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1、I基于 Multisim 直流稳压电源设计春芽电子科技 春芽 ing 摘要 电源是所有电子设备的基础，没有电源所有的电子设备都无法正常运行， 因此研究电源电路的课题非常有意义，特别是直流稳压电源。本课题主要研究 串联负反馈直流稳压电源，分别从工作原理，硬件电路设计，仿真分析等方面 深入研究。然后运用 Multisim 仿真软件进行电路分析，很容易读出各部分电流 电压，输入输出波形，判断电路工作情况，进而完善硬件电路，实现直流稳压 电源设计。 关键词：直流稳压电源，Multisim 仿真，串联负反馈Abstract Power supply is the basis of all electro
2、nic equipment, no power supply all of the electronic equipment can not be normal operation, so the study of the power supply circuit is very meaningful, especially the DC regulated power supply. This topic mainly studies the series negative feedback DC regulated power supply, from the working princi
3、ple, the hardware circuit design, simulation analysis and so on. Then the circuit analysis using Multisim software, it is easy to read each part of current and voltage, input and output waveform, to judge the work of circuit, and to improve the hardware circuit design of DC power supply. Keywords: D
4、C regulated power supply, Multisim simulation, series negative feedbackII目 录摘要 I Abstract.I 1 绪论.1 1.1 课题研究背景1 1.2 课题研究意义1 1.3 课题主要内容2 2 Multisim 仿真软件介绍.2 2.1 Multisim 仿真软件发展2 2.2 Multisim 仿真软件特点2 2.3 Multisim 软件仿真分析4 3 串联稳压电源原理分析.5 3.1 简易串联稳压电源5 3.2 串联负反馈稳压电源6 3.2.1 工作原理分析.6 3.2.2 调节输出电压.7 3.2.3 增加
5、输出电流7 4 串联稳压电源设计9 4.1 确定调整管9 4.2 确定复合管.9 4.3 输入电压的确定.9 4.4 确定基准电压9 4.5 确定取样电阻9 4.6 确定比较放大器10 5 串联稳压电源仿真分析10 6 总结与展望11 参考文献12 致 谢13III第 1 页 共 13 页1 绪论1.1 课题研究背景 电力电子技术如今已经发展成为一门自成体系的、完整的高科技技术，电 源技术就属于电力电子技术方面。众所周知电源技术主要服务于信息产业，信 息技术的快速发展对电源技术提出要的求越来越高，直接促进电源技术蓬勃发 展，两者相辅相成成就现如今飞速发展的信息产业和电源产业。从日常生活电 器到
6、最尖端的飞机导弹都离不开电源技术基础支持，而电源技术的提高意味着 一个国家劳动生产率水平的提高，即一个国家单位能耗的产出水平的提高，因 此国民经济电源技术具有举足轻重的作用。在这方面我国与世界先进国家的水 平还有差距，作为电源技术学习者，不仅应该完成课题安排的内容，还应该通 过各种信息渠道及时掌握电源技术最新发展方向和相关的元器件的最新发展技 术，学习国内外先进的薄膜工艺、厚膜工艺、集成化工艺等1。 电源设备是实现电能变换和功率传递的产品，技术含量高、知识面宽、更 新换代快。然而电力电子技术的发展带动电源新技术的发展，电源新技术的发 展有效地促进电源产业的蓬勃发展。目前为止电源已经算是重要的基
7、础科技和 产业，广泛应用于各行各业，朝着高频、高效、高密度化、低压、大电流化和 多元化方向发展。同时电源的封装结构、外形尺寸也向国际标准化迈进，更容 易适应全球一体化的市场需求2。 电源是介于市电与负载中间，向负载提供持续不断电能的供电设备, 是一 切工业的基础。现在电源技术交叉应用功率半导体器件，综合电力变换技术、 现代电子技术、自动控制技术等多学科技术。随着科学技术的迅速发展，电源 技术与材料科学、现代控制理论、电机工程、微电子技术等许多技术领域关系。 因此电源技术慢慢发展为一门多学科相互渗透的综合性学科，对电子仪器、电 力工程、计算机、现代通讯、工业自动化、国防及某些电源新技术提供高质量
8、、 高效率、高可靠性的电源发挥举足轻重的作用3。目前许多高新技术都与交流电源的波形电压、相位、频率、电流等参数的 变换和控制有关，只有电源技术能够完成对这些参数的精确控制和高效率处理， 特别是大功率电源的频率变换，可以为很多高新技术的快速发展提供保障。所 以电源技术本身不但是一项高新技术，而且还是其他很多高新技术的坚实基础。 电源技术产业链不断向前发展将有利于大大节约电能、降低材料消耗和大幅度 提高生产效率，为现代便捷的生活和现代化产业带来积极的进步。 由此不难看出，电源技术的不断创新必将促进电源技术迅速发展，进而为 生产生活和科技进步做出巨大贡献。因此，电源技术和电源设备将成为二十一 世纪的
