数字式稳压电源地MULTISIM仿真与实现地毕业设计

word大学毕业设计(论文)任务书设计(论文)题目数字式稳压电源的MULTISIM仿真与实现学生某某 * * 系别 电子信息工程系 专业 通信工程 班级 * 指导教师* * *职称 教 授 联系 * 教师单位 * 下任务日期_ _年_月_日主 要 研 究 内 容 、 方 法 和 要 求主要研究内容：1确定目标：设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出数字式稳压电源的方框图。2系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形式。3参数选择：根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。4总电路图：连接各模块电路。研究方法:先设计并制作一个连续可调数字式稳压电源，设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。然后自拟实验方法、步骤与数据表格，提出测试所需仪器与元器件的规格、数量，交指导教师审核。要求：（1） 态度端正，积极努力完成毕业设计（2） 严格按照进度计划，完成进度计划内的任务（3） 严格按照学校的毕业设计论文的要求完成论文（4） 通过multisim设计数字式稳压可跳跃电源，先将电压数值显示在数码管上，再通过电压表测出输出电压值和显示值比拟。 进 度 计 划毕业设计初步安排：第五周：完成毕业设计开题报告第六至八周：完善毕业设计根本思路第九至十周：看资料，熟悉相关语言第十一至十三周：初步完成毕业设计报告第十四至十五周：完善毕业设计报告第十六周：递交毕业设计报告 主 要 参 考 文 献1 X桂英，X高潮，黄国华 串联型直流稳压电源的仿真分析 1某某师X学院 物理系，某某 某某 530001；2某某工学院 某某分院，某某 某某 5300012 莫怀忠，某某电子信息职业技术学院3 杨瑞兰，翟学东某某工业职业技术学院，某某4730094 詹新生，X江伟 某某工业职业技术学院 信电系 某某 某某 2211065 任德齐，陈松 电子设计自动技术 电子工业 2002指导教师签字：年 月 日教研室主任签字： 年 月 日摘 要在当代电子业迅猛开展，电力电子技术的不断创新，电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的技术，服务于各行各业。数字电源器件必须包含可配置控制器内核，再加上一个能作为DC/DC或AC/DC电源转换应用的集成PWM控制器，器件内部以数字形式执行回路转换功能，通常认为如果可以进展通信，数字电源通过串行接口扩展了监测和控制功能，使电源设计更简单、更灵活，数字式稳压电源与传统稳压电源电路相比，具有操作方便、电压稳定度高的特点。目前，数字式直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛应用于教学、科研等领域。在数据通信设备中，通常主板需要36到40个电压轨；在计算行业，一个主板上各种ASIC、存储器和处理器芯片组通常需要的电压轨超过20个。这种复杂的电源系统需要对各种参数进展精细的诊断、控制和监控，而这些功能是模拟电源所不能实现的。传统的解决方案通过增加别离的微控制器的方法对于降低系统本钱、功耗、板子面积都不利，而数字电源的高度集成、设计灵活的特点能解决这些设计需求。“数字电源提供了目前模拟设计所不具备的新特性，如通信、诊断、易于升级、实时监控等，系统设计人员可用这些新特性来提高电源性能。本文研究数字稳压电源的控制电路、D/A转换电路、输出电路、数字显示电路等硬件电路的设计，完成电路仿真软件，并实现电路硬件调试与测试1。【关键词】：数显 控制 D/A转换ABSTRACTThe rapid development of the modern electronic industry, innovation in power electronics technology, power technology, especially in a digitally controlled power technology is a very practical technology services to all industries. Digital power devices must be included to configure the controller kernel, plus a conversion applications as DC / DC or