_串联稳压电源的计算机辅助设计与仿真_毕业设计

学生姓名学号院(系)专业电子信息工程题目串联稳压电源的计算机辅助设计与仿真指导教师2008年6月淮阴师范学院毕业设计1摘要：本文先简单介绍了串联稳压电源工作原理，分析了串联稳压电源设计中的注意事项并设计了一款稳压电源，详细介绍了用EWB电子电路仿真软件对串联型直流稳压电源各个部分进行仿真分析的过程。通过仿真软件中虚拟仪器和仪表观察到的电路不同部位的输入、输出电压波形,读出的输入、输出电压和电流值,判断电路工作情况,可以很快找到故障，排除故障，是较好掌握串联型直流稳压电源工作原理及辅助设计的有效途径。关键词：串联稳压电源,EWB,负反馈,调整管淮阴师范学院毕业设计2Abstract:Thispaperbrieflyintroducedthefirstseriespowersupplyprinciple,aseriesofpowersupplydesignofthenoteanddesignedapowersupply,describedindetailbyEWBelectroniccircuitsimulationsoftwareseriesDCpowersupplyinvariouspartsofTheanalysisofthesimulationprocess.Thesimulationsoftwareinthevirtualinstrumentsandinstrumentobservedindifferentpartsofthecircuit'sinputandoutputvoltagewaveform,readouttheinputandoutputvoltageandcurrentvalues,judgementcircuitwork,youcanquicklyfindfault,troubleshooting,andabettergraspSeriesDCpowersupplydesignprincipleandsupportingtheeffectiveway.Keywords:Seriespowersupply,EWB,negativefeedback,adjustingthetube淮阴师范学院毕业设计3目录1引言..........................................................41.1简介.........................................................41.2分类.........................................................42串联稳压电源的工作原理........................................42.1简易串联稳压电源原理分析.....................................42.2串联负反馈稳压电源的工作原理.................................62.2.1原理分析...................................................62.2.2调节输出电压...............................................72.2.3增加输出电流...............................................83串联稳压电源的设计............................................93.1调整管的选择.................................................93.2复合管的选择................................................103.3输入电压iU的确定............................................103.4确定基准电压................................................103.5取样电阻....................................................103.6确定比较放大器..............................................104串联稳压电源的仿真与分析.....................................114.1整流电路....................................................114.2滤波电路....................................................124.3串联稳压电路................................................144.4保护电路....................................................155串联稳压电源稳定度的改进措施.................................155.1改善稳定度..................................................155.2使用恒流源负载..............................................165.3增加电压放大部分的级数......................................175.4用辅助的稳定电源............................................175.5增加补偿电路................................................18结束语..........................................................19参考文献.....................................................20致谢..........................................................21淮阴师范学院毕业设计41引言1.1简介当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路--电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。