9、主导技术和主流产品4。 1.2 课题研究意义 如今社会大众都享受到形形色色电子设备给生活带来的方便，但是所有电 子设备都必须有电源电路这个共同的组成部分。大到功能强大的计算机、小到 微型的计算器，所有的电子设备都必须有电源电路保证才能正常运行。然而这 些电源电路的大小、难易程度各不相同。功能强大的计算机电源电路可能是是 一套特别复杂的电源管理系统。通过电源管理系统运行，功能强大计算机各模 块才可以得到稳定持续、符合各种规范要求的电源供应。微型计算器则具有纽 扣电池电源电路。不过这个纽扣电池电源电路也很复杂，最新的电池电路已经 具备掉电保护、电池能量提醒等许多功能。因此可以说电源电路绝对是一切电
10、第 2 页 共 13 页子设备的基础电路，没有电源电路就不会有出现如此品种多样的电子设备5。 因为电子设备的技术特性，所以要求电源电路的必须能够保证稳定持续、 满足负载要求的电能，当然一般情况下都是要求具有稳定的直流电能。提供如 此稳定的直流电能的电源便是课题所研究的直流稳压电源。众所周知，直流稳 压电源在电源技术中占有无足轻重的地位，许多电子专业学生初学电子设计首 先就要解决直流稳压电源问题，否则电子电路无法运行、电子制作无从谈起6。1.3 课题主要内容 直流稳压电源有很多种分类方法，按电路类型可以分为简单稳压电源和反 馈型稳压电源；按调整管的工作状态不同可以线性稳压电源和开关稳压电源； 按
11、稳压电路与负载的连接方式不同可以分为串联稳压电源和并联稳压电源；按 输出电源的不同可以分为直流稳压电源和交流稳压电源等。本课题主要研究串 联反馈型稳压电源的工作原理及电路设计注意事项，然后运用 Multisim 仿真软 件对硬件电路进行仿真分析，与理论计算数值相比较得到实际电路参数7。2 Multisim 仿真软件介绍2.1 Multisim 仿真软件发展 Multisim 仿真软件前身是加拿大图像交互技术公司推出的 EWB 软件，二 十世纪九十年代就在我国得到迅速推广，受到广大电子行业技术人员的青睐。 Multisim 仿真软件可以对模拟电路、数字电路、电工电路、射频电路、单片机 电路等许许
12、多多电路进行仿真，克服传统电子设计客观局限性，选用 Multisim 仿真软件的虚拟元器件搭建各种电子电路，用虚拟仪表进行各种参数和性能指 标的测试，费用少效率高，而且结果快速、准确、直观8。 2.2 Multisim 仿真软件特点 （1）Multisim 软件采用直观图形界面创建电路，操作简便。整个操作界面如同 一个实验平台，软件中的仪器控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线直观形象，连线方便、简单易学。如图 2.1 所示。 图 2.1 Multisim 操作界面 （2）Multisim 软件元器件库有 13000 多种元器件供用户选择。虽然元器件库看 起来很大，但被分成不
13、同系列元器件，因此查找元件特别方便。元件库中的每 一个器件都有具体的符号、仿真模型和封装，用于电路图的建立、仿真和印刷 电路板的制作。还有许多虚拟元器件、交互元器件、额定元器件、指示元器件第 3 页 共 13 页和三维立体元器件，Multisim 元件库如图 2.2 所示9。 图 2.2 Multisim 元件库 （3）Multisim 软件还提供失真分析仪、逻辑分析仪、波特分析仪、频率计数器、 安捷伦仪器、函数信号发生器、数字万用表、网络分析仪、频谱分析仪、瓦特 表和数字信号发生器等十八种虚拟仪器，所有仪器功能不仅与实际仪器功能相 同，而且控制面板外形和操作方式与实际基本相同。 （4）Mul
14、tisim 软件元器件放置迅速和连线简捷方便。在虚拟仿真平台上建立硬 件电路的仿真，相对比较耗费精力的步骤是放置元器件和连线，但是初学者几 乎不需要指导就可以轻易地完成元器件的放置、元器件的连线，只是单击两个 元器件引脚就可以完成电路连接。当元件发生移动和旋转时电路仍可以保持它 们的连接，同时连线可以随意拖动和微调。 （5）Multisim 软件既可以对模拟、数字电路进行仿真还可以对模数混合电路进 行仿真，还提供 RF 射频电路的仿真，提供专门用于射频电路仿真的元器件模 型库和仪表，因此搭建射频电路并进行实验非常方便，仿真电路准确性也很高。（6）Multisim 软件兼容性好。Multisim
15、 作为电路硬件仿真设计工具，可以与流 行的电路分析、设计和制板软件交换数据，比如 Protel99SE、SPICE 等。 （7）Multisim 软件具有强大的电路分析能力，实时显示测量结果。Multisim 不 但提供虚拟仪表，为了更好地掌握电路的性能，而且提供失真分析、噪声分析、 直流工作点分析、交流分析、温度扫描分析、傅里叶分析、传输函数分析、用 户自定义分析和最坏情况分析等十九种分析，这些分析方法足够满足电子电路 的分析和设计要求，如果是在实际电路设计行业有些分析功能是无法实现的。 （8）Multisim 软件具有强大的作图功能，可以将仿真分析结果进行显示、调节、 存储、打印和输出。使
16、用作图器还可以对仿真结果进行测量、设置标记、重建 坐标系以及添加网格。所有显示都可以被 Excel 以及 LabVIEW 软件调用。 （9）Multisim 软件利用后处理器对仿真结果和波形进行传统的数学和工程运算。 如代数运算、布尔运算、算术运算、三角运算、矢量运算和复杂的数学函数运 算。 （10）Multisim 是良好的电子技术训练工具，利用虚拟元器件、仪器可以用比第 4 页 共 13 页实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真硬件电路的实际运行情况，熟悉常 用仪器测量方法。能够完美解决传统电子实验过程中不便进行开路、短路、漏 电和过载观测等问题，非常适合电子类课程的仿真教学和实验10。 2.3 Multisim 软件仿真分析 Multisim 软件的功能主要体现在硬件电路分析方面，可以提供十九种仿真分析功能，电子设计者可根据仿真电路、仿真目的和功能要求任意选择。仿真 分析类型有直流工作点分析、交流频率分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分 析、直流扫描分析、参数扫描分析、温度扫描分析、传递函数分析等如图 2.3 所示。 图 2