AC / DC power supply integrated PWM controller, the device internal loop conversion functions performed in digital form, usually think that if we can municate. The digital power monitoring and control functions via the serial interface expansion and power supply design is simpler, more flexible, digital power supply pared with the conventional power supply circuit is easy to operate high voltage stability characteristics.At present, the digital DC power supply is one of the electronic equipment is widely used in teaching, research and other fields.In the data munications equipment, usually the motherboard voltage rails of 36-40; in the puting industry, a variety of motherboard ASICs, memory and processor chipsets usually need more than 20 rails. This plex power system need arious parameters fine diagnosis, control and monitoring, these features can not be achieved by the analog power. Traditional solutions to reduce system costs by increasing the separation of the micro-controller, power consumption, board area are unfavorable, while the digital power, highly integrated and flexible design features to address these design requirements Digital power analog design do not have new features, such as munication, diagnosis, easy to upgrade, real-time monitoring, system designers can use these new features to improve power performance.【Key words】Digital Control D/A converter目 录前 言1第一章 Multisim仿真软件的介绍与操作2第一节 Multisim仿真软件的根本操作2一、Multisim的概述2二、Multisim软件的特点3三、Multisim的结构4第二节 Multisim仿真软件绘制电路图5一、对元件的操作5二、绘图的根本操作7第三节本章小结8第二章 数字式稳压电源根底知识与原理分析9第一节 稳压电源概述9一、电器释义9二、开展历史9三、交流稳压电源10四、直流稳压电源10五、电源用途11第二节 数字式直流稳压电源概述11一、数字式直流稳压电路11二、直流稳压电源电路组成11三、数字局部22四、直流稳压电源的技术指标22第三节 本章小结24第三章 电路设计25第一节 设计目的和主要参数25一、设计目的25二、主要参数25第二节 设计步骤26一、电路图设计26第三节 电路设计27一、控制电路的设计27二、数显电路的设计27三、数模转换和输出电路的设计27四、电路原理整体图27第四节 本章小结28第四章 仿真与结果分析29第一节各局部电路仿真分析29一、数显电路的仿真实现29二、数字电路的控制局部30三、数模转换电路的仿真实现30四、输出电路的仿真实现31第二节输出电压的稳压仿真分析31第三节 本章小节32结 论34致 谢35参考文献36附 件37一、英文原文37二、英文翻译4146 / 52前言EDA技术开展迅猛，已在科研、产品设计与制造与教学等各方面都发挥着巨火的作用。