔn)電壓源，T1是調(diào)整管，R1是限流電阻，R2是負(fù)載電阻。由于T1基極電壓被D1固定在Ud1,T1發(fā)射結(jié)電壓（U）be在T1正常工作時(shí)基本是不變的固定值（一般硅二極管為0.7V,錯(cuò)二極管為0.3V）,所以輸出電壓

17、Uo=Ud1（Ut1）be。當(dāng)輸出電壓遠(yuǎn)大于T1發(fā)射結(jié)電壓時(shí)，可以忽略（Ut1）be,則Uo=Ud1o串聯(lián)穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓工作原理如下。圖3.1簡(jiǎn)易串聯(lián)穩(wěn)壓電源假如由于某種原因引起輸出電壓Uo降低，即T1的發(fā)射極電壓（Ut1）e降低，由于Ud1保持不變，從而造成T1發(fā)射極電壓（Ut1）be上升，引起T1基極電流（IT1）b上升，從而造成T1發(fā)射極電流（IT1）e被放大B倍上升，由晶體管的負(fù)載特性可知，這時(shí)T1導(dǎo)通更加充分管壓降（Uti）ce將迅速減小，輸入電壓第4頁(yè)共13頁(yè)Ui更多的加到負(fù)載上，Uo得到快速回升。這個(gè)調(diào)整過(guò)程可以使用下面的變化關(guān)系圖表?。篣oJf(Uti)eJfbilUlf(Ut

18、i)beTf(Iti)bTTIti)eTf(Uti)ceJ-Of當(dāng)輸出電壓上升時(shí)，整個(gè)分析過(guò)程與上面過(guò)程的變化相反，這里我們就不再重復(fù)，只是簡(jiǎn)單的用下面的變化關(guān)系圖表示：UoTf(Uti)eT-bi，lM®f(UTI)beJf(Iti)bJf(Iti)Ejf(Uti)ceT-OJ上述只是分析輸出電壓Uo降低的穩(wěn)壓工作原理，還有輸入電壓Ui降低等其他情況下的穩(wěn)壓工作原理都是類(lèi)似分析，最終都是反應(yīng)在輸出電壓Uo降低上，因此工作原理大致相同。從上述電路的工作原理不難得出穩(wěn)壓的關(guān)鍵有兩點(diǎn)：一是穩(wěn)壓管D1的穩(wěn)壓值Udi要保證穩(wěn)定；二是調(diào)整管T1要工作在放大區(qū)且工作特性良好。其實(shí)還可以用反饋的原

19、理來(lái)說(shuō)明簡(jiǎn)易串聯(lián)穩(wěn)壓電源的工作原理。由于電路是一個(gè)射極輸出器是電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路，電路的輸出電壓為Uo=(Uti)e(Uti)b,由于(Uti)b保持穩(wěn)定，所以輸出電壓Uo也保持穩(wěn)定。簡(jiǎn)易串聯(lián)穩(wěn)壓電源由于使用固定的基準(zhǔn)電壓源D1,所以當(dāng)需要改變輸出電壓時(shí)只有更換穩(wěn)壓管D1,這樣調(diào)整輸出電壓非常不方便。另外由于直接通過(guò)輸出電壓Uo的變化來(lái)調(diào)節(jié)T1的管壓降(Ut1)ce,這樣控制作用較小，穩(wěn)壓效果還不夠理想，因此這種穩(wěn)壓電源僅僅適合比較簡(jiǎn)單的電路應(yīng)用場(chǎng)合。3.2 串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電源由于簡(jiǎn)易串聯(lián)穩(wěn)壓電源輸出電壓受穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值的限制無(wú)法調(diào)節(jié)，當(dāng)需要改變輸出電壓時(shí)必須更換穩(wěn)壓管，造成電路的靈活性較差；同