袖珍计算器则是简单多的电池电源电路。不过你可不要小看了这个电池电源电路，比较新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。可以说电源电路是一切电子设备的基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备。由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。另外，很多电子爱好者初学阶段首先遇到的就是要解决电源问题，否则电路无法工作、电子制作无法进行，学习就无从谈起。1.2分类稳压电源的分类方法繁多，按输出电源的类型分有直流稳压电源和交流稳压电源；按稳压电路与负载的连接方式分有串联稳压电源和并联稳压电源；按调整管的工作状态分有线性稳压电源和开关稳压电源；按电路类型分有简单稳压电源和反馈型稳压电源等。本文主要介绍串联稳压电源的工作原理及设计注意事项，并对设计的电路进行仿真，以得到相关电路参数。2串联稳压电源的工作原理2.1简易串联稳压电源原理分析图2.1是简易串联稳压电源，T1是调整管，D1是基准电压源，R1是限流电阻，R2是负载。由于T1基极电压被D1固定在UD1，T1发射结电压（UT1）BE在T1正常工作时基本是一个固定值（一般硅管为0.7V，锗管为0.3V），所以输出电压UO＝UD1－（UT1）BE。当输出电压远大于T1发射结电压时，可以忽略（UT1）BE，则UO≈UD1。淮阴师范学院毕业设计5图2.1简易串联稳压电源下面我们分析一下串联稳压电源的稳压工作原理：假设由于某种原因引起输出电压UO降低，即T1的发射极电压（UT1）E降低，由于UD1保持不变，从而造成T1发射结电压（UT1）BE上升，引起T1基极电流（IT1）B上升，从而造成T1发射极电流（IT1）E被放大β倍上升，由晶体管的负载特性可知，这时T1导通更加充分管压降（UT1）CE将迅速减小，输入电压UI更多的加到负载上，UO得到快速回升。这个调整过程可以使用下面的变化关系图表示：UO↓→（UT1）E↓→UD1恒定→（UT1）BE↑→（IT1）B↑→（IT1）E↑→（UT1）CE↓→UO↑当输出电压上升时，整个分析过程与上面过程的变化相反，这里我们就不再重复，只是简单的用下面的变化关系图表示：UO↑→（UT1）E↑→UD1恒定→（UT1）BE↓→（IT1）B↓→（IT1）E↓→（UT1）CE↑→UO↓这里我们只分析了输出电压UO降低的稳压工作原理，其实输入电压UI降低等其他情况下的稳压工作原理都与此类似，最终都是反应在输出电压UO降低上，因此工作原理大致相同。从电路的工作原理可以看出，稳压的关键有两点：一是稳压管D1的稳压值UD1要保持稳定；二是调整管T1要工作在放大区且工作特性要好。其实还可以用反馈的原理来说明简易串联稳压电源的工作原理。由于电路是一个射极输出器，属于电压串联负反馈电路，电路的输出电压为UO＝（UT1）E≈（UT1）B，由于（UT1）B保持稳定，所以输出电压UO也保持稳定。简易串联稳压电源由于使用固定的基准电压源D1，所以当需要改变输出电压时只有更换稳压管D1，这样调整输出电压非常不方便。另外由于直接通过输出电压UO的变化来调节T1的管压降（UT1）CE，这样控制作用较小，稳压效果还不够理想。因此这种稳压电源仅仅适合一些比较简单的应用场合。淮阴师范学院毕业设计62.2串联负反馈稳压电源的工作原理由于简易串联稳压电源输出电压受稳压管稳压值的限制无法调节，当需要改变输出电压时必须更换稳压管，造成电路的灵活性较差；同时由输出电压直接控制调整管的工作，造成电路的稳压效果也不够理想。所以必须对简易稳压电源进行改进，增加一级放大电路，专门负责将输出电压的变化量放大后控制调整管的工作。由于整个控制过程是一个负反馈过程，所以这样的稳压电源叫串联负反馈稳压电源。2.2.1原理分析图2.2是串联负反馈稳压电路电路图，其中T1是调整管，D1和R2组成基准电压，T2为比较放大器，R3～R5组成取样电路，R6是负载。其电路组成框图见图4.2。假设由于某种原因引起输出电压UO降低时，通过R3～R5的取样电路，引起T2基极电压（UT2）O成比例下降，由于T2发射极电压（UT2）E受稳压管D1的稳压值控制保持不变，所以T2发射结电压（UT2）BE将减小，于是T2基极电流（IT2）B减小，T2发射极电流（IT2）E跟随减小，T2管压降（UT2）CE增加，导致其发射极电压（UT2）C上升，即调整管T1基极电压（UT1）B将上升，T1管压降（UT1）CE减小，使输入电压UI更多的加到负载上，这样输出电压UO就上升。这个调整过程可以使用下面的变化关系图表示：UO↓→（UT2）O↓→UD1恒定→（UT2）BE↓→（IT2）B↓→（IT2）E↓→（UT2）CE↑→（UT2）C↑→（UT1）B↑→（UT1）CE↓→UO↑当输出电压升高时整个变化过程与上面完全相反，这里就不再赘述，简单的用下图表示：UO↑→（UT2）O↑→UD1恒定→（UT2）BE↑→（IT2）B↑→（IT2）E↑→（U