EDA代表了当今电子产品设计的最新开展方向，利用EDA工具，电子工程师不仅可以在计算机上设计电子产品，还可以将电子产品从电路设计、模拟实验、性能分忻、到设计出PCB印制板的整个过程在计算机上处理完成。在教学方面，几乎所有理工科的高校都开设了EDA课程，通过EDA的学习演练，掌握用EDA技术进展电子电路的设计、电子技术根底课程的模拟仿真实验，从而为今后从事电子技术设计工作打下根底。数字技术是当前开展最快的学科之一，数字逻辑器件已从当年的中、小规模集成电路开展到了今天的大规模、超大规模集成电路。数字逻辑电路的设计方法也在不断的演变和开展，并涵盖了更为广泛的内容，即硬件逻辑设计、软件逻辑设计和专用集成电路设计。Multisim10是电子电路设计与仿真方面的EDA软件。由于Multisim10的最强大功能是用于电路的设计与仿真，因此称这种软件叫做虚拟电子实验室或电子工作平台。在任一台计算机上，利用Multisim10均可以创建电子技术根底虚拟实验室，从而改变传统的教学模式，学生可把学到的电子技术根底知识，应用Multisim10电路仿真软件进展验证。例如多级放大电路、功率放大电路的等的验证。数字电路与逻辑设计中各个数字电路的实验验证2。第一章 Multisim仿真软件的介绍与操作Multisim10是电子电路设计与仿真方面的EDA软件。由于Multisim10的最强大功能是用于电路的设计与仿真，因此称这种软件叫做虚拟电子实验室或电子工作平台。在任一台计算机上，利用Multisim10均可以创建电子技术根底虚拟实验室，从而改变传统的教学模式，学生可把学到的电子技术根底理论知识，应用Multisim10电路仿真软件进展验证第一节 Multisim仿真软件的根本操作一、Multisim的概述Multisim是美国国家仪器NI某某推出的以Windows为根底的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进展仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进展捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。计算机技术的开展以与对电子系统设计的新需求。推动电子线路的设计方法和手段取得了长足的进步。Electronices workbench简称EDA)工具代表着现代电子系统设计的技术前沿，不仅为学员提供了功能强大的设计工具，也为理解相关课程教学内容提供了先进的教学手段和方法在众多的EDA仿真软件中。Multisim2001是优秀的EDA软件之一。Multisim是一种专门用于电子电路仿真和设计的EDA工具系统，属于Electronics workbench系列软件的高版本。Electronics workbench简称EWB由加拿大Interactive Image Technologies公司简称IIT公司于1988年推出。IIT公司从EWB6.0版本开始，将电路图输入仿真与设计的模块更名为Multisim。Muhisim2001是加拿大Interactive Image Technologies公司于2001年推出的最新版Electronic Work benchf缩写EWB)最具有特色的电路输入/仿真模块(另一模块是UhiboardPCB设计模块、)；Multisim2001具有很好的用户界面，虚拟仪器齐全，包括示波器、万用表、功率计、函数发生器、扫频仪、失真度分析仪、频谱分析仪、逻辑分析仪和网络分析仪等等；能进展多种仿真分析：DC分析、AC分析、瞬分析、傅立叶分析、噪声分析、失真度分析、灵敏度分析、参数扫描分析、最坏发问分析、Monte Carlo分析、温度扫描分析、零极点分析、转换参数分析等l6种非常适宜模拟电子技术教学中的演示教学。和旧版EWB4.0和EWB5.0相比拟，Mulitism2001有很大改良。为用户提供元器件模型的扩大和技术支持。EDA就是“Electronic Design Automation的缩写技术已经在电子设计领域得到广泛应用。兴旺国家目前已经根本上不存在电子产品的手工设计。一台电子产品的设计过程，从概念确实立，到包括电路原理、PCB版图、单片机程序、机内结构、FPGA的构建与仿真、外观界面、热稳定分析、电磁兼容分析在内的物理级设计，再到PCB钻孔图、自动贴片、焊膏漏印、元器件清单、总装配图等生产所需资料等等全部在计算机上完成。EDA技术借助计算机存储量大、运行速度快的特点，可对设计方案进展人工难以完成的模拟评估、设计检验、设计优化和数据处理等工作。