20、時(shí)由輸出電壓直接控制調(diào)整管的工作，造成電路的穩(wěn)壓效果也不夠理想。所以必須對(duì)簡(jiǎn)易穩(wěn)壓電源進(jìn)行改進(jìn)，增加一級(jí)放大電路，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)將輸出電壓的變化量放大后控制調(diào)整管的工作。由于整個(gè)控制過(guò)程是一個(gè)負(fù)反饋過(guò)程，所以這種穩(wěn)壓電源叫做串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電源。3.2.1 工作原理分析串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電路如圖3.2所示，其中D1和R2組成基準(zhǔn)電壓，R3R5組成取樣電路，T2為比較放大器，T1是調(diào)整管，R6是負(fù)載電阻。假如由于某種原因引起輸出電壓Uo降低時(shí)，通過(guò)R3R5的取樣電路，引起T2基極電壓(Ut2)o成比例下降，由于T2發(fā)射極電壓(Ut2)e受穩(wěn)壓管D1的穩(wěn)壓值控制保持不變，所以T2發(fā)射結(jié)電壓(Ut2)be將減小

21、，于是T2基極電流(It2)b減小，T2發(fā)射極電流(It2)e跟隨減小，T2管壓降(Ut2)ce增加，導(dǎo)致其發(fā)射極電壓(Ut2)c上升，即調(diào)整管T1基極電壓(Ut1)b將上升，T1管壓降(Ut1)ce減小，使輸入電壓Ui更多的加到負(fù)載上，這樣輸出電壓Uo就上升。這個(gè)調(diào)整過(guò)程可以使用下面的變化關(guān)系圖表示：UoJf(Ut2)OJ-Ud1恒定一(Ut2)BEJ一(It2)BJ一(It2)EJ一(Ut2)ceTf(Ut2)cTf(Ut1)bTf(Ut1)ceJ-UoT當(dāng)輸出電壓升高時(shí)整個(gè)變化過(guò)程與上面完全相反，這里就不再贅述，簡(jiǎn)單的用下圖表?。篣oTf(Ut2)oT-Ud1恒定一(Ut2)beTf(I

22、t2)bT一(It2)eT一(Ut2)CEJf(Ut2)cJf(Ut1)bJf(Ut1)ceTfUoJ與簡(jiǎn)易串聯(lián)穩(wěn)壓電源相似，當(dāng)輸入電壓Ui或者負(fù)載等其他情況發(fā)生時(shí)，都會(huì)引起輸出電壓Uo的相應(yīng)變化，最終可以用上面分析的過(guò)程說(shuō)明其工作原理。第5頁(yè)共13頁(yè)T1圖3.2串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電路串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電源電路的整個(gè)穩(wěn)壓控制過(guò)程中，因?yàn)樵黾颖容^放大電路T2,輸出電壓Uo的變化經(jīng)過(guò)T2放大后再去控制調(diào)整管T1的基極輸出，使得電源電路的穩(wěn)壓性能得到提高。T2的B值越大穩(wěn)壓電源輸出電壓穩(wěn)定性越好11。3.2.2調(diào)節(jié)輸出電壓如圖3.2所示取樣電路并聯(lián)于直流穩(wěn)壓電路的輸出端，主要是由R5組成，其實(shí)取樣電壓就是三

23、個(gè)電阻分壓后得出。當(dāng)選取R3、R4、值時(shí)可以通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)碾娮柚祦?lái)使流過(guò)分壓電阻的電流遠(yuǎn)大于流過(guò)R3、R4、R5三個(gè)阻T2基極的電流，也就是說(shuō)T2基極電流的分流作用可以直接忽略，于是就可以用電阻分壓的計(jì)算方法來(lái)確定T2基極電壓（UT2）Bo當(dāng)R4電位器調(diào)到最上端時(shí)T2基極電壓（Ut2）輸出電壓為:Uq=R3+R4+R5R4+R5-R3+R4+R5R4+R5(UgJw+Ua)此時(shí)輸出電壓是最小值。當(dāng)R4電位器調(diào)到最下端時(shí)T2基極電壓（Ut2）/、R5（UT。B=；;u0T*BR3+R4+R50輸出電壓為：u口二R3+R4+的R5R3+R4+R5R5此時(shí)輸出電壓是最大值。通過(guò)上面的計(jì)算當(dāng)（UT2）

