【毕业学位论文】(Word原稿)基于Multisim7直流稳压电源仿真实验研究-电气自动化技术

义乌工商职业技术学院 毕业设计（论文） ( 2007 届 ) 题目 ： 基于 流稳压电源 仿真实验研究 系 别 计算机工程系 专 业 计算机技术与应用 班 级 04计（ 2）班 学生姓名 王娇娇 学 号 04111201 导师姓名 张恩沛 成 绩 2007 年 5 月 25日 1 目 录 摘要 2 一、引言 3 二、基本原理 3 三、整流电路 3 （一）单相半波整流电路 4 4 （二）桥式全波整流电路 5 5 整流电路仿真实验 6 7 四、滤波电路 8 （一）桥式整流滤波电路 8 8 8 9 10 五、稳压电路 10 （一）稳压管稳压电路 11 11 （二）具有放大环节串联稳压电路 12 12 13 六、集成稳压电路 14 七、总结 14 参考文献 15 致谢 16 2 基于 流稳压电源仿真实验研究 计算机工程系 04 计 2 班 王娇娇 指导教师：张恩沛 摘 要 :采用常规方法对整流、滤波和稳压电路进行分析研究，通常比较困难。而采用基于 真实验方法则很简单，特别是波 形分析非常直观形象。通过软硬结合、虚实兼容，模拟电源工作方式，进行直流稳压电源的实验研究，既准确又便捷，收到了事半功倍的效果。 关键词 : 直流稳压电源 实验 仿真 3 一 、 引 言 在工农业生产、科研和教学工作中，主要采用交流电源，但在电解、电镀、蓄电池的充电、直流电机驱动等领域，都需要用直流电源供电。另外，在电子仪器仪表、计算机和控制装置中，还需要质量较高的稳压电源。为了得到直流电源，除了采用直流发电机、电池等直流电源外，目前广泛采用各种半导体直流稳压电源供电。 本课题以常用的直流稳压电源为例，通过对直流稳压电源的整流、滤波和稳压电路的分析，提出了采用基于 别是波形分析非常直观形象。通过软硬结合、虚实兼容，模拟电源工作方式，进行直流稳压电源的实验研究，既准确又便捷，收到了事半功倍的效果。 二、基本原理 直流电源是非常重要的电源，它们通常是由电池或是交流电转变而成的。将交流电转变成稳定的直流电，需要经过变压、整流、滤波、稳压几个过程，如图 1所示。 图 1 直流稳压电源框图 1、电源变压器：将标准交流电源电压变换为符 合整流需要的交流电压（一般为降压）。 2、整流电路： 利用二极管等整流器件的单向导电特性，将交流电压变换为单向脉动电压。 3、滤波电路： 减小整流电压的脉动程度，以适合稳压电路的需要。 4、稳压电路： 在交流电源电压波动或负载变化时，使直流输出电压稳定。 变压器的作用是将电网供给的 220流电路就是将交流电变换成单方向的直流电，其特点是方向不变，而大小却随时间波这种直流电称为脉动直流电。滤波电路是将脉动的直流电压变为平直的脉动小的直流电压。稳压电路使输出的直流电压 在交流电源或负载变动时，能够保持基本稳定。 三、整流电路 整流主要是利用二极管的单向导电性，将交流电变换成单方向的脉动直流电。 4 根据输出电压的波形，整流可分为半波整流和全波整流。 （一）单相半波整流电路 半波整流电路如图 2所示，图中变压器的一次侧为 220整流二极管， 相半波整流电路图与波形图，如图 2所示。 图 2 单相半波整流电路与波形图 仿真实验一 单相半波整流电路 实验步骤： (1)启动 成单相半波整流电路，如图 3所示。 图 3 单相半波整流仿真电路 5 (2)打开仿真开关，观察半波整流电路输入、输出波形如图 4所示。 图 4 半波整流输入、输出波形 设变压器二次侧电压为 出电压为 于 此分析电路时可忽略二极管导通压降，将二极管当作理想开关来看待，半波整流电路的工作原理分析如下： 当 时， 通相当于短路，则 实验可知， ，滤波效果好，一般选 C (3T/中 T=20交流电源的周期。电容滤波一般适合于负载电流较小的场合。 2、电感滤波 利用电感对交流电流阻抗大的特性，在整流电路与负载间串接电感，同样可以平滑输出电压，电感滤波电路如图 12所示，其原理如下： 10 50 1111 s q . m 1 1K e y = S p a c 2 电感滤波电路 对于直流量，电感相当于短路，所以直流量几乎全部降在负载上；对于交流量，由于电感呈现的感抗 L，所以只要 L 足够大，使 ，则交流分量几乎全降在电感上，而负载上的交流压降很小，其结果使输出电压中的脉动成分大大减 小。在电感滤波中，由于电感线圈中的直流电阻会产生直流压降，所以输出电压略低于整流输出电压。电感滤波一般适用于负载变动大，负载电流较大的场合。 3、 型滤波 电容滤波与电感滤波输出电压的脉动性都较大。为了进一步减小脉动，可采用复式滤波如 型 型 型滤波等。图 13 所示为 图 13 型 五、稳压电路 整流与滤波电路虽然可以把交流电压转换成波形相当平直的直流电压，但所获得的直流电压往往并不稳定， 这是因为交流电网的电压一般允许有 10左右的波动。当它波动时，整流输出的直流电压受其影响跟着波动。 11 在内阻，当负载变化时，输出电压也会跟着变化。因此在要求直流电源有较稳定输出的电子设备中，必须设计直流稳压电路，以便在电网电压波动以及负载变化时保持输出电压稳定。 （一）稳压管稳压电路 硅稳压管稳压电路如图 14 所示，它是由限流电阻 R、硅稳压管 负载 中硅稳压管与负载并联，限流电阻 稳压原理如下： 图 14 硅稳压管稳压电路 当电网电压增加时， 之增加。而当 加时，通过稳压管的电流时 而削弱了 到稳定输出电压的目的。 相反，当 著减小，此时 而使 同样道理，当负载变动时，输出电压也可基本稳定，读者可自行分析。 限流电阻 果没有电阻 R，此电路不仅不能稳压，而且稳压管有可能因电流过大而损坏。限流电阻的选择，主要是在电网电压或负载变化时，使稳压管始终工作在稳压区内，即满足 IZ 电网电压波动时，稳压电路输入电压 的最大值为 小值为 载电流的最大值为 小值为 以求出 I m I mm a x m i n m i n m a xa x Z i n Z U I I R 限流电阻的功耗一般选 2( 2 3 ) a x 稳压管的选择，一要考虑稳定电压，稳压管的稳定电压即为输出电压：二要考虑工作电流，一般选 (2 仿真实验四 直流稳压电源 实验电路如图 15所示。它是由桥式整流、电容滤波、稳压管稳压电路所组成的直流稳压电源。分别将滤波后的输出电压与 12 的 察比较此两个波形如图 16 中所示，可见稳压后的输出是十分稳定的直流电压 0 V / 5 0 H z / 0 D e 1 1 0 M O h m 1 . 7 3 4 p V+ 1 0 M O h m 2 . 2 3 6 V+21 N 4 7 3 4 S C 1A 5 直流稳压电源 （二）具有放大环节的串联稳压电路 硅稳压管稳压电路，虽然结构简单，但输出的电流小，稳压效果也差，为了扩大其输出电流，可采用具有放大环节的串联稳压电路。 1、电路构成 图 5由以下几部分组成： 1B J T _ N P N _ V I R T U A T _ N P N _ V I R T U A 31415K e y = A 10% O D E _ V I R T U A 16 具有放大环节的串联型稳压电路图 (1)取样环节：由 能取出输出电压的一部分送到比较放大 电路中 基极，所取电压 P” )/(2+其中电位器滑动端下半部分的电阻 13 + (2)基准电压：由稳压管 作用是提供一个稳定性较高的基准电压 中 择稳压管时，除选择合适的稳定电压外，还要求其动态电阻和温度系数小，确保基准电压稳定。 (3)比较放大环节：由以 中 时还向 能将取样电压与基准电压比较的差值经 送到调整管 制 (4)调整环节：由 的作用是通过调整其 间的电压 持稳定。 仿真实验五 串联稳压电源 串联稳压电源仿真电路如图 18所示。此电路由两部分组成，一部分是串联稳压电路；另一部分是一个整流滤波电路 图 18 串联稳压电源 实验步骤： (1)启动 建串联稳压电源仿真实验电路。 (2)打开电子工作台仿真开关，用示波器观察串联稳压电路输入、输出波形如图 19所示。纹波较大的波形为输入波形，纹波很小的是输出波形。从中可知，串联稳压 电路把整流滤波后波动较大的不稳定电压变成了稳定程度很高的稳定电压。 14 图 19 串联稳压电路输入、输出波形 (3)设置 察输出变化，可见输出己不能稳压，结束后将 (4)设置 电极和发射极之间短路，观察输出变化，可见输出电压下降很多，约等于稳压管电压，调节 束后将 (5)设置 电极和发射极之间短路，观察输出变化情况，可以看到输出电压就是整流滤波的输出电压，电路失去了稳压作用。结束后将 六、集成稳压电路 集成稳压电路也称集成稳压器，是将稳压电路的主要元件甚至全部元件制作在一块硅基片上的集成电路，因而具有体积小、使用方便、工作可靠等特点。 集成稳压器的种类很多，作为小功率的直流稳压电源，应用最为普遍的是 3端式串联型集成稳压器。 3端式是指稳压器仅有输入端、输出端和公共端 3个接线端子。如 和 系列稳压器。 七、总结 (1)直流稳压电源一般由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成。 (2)整流是利用二极管的单向导电性，将交流电变成脉动直流电。根据输出的波形，整流可分为半波和全波整流。半波整流 只需一只二极管，但输出只有正弦波的一半，转换效率低。桥式全波整流的输出是两个半周波形，输出电压提高了一倍，但整流二极管的数目却增加到了四只，电路较为复杂。 (3)滤波电路能将整流输出中的交流成分滤去，得到比较平滑的直流电。 15 电容滤波后输出电压的平均值提高。电容滤波适合负载电阻较大、负载电流较小的场合使用。当电容滤波不能满足要求时，可增加一级滤波，形成复式滤波。 (4)稳压电路可在电网电压波动或负载变动时，通过稳压器件的自动调节，使输出电压基本稳定。晶体管串联型稳压电路是由取样、基准电压、比较放大、调整几部 分组成，它有较好的稳压特性，是目前普遍使用的一种电路。集成稳压电路由于体积小、重量轻、安装调试方便等优点，得到越来越广泛的应用。 参考文献： 1 熊 伟 路实践及仿真应用 M华大学出版社， 2001 2 赵世强 M子工业出版社 ,2002 3 朱力恒 M子工业出版社 ,2003 4 李新平 M械工业出版社 ,2003 5 李中发 M国水 利水电出版社 ,2004 16 致 谢 在这次的毕业设计中，我深深地体现到电路直流稳压电源实验仿真实验研究不是一件简单的事情，它需要具有全面的专