EDA已经成为集成电路、印制电路板、电子整机系统设计的主要技术手段。美国NI公司美国国家仪器公司的Multisim 9软件就是这方面很好的一个工具。而且Multisim 9计算机仿真与虚拟仪器技术LABVIEW 8也是美国NI公司的可以很好的解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一老大难问题。学员可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。极大地提高了学员的学习热情和积极性。真正的做到了变被动学习为主动学习。这些在教学活动中已经得到了很好的表现。还有很重要的一点就是：计算机仿真与虚拟仪器对教员的教学也是一个很好的提高和促进二、Multisim软件的特点EWB提供交互式的SPICE电路模拟，这种方式既可增强SPICE的功能，也可发挥方便实用的人机形界面；EWB具有完整的混合模拟与数字信号模拟的功能，可任意地在系统中集成数字与模拟元件。EWB会自动地进展信号转换。在输出信号的观察上，EWB具备即时波形显示功能；EWB具有下拉式电路编辑功能表，可使电路元件的输入更为简易快速；EWB具有虚拟的仪表设备，包括波形函数产生器、万用表、示波器与逻辑分析仪等，可更具体的模拟实际的情况；EWB主要用于电路的设计与仿真，在数字电路课程、物理实验、放大电路、电路分析、模拟电路、数字逻辑电路教学、电子技术与电路设计过程等中也得到广泛运用。Multisim在保存了EWB原有优点的根底上，大大扩大了元件库中电路元件的数目，增强了软件的仿真测试和分析功能，可实现模拟/数字电路的Spice仿真、VHDL/Verilog设计与仿真、RF电路仿真等3。Multisim软件具有以下一些特点：最突出的是软件中提供各种虚拟仪器。其控制面板外形和操作方式都与实物相似，可实现虚拟实验；软件带有丰富的电路元件库，并提供多种电路分析方法；可采用直观的电路图输入方式。绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从运行的窗口上选取；操作方便、易学易用，很适合电子类课程的教学和实验。三、Multisim的结构Multisim2001由五局部组成：输入模块、器件模块处理模块、分析模块、虚拟仪器模块、后续处理模块。各模块的功能如下：输入模块：用户以图形方式输入电路图。器件模块处理模块：Multisim2001提供了丰富的元件，并可对元件属性进展编辑，还可以创造新元件。分析模块：Multisim2001的分析方法比拟丰富，共有18种分析方法。除具有Spice根本分析方法外，还有些独有的功能，例如零极点分析。虚拟仪器模块：是Multisim2001最有特色的局部。与EWB相比，它种类更多，使用操作更方便。后续处理模块：可进展电路分析结果的后续处理，包括与多种软件的转换。其中分析模块与虚拟仪器模块构成了强大的分析与仿真功能。第二节 Multisim仿真软件绘制电路图一、对元件的操作一创建元件对于元件库中没有的元件，可以根据的模型参数进展创建。创建后的元件只能存在User数据库中。创建元件，选择Tools/Create ponent命令，程序会自动引导创建元件，即出现Create ponent Wizard对话框。下面以晶体管9013为例说明创建过程。输入元件的根本属性，如图1.1所示。其中在ponent Name文本框键入元件名；在ponent Type下拉列表框选择元件类型。在如图对话框中设置元件的封装参数图1.1 输入元件的根本属性图1.2 设置元件的封装参数在如下列图的对话框中编辑元件的符号在如下列图的对话框中编辑元件封装形式中引脚名称与编号的对应关系图编辑元件的符号图1.4 元件引脚与编号对应关系编辑元件的模型参数编辑仿真模型中引脚名称与编号的对应关系六步完成之后，单击Finish按钮，此元件就添加到元件库中了。二对元件赋值如需要对器件赋值，如此用鼠标双击器件例如电容，出现一个赋值对话框，如下列图。然后点击Edit按钮，在如下列图对话框中对电容进展赋值即可。图1.5 元件赋值图图1.6 电容赋值图三旋转元件要旋转一个在电路窗口中的元件，即右击元件，弹出如图1.7所示的快捷菜单，进展相应操作。Flip Horizontal水平翻转、Flip Vertical垂直翻转、90 Clockwise顺时针转90、90 ClockwiseCW逆时针转90。当然也可在选中元件后，选择Edit菜单栏中相应的命令进展操作4。四替换原件假如替换一个在电路中的元件，首先双击元件，也可选中元件后选择PlaceReplace ponent命令，出现所选元件的对话框，如图1.8所示。