24、be<<Udi時(shí)可以忽略由此我們可以知道，只要選擇合適的R3、R4、（UT2）BE的值。R5阻值就可以控制輸出電壓Uo的范圍，改變輸出電壓Uo的邊界值可以通過(guò)改變R3和R5的阻值實(shí)現(xiàn)。3.2.3增加輸出電流第6頁(yè)共13頁(yè)如果輸出電流不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可以采用復(fù)合調(diào)整管的方法實(shí)現(xiàn)增加輸出電流。復(fù)合調(diào)整管一般有四種連接方式如圖3.3所示。圖3.3復(fù)合管連接方式如圖3.3所示的復(fù)合管都是由一個(gè)小功率三極管T2和一個(gè)大功率三極管T1連接而成。復(fù)合管就可以看作是一個(gè)功率為（PT1）PCM,放大倍數(shù)為陽(yáng)0T2極性和T2一致的大功率管，而其驅(qū)動(dòng)電流則要求（It2）bo如圖3.4所示是串聯(lián)負(fù)反饋

25、型穩(wěn)壓電源電路圖，通過(guò)選用圖3.3（a）中的復(fù)合管連接方法來(lái)增加直流穩(wěn)壓電源輸出電流。同事增加電容C2,主要作用就是防止電路產(chǎn)生自激振蕩，如果發(fā)生自激振蕩可由C2將其旁路釋放掉。圖3.4串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電源電路第7頁(yè)共13頁(yè)4串聯(lián)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路是指能在電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流的變化時(shí)，保持輸出直流電壓的穩(wěn)定。穩(wěn)壓電路是直流穩(wěn)壓電源的重要組成部分，決定著直流電源的重要性能指標(biāo)。穩(wěn)壓電路的主要指標(biāo)是穩(wěn)壓系數(shù)Sr和穩(wěn)壓電路的輸出電阻。穩(wěn)壓系數(shù)是在有負(fù)載固定不變的前提下，輸出電壓的相對(duì)變化量4Uo/Uo與穩(wěn)壓電路輸入電壓相對(duì)變化量4Ui/Ui之比，該指標(biāo)反映電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響。此外穩(wěn)壓電路輸入電壓

26、Usc就是整流濾波以后的直流電壓。輸出電阻可以衡量穩(wěn)壓電路受載電阻的影響程度。4.1確定調(diào)整管通常情況下調(diào)整管要滿(mǎn)足下面三個(gè)條件：(1)負(fù)載電流Io必須小于集電極最大允許電流|CM；(2)加在調(diào)整管上的最大電壓必須小于集電極發(fā)射機(jī)間未穿電壓BVcm；(3)調(diào)整管的管耗必須小于集電極最大允許耗散功率PCM。直流穩(wěn)壓電源中很容易滿(mǎn)足第一個(gè)條件，因?yàn)榉€(wěn)壓電路正常工作時(shí)調(diào)整管的管壓降UCM是不大的。若負(fù)載短路UO=0,此時(shí)管壓降最大，近似計(jì)算值UcOMA=1<UMAX因此選擇BVcm>Ucomax三極管，式中Umax是在點(diǎn)網(wǎng)電壓最高時(shí)的有載整流電壓。調(diào)整管輸電壓最大時(shí)產(chǎn)生功耗最大，負(fù)載電壓