然后单击Replace按钮，如此出现ponent Browser浏览器，选择适宜的元件，单击OK即可。五移动元件假如移动一个在电路窗口中的元件，首先单击此元件，将元件选中，按住鼠标将元件拖动至适宜位置，再释放鼠标，元件就被放置在电路窗口中了。图1.7 元件旋转图图1.8 元件替换图二、绘图的根本操作一连线在电路图窗口中，通过连线Wire将元件与元件或元件与仪器连接起来。Multisim中没有专门的连线命令，是自动的连线功能。其过程为：将鼠标置于元件的端点处，光标变成一个黑色的点，说明可以连线了。然后拖动鼠标，出现虚线。到达另一端点处单击，如此连线完成，松开鼠标即可。二改变连线颜色改变连线颜色，只需将光标移到连线上，右击即弹出快捷菜单，如下列图。然后选择Color命令，出现Color设置对话框就可以设置新的颜色了。图1.9 连线颜色改变图图1.10 连线方向改变图三删除、移动连线首先选中连线，方法是单击连线，处于选中状态的连线如下列图。删除连线只需单击Delete键即可。移动连线如此按住鼠标左键，拖动连线至适宜位置即可。四放置连接点在Multisim中，假如连线成T型交叉时，会自动出现连接点Junction。手动放置连接点，需选择EditPlace Junction命令，光标上就出现一个连接点，然后拖动连接点至适宜位置，再单击就行了。第三节 本章小结通过学习和查阅相关资料，大致掌握了软件的操作，拿一些简单的电路进展练习，发现有些元器件没能找到，拿一些简单的电路进展练习，需要继续加强锻炼。Multisim10确实是个不可多得的电路仿真工具，减少了实际操作中连接电路带来的一系列麻烦，直观简易，电路纠错方面，可以一目了然，运行错误也会有提示指出出错的原因，防止了很多不必要的麻烦。第二章 数字式稳压电源根底知识与原理分析在所有的电子设备中，都需要稳定的直流电源供电。虽然在有些情况下如便携式设备可用化学电池作为直流电源，但大多数情况是利用电网提供的交流电压经过转换而得到的直流电源的。本章将介绍单相小功率直流电源的整流电路、电容滤波电路和稳压电路然后介绍数字电路的知识。第一节 稳压电源概述一、电器释义稳压电源stabilized voltage supply是能为负载提供稳定交流电源或直流电源的电子装置。包括交流稳压电源和直流稳压电源两大类。二、开展历史1955年美国的科学家罗那G.H.Royer首先研制成功了利用磁芯的饱和来进展自激振荡的晶体管直流变换器。此后，利用这一技术的各种形式的精益求精不断地被研制和涌现出来，从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转和机械振子示换流设备。由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态，所以由此而制成的稳压电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻，因而当时被广泛地应用于航天与军事电子设备。由于那时的微电子设备与技术十分落后，不能制作出耐压高、开关速度较高、功率较大的晶体管，所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入，并且转换的速度也不能太高。60年代，由于微电子技术的快速开展，高反压的晶体管出现了，从此直流变换器就可以直接由市电经整流、滤波后输入，不再需要工频变压器降压了，从而极大地扩大了它的应用X围，并在此根底上诞生了无工频降压变压器的开关电源。省掉了工频变压器，又使开关稳压电源的体积和重量大为减小，开关稳压电源才真正做到了效率高、体积小、重量轻。70年代以后，与这种技术有关的高频，高反压的功率晶体管、高频电容、开关二极管、开关变压器的铁芯等元件也不断地研制和生产出来，使无工频变压器开关稳压电源得到了飞速的开展，并且被广泛地应用于电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域，从而使无工频变压器开关稳压电源成为各种电源的佼佼者。三、交流稳压电源又称交流稳压器。随着电子技术的开展，特别是电子计算机技术应用到各工业、科研领域后，各种电子设备都要求稳定的交流电源供电，电网直接供电已不能满足需要，交流稳压电源的出现解决了这一问题。常用的交流稳压电源有：铁磁谐振式交流稳压器磁放大器式交流稳压器滑动式交流稳压器感应式交流稳压器晶闸管交流稳压器四、直流稳压电源又称直流稳压器。它的供电电压大都是交流电压，当交流供电电压的电压或输出负载电阻变化时，稳压器的直接输出电压都能保持稳定。稳压器的参数有电压稳定度、纹波系数和响应速度等。前者表示输入电压的变化对输出电压的影响。纹波系数表示在额定工作情况下，输出电压中交流分量的大小；后者表示输入电压或负载急剧变化时，电压回到正常值所需时间。直流稳压电源分连续导电式与开关式两类。前者由工频变压器把单相或三相交流电压变到适当值，然后经整流、滤波，获得不稳定的直流电源，再经稳压电路得到稳定电压(或电流)。这种电源线路简单、纹波小、相互干扰小，但体积大、耗材多，效率低(常低于4060)。后者以改变调整元件(或开关)的通断时间比来调节输出电压，从而达到稳压。这类电源功耗小，效率可达85左右，但缺点是纹波大、相互干扰大。所以，80年代以来开展迅速。从工作方式上可分为：可控整流型斩波型变换器型五、电源用途交流稳压电源应用于计算机与其周边装置、医疗电子仪器、通讯广播设备、工业电子设备、自动生产线等现代高科技产品的稳压和保护。直流稳压电源广泛应用于国防、科研、大专院校、实验室、工矿企业、电解、电镀、充电设备等的直流供电5。第二节 数字式直流稳压电源概述一、数字式直流稳压电路数字电源器件必须包含可配置控制器内核，再加上一个能作为DC/DC或AC/DC电源转换应用的集成PWM控制器，器件内部以数字形式执行回路转换功能，通常认为如果可以进展通信，数字电源通过串行接口扩展了监测和控制功能，使电源设计更简单、更灵活，数字式稳压电源与传统稳压电源电路相比，具有操作方便、电压稳定度高的特点目前，数字式直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛应用于教学、科研等领域6。二、直流稳压电源电路组成概述在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率的稳压电源的组成如如下图所示，它由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四局部组成。图2.1 直流电源的结构图和旋转过程图一直流稳压电源各局部原理变压器是一种利用电磁感应传递电能和信号的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。功能：变电压、电力系统变电流：电流互感器变阻抗：电子线路中的阻抗匹配作用：将电网电压变为所需的电源电压将直流电源与交流电网隔离图2.2 理想变压器注：理想变压器满足： P1=P2二整流局部整流原理：利用二极管的单向导电性，把交流变成脉动的直流作用：将变换后的交流电压转换为单方向的脉动电压。(ACDC)说明：单方向的脉动电压存在很大脉动成份，不能直接提供给负载脉动谐波成份纹波分析时可把二极管当作理想元件处理：二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。技术：二极管的单向导电性常见的整流电路：半波、全波、桥式、倍压整流、单相和三相整流等。电路图：如下列图，利用二极管的单向导电性，在负载电阻RL上得到单向脉动VO图2.3 单项半波整流电路 图2.4 单项半波整流电路波形图电路特点：电路结构简单，输出电压波动较大、效率低输出的直流电压值为 (2.1)参数计算整流电压平均值Uo为 (2.2)整流电流平均值Io为 2.3流过每个二级管电流平均值ID为 2.4每个二级管承受的最高反向电压UDRM为 2.5变压器副边电流有效值I为 2.6二极管的选择：整流电流平均值ID与最高反向电压UDRM是选择整流二极管的主要依据。选管时应满足 2.7D管的最大整流电流IF必须大于实际流过二极管的平均电流IDO为 2.8整流电流平均值Io为 2.9流过每个二级管电流平均值ID为 2.10每个二级管承受的最高反向电压UDRM为变压器副边电流有效值I为 2.12半波整流电路的优点：结构简单，使用的元件少。缺点：只利用了电源的半个周期，所以电源利用率低，输出的直流成分比拟低；输出波形的脉动大；变压器电流含有直流成分，容易饱和。故半波整流只用在要求不高，输出电流较小的场合。电路图如下列图，二极管D1、 D2分别在V2的正、负半周导通，在RL上得到如下列图电压波形。图2.5 全波整流电路 图2.6 全波整流电路波形图电路特点：是输出电压波动小，变压需中心抽头，绕制复杂，本钱高，笨重工作原理：在U2正半周：D1导通、D2管截止，负载中有电流流过；在U2负半周：D1截止、D2管导通，负载中有电流流过。参数计算：输出的直流电压值为 (2.13)流过负载平均电流为 2.14流过整流二极管的平均电流为 2.15整流二极管的最大反向电压为 2.16二极管的选择：D管的最大整流电流IF必须大于实际流过二极管的平均电流IDO为 2.17D管的最大反向工作电压UR必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压URM为 2.18 电路图如下列图，二极管D1、 D2 、D3、 D4四只二极管接成电桥的形式，名称由此而来。