27、此時(shí)最低，輸出電流此時(shí)最大PmAX=(UMAX-UMIN)(IMAX+Ii)即選擇Pim>=Pcmax三極管，式中|i是穩(wěn)壓管的分流電流，包括基準(zhǔn)穩(wěn)壓管電流。4.2確定復(fù)合管當(dāng)負(fù)載電流|O值很大，如果調(diào)整管的基極控制電流|b1=|o/P還是比較大，則比較放大器無(wú)法直接推動(dòng)，比如Ib1>0.5mA通常調(diào)整管需要采用復(fù)合管，1b2=|o/P1P2,如果1b2<0.5mA就能夠被比較放大管所推動(dòng)。4.3 輸入電壓的確定如果輸入電壓Ui選擇不符合要求必定會(huì)影響其性能，如果Ui太低則穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定范圍不夠，容易產(chǎn)生調(diào)整管飽和；如果Ui太高，則管壓降增大，調(diào)整管功耗增大，電源效率下降，體

28、積也增大。為保證調(diào)整管工作在放大區(qū)，一般取Ucm1=38V即可，則輸入電壓為Ui=Ui+Uo04.4確定基準(zhǔn)電壓選擇合適的穩(wěn)壓管能使取樣電壓更好地反映出輸出電壓Uo的變化，因此取樣電壓應(yīng)適當(dāng)選擇高一點(diǎn)，因?yàn)榛鶞?zhǔn)電壓UDZ取值更應(yīng)該大一點(diǎn)，通常情況下取分壓比N=Udz/Uo=0.50.8。限流電阻Rz計(jì)算方式如下Rz=(Uo-UDZ)/|DZ(|DZ為穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流)4.5 確定取樣電阻一般情況下取樣電路的電流量為最大輸出電流0.5%,則取樣電路的總電阻RV=R1+Rw+R2=Uo/(|cmax*0.05)然后可以根據(jù)分壓比N的要求來(lái)確定Ri,Rw和R2電阻值。第8頁(yè)共13頁(yè)4.6 確止比較放

29、大器(1)集電極電阻Rc由于URC=Ul-Uo-Ube=Ul-Uo-0.7IRC=|c2+Ibl通?？扇c2=2Ibl,則Rc=Urc/IRC=Urc/31b1=(U1-Uo-0.7)/(3Ibi"：1)(2)誤差放大管誤差放大管的集電極發(fā)射極之間的電壓為UCM2=Uo+Ube1-UDZ選取BVCM>UcM2,Icm>Ib1的小功率管。通常盡管選用P值大的三極管，以減小放大管的基極電源12o5串聯(lián)穩(wěn)壓電源仿真分析£B04JN400710科4迎TWi220VrtYH01n圖5.1串聯(lián)穩(wěn)壓電源仿真電路串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路如圖5.1所示，仿真分析可知四個(gè)整流二極管只要

30、任何一個(gè)開(kāi)路，橋式全波整流就會(huì)變成半波整流，此時(shí)輸出電壓的平均值Uo=0.45Ui；當(dāng)四個(gè)整流二極管全部正常時(shí)電路為全波整流，輸出電壓的平均值Uo=0.9Ui,仿真結(jié)果與理論分析一致。當(dāng)整流電路接入濾波電容時(shí)，由于電容能夠存儲(chǔ)電荷，則輸出電壓會(huì)逐漸平滑，電壓紋波明顯減少，同時(shí)輸出電壓的平均值逐漸變大。輸出電壓平均值Uo的大小與濾波電容C和等效負(fù)載R數(shù)值有關(guān)。當(dāng)電容C的容量一定時(shí)，電阻R越大，電容C的放電時(shí)間常數(shù)七就越大，其放電速度越慢，輸出電壓就越平滑，Uo值就越大。當(dāng)電阻R開(kāi)路時(shí)，輸出電壓平均值Uo=1.414Uio要使穩(wěn)壓電路具有更好的濾波效果一般取RC大于等于(35)T/2,T為交流電源