图2.7 桥式整流电路工作原理：在V2的正半周， D1、 D3导通， D2、 D4截止， 通过D1、 D3给RL提供电流，方向由上向下；在V2的负半周， D2、D4导通， D1、 D3截止，通过D2、 D4给RL提供电流，方向仍然是由上向下由此得到图2.2.8示的整流波形。图2.8 桥式整流电路波形图Vo的大小与全波整流电路一样，即2.19参数计算：输出的直流电压值为2.20流过负载平均电流为2.21流过整流二极管的平均电流为2.22整流二极管的最大反向电压为2.234、整流二极管的选择1D管的最大整流电流IF必须大于实际流过二极管的平均电流IDO为2.24（2） D管的最大反向工作电压UR必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压URM为2.25三滤波电路交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保存其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的12。方法：将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)。作用：对整流电路输出的脉动直流进展平滑，使之成为含交变成份很小的直流电压。说明：滤波电路实际上是一个低通滤波器。截止频率低于整流输出电压的基波频率电路形式：电容滤波电感滤波L型滤波电路p型滤波电路尽管整流后的电压为直流电压，但波动较大，仍然不能直接作为电源使用，还需进一步滤波，将其中的交流成份滤掉。滤波通常是采用电容或电感的能量存储作用来实现的常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波、倒L型滤波、p型滤波等几种。在小功率整流滤波电路中，电容滤波是最常用的一种，其特点是结构简单，效果较好。本节中只介绍电容滤波电路。电感滤波电路主要用于大电路中，其他滤波电路自行分析7。电路组成：图2.9 电容滤波电路电容滤波的原理：电容是一个能储存电荷的元件。有了电荷，两极板之间就有电压UC=Q/C。在电容量不变时，要改变两端电压就必须改变两端电荷，而电荷改变的速度，取决于充放电时间常数。时间常数越大，电荷改变得越慢，如此电压变化也越慢，即交流分量越小，也就“滤除了交流分量。图2.10 电容滤波电路波形图工作原理：（1） 负载未接入开关S断开时：设电容两端初始电压为零，接入交流电源后，当V2为正半周时， V2通过D1、 D3向电容C充电； V2为负半周时，经D2、 D4向电容C充电。充电时间常数为tc=RintC2.26其中Rint包括变压器副绕组的直流电阻和二极管的正向电阻。由于Rint一般很小，电容器很快就充电到交流电压V2的最大值V2 ，由于电容无放电回路，故输出电压电容C两端的电压保持在V2不变。21 接入负载RL开关S合上时：设变压器副边电压V2从0开始上升时接入RL，由于电容已到V2 ，故刚接入负载时， V2 VC，二极管在反向电压作用下而截止，电容C经RL放电，放电时间常数为：td=RLC。因td一般较大，故电容两端电压Vc(即Vo)按指数规律慢下降图中a,b段。2 当V2升至V2VC时，二极管D1、 D3在正向电压作用下而导通，此时V2经D1、 D3一方面向RL提供电流，一方面向C充电接入RL后充电时间常数变为tC=RL/RintCRintC 。VC将如图中b、 c段所示3 当V2又降至V2VC时，二极管又截止，电容C又向RL放电，如图中c 、d段所示.电容如此周而复始充放电，就得到了一个如下列图的锯齿波电压VO= VC ，由此可见输出电压的波动大大减小。4 为了得到平滑的负载电压，一般取td=RLC(31.2) V2图2.11 单相桥式整流、电容滤波电路的电压、电流波形电容滤波的特点RLC越大，电容放电速度越慢，负载电压中的纹波成份越小，负载平均电压越高。为了得到平滑的输出电压，一般取：RLC35T/2 (T交流电源电压周期)。RL越小，输出电压越小。当C一定时， RL时，即空载为ULO22.27当C=0时，即无电容时为ULO22.28一般情况下为ULO=1.11.2)U22.29电容滤波适用于负载电压较高、负载变化不大的场合8。假如要进一步减小输出电压的脉动程度，采用电感电容滤波器。电路图图2.12 电感滤波电路电感滤波的原理：电感滤波是利用电感的储能来减小输出电压纹波的。