31、周期，此時(shí)輸出電壓的平均值Uo=1.2Uio在負(fù)載電阻R確定時(shí)濾波電容C越大其放電速度越慢，輸出電壓就越平滑，輸出電壓平均似就越大。濾波電容C確定時(shí)，等效負(fù)載R越大輸出電壓也越平滑，輸出電壓平均值也越大。當(dāng)整流二極管其中之一開(kāi)路時(shí)輸出電壓波形的脈動(dòng)程度增大，輸出電壓平均值變小。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中由于調(diào)整管與負(fù)載是串聯(lián)連接，當(dāng)電流過(guò)載時(shí)，極限是輸?shù)?頁(yè)共13頁(yè)出端短路時(shí)，調(diào)整管將要承受全部輸入電壓和流過(guò)全部的電流，直接導(dǎo)致調(diào)整管功耗猛增而可能燒毀，所以應(yīng)該將調(diào)整管進(jìn)行保護(hù)。保護(hù)電路一般分為限流型保護(hù)電路和截流型保護(hù)電路兩種。如圖三極管Q3就是限流保護(hù)管，在串聯(lián)型穩(wěn)壓電路過(guò)流時(shí)起保護(hù)作用。通過(guò)以上分

32、析可知當(dāng)負(fù)載電阻減小時(shí)輸出電壓的平均值減小，但電流卻基本不變，于是起到保護(hù)作用130串聯(lián)穩(wěn)壓電源的仿真電路如圖5.1所示，通過(guò)電流仿真分析可知，輸出電壓波形幾乎是一條直線(xiàn)，可以逐步減少輸出電壓中的脈沖成分。并且向上和向下調(diào)節(jié)電位器R8時(shí)可調(diào)節(jié)輸出電壓值，仿真分析與理論計(jì)算值基本一致。通過(guò)仿真分析得出：輸入電壓為18V,經(jīng)過(guò)整流濾波后的電壓為22.68V,最后穩(wěn)定后的電壓為10.88V。輸入電流約1.84A,而最后穩(wěn)定時(shí)的輸出電流約為4.45mA0通過(guò)計(jì)算可得出輸入電阻為12.33歐，而最后穩(wěn)定輸出電阻約為2.45K歐。6總結(jié)與展望通過(guò)參數(shù)計(jì)算和元器件選擇，可以得到所有元件的參數(shù)。這樣就得到完整

33、的穩(wěn)壓電源電路圖，這里計(jì)算其實(shí)都還只是初步的參數(shù)，實(shí)際組裝完畢后應(yīng)該仔細(xì)測(cè)量電源的各項(xiàng)指標(biāo)是否符合要求，各部分元件工作是否正常。如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況做出調(diào)整。根據(jù)調(diào)整結(jié)果來(lái)修正原理圖中的電路參數(shù)，最終完成穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)。由于串聯(lián)穩(wěn)壓電源輸出電壓受穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值得限制無(wú)法調(diào)節(jié)，當(dāng)需要改變輸出電壓時(shí)必須更換穩(wěn)壓管，造成電路的靈活性差；同時(shí)由輸出電壓直接控制調(diào)整管的工作，造成電路的穩(wěn)壓效果也不夠理想。所以可以對(duì)穩(wěn)壓電源進(jìn)行改進(jìn)，增加一級(jí)放大電路，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)將輸出電壓的變化量放大后控制調(diào)整管的工作。由于串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電路是通過(guò)輸出電壓的變化量，經(jīng)放大后來(lái)調(diào)節(jié)調(diào)整管的管壓降達(dá)到穩(wěn)壓的目的。當(dāng)放大倍數(shù)越高，電源的穩(wěn)定度就越高。對(duì)于三極管放大器，當(dāng)集電極電阻越大同時(shí)輸入電阻越小時(shí)，放大倍數(shù)就越大。但集電極電阻過(guò)大會(huì)造成集電極電流過(guò)小，會(huì)造成輸入電阻增大。為解決這個(gè)矛盾可以使用恒流源負(fù)載代替集電極電阻