当电感中电流增大时，自电感电动势的方向与原电流方向相反，自感电动势阻碍电位增加的同时，也将能量储存起来，使电流的变化减小；反之，当电感中电流减少时，自感电动势的作用阻碍电流的减少，同时释放能量，使电流变化减小，因此，电流的变化小，电压的纹波得到抑制。对直流分量: XL=0 ，L相当于短路,电压大局部降在RL上。对谐波分量: f 越高,XL越大,电压大局部降在L上。因此,在负载上得到比拟平滑的直流电压8。LC滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小的场合，用于高频时更为适宜。电感滤波电路的几点说明：l L越大、RL越小，输出电压纹波越小；l 忽略电感内阻，ULO2理论值；l 电感滤波适用于低电压，大电流的场合。四稳压局部稳压电路稳压器是为电路或负载提供稳定的输出电压的一种电子设备。稳压电路的输出电压大小根本上与电网电压、负载与环境温度的变化无关。理想的稳压器是输出阻抗为零的恒压源。实际上，它是内阻很小的电压源。其内阻越小，稳压性能越好9。稳压电路是整个电子系统的一个组成局部，也可以是一个独立的电子部件。作用：维持输出直流电压的根本稳定。说明：经过滤波电路后的电压的稳定性比拟差。电压受温度、负载、电网电压波动等因素的影响较大1.稳压管电路组成并联稳压电路：电路图：图2.13 稳压电路说明：R限流电阻Dz稳压二极管2.稳压管稳压原理：利用稳压管在反向击穿时电流可在较大X围内变动但击穿电压却根本不变的特点而实现的。3.工作原理：UO= UZ，IR= IO + IZ2.30UOIZ IR URUO2.314.R的取值X围：UImax-UZ)/IZmaxR(UImin-UZ)/(IZmin + UZ /RLmin)2.32注：一般情况下，在稳压管安全工作条件下，R应尽可能小，从而使输出电流X围增大。三、 数字局部数字系统中，数码和字符常常是以一定的代码形式出现的，显示译码器的作用是将这些代码译码，再由数码显示器将数码和字符直观的显示出来，供人们直接读取。电路的输出采用单刀双掷开关控制上下电平，数码显示输出电压的大小，用74LS47、74LS248为段译码/驱动器。其中，74LS47可用来驱动共阳极的发光二极管显示器；而74LS248如此用来驱动共阴极的发光二极管显示器。74LS47为集电极开路输出，使用时要外接电阻；而74LS238的内部有升压电阻，可以直接与显示器相连接。由于电路采用单刀双掷开关作为数模转输入值，而且单刀双掷输出仅仅代表电压值的代码，而不代表具体电压，因此不必考虑与D/A接口的问题，直接采用74LS248作为静态显示，小数点接电源而使其常亮10。四、直流稳压电源的技术指标直流稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，反映直流稳压电源的固有特性，如输入电压、输出电压、输出电流、输出电压调节X围；另一类是质量指标，反映直流稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻输出电阻、纹波电压与温度系数等。其中稳压系数的定义是负载固定时输出电压的相对变化量与稳压电路的输入电压的相对变化量之比。温度系数ST是反映温度变化对输出电压的影响；输出电阻RO反映负载电流变化对输出电压的影响 ；纹波电压是指稳压电路输出端交流分量的有效值，它表示输出电压的微小波动。可见，上述系数越小，输出电压越稳定。1、特性指标1输出电压X围符合直流稳压电源工作条件情况下，能够正常工作的输出电压X围。该指标的上限是由最大输入电压和最小输入输出电压差所规定，而其下限由直流稳压电源内部的基准电压值决定。2最大输入输出电压差该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所允许的最大输入输出之间的电压差值，其值主要取决于直流稳压电源内部调整晶体管的耐压指标。3最小输入输出电压差该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所需的最小输入输出之间的电压差值。4输出负载电流X围输出负载电流X围又称为输出电流X围，在这一电流X围内，直流稳压电源应能保证符合指标规X所给出的指标。2、质量指标1电压调整率SV电压调整率是表征直流稳压电源稳压性能的优劣的重要指标，又称为稳压系数或稳定系数，它表征当输入电压VI变化时直流稳压电源输出电压VO稳定的程度，通常以单位输出电压下的输入和输出电压的相对变化的百分比表示。2电流调整率SI电流调整率是反映直流稳压电源负载能力的一项主要自指标，又称为电流稳定系数。它表征当输入电压不变时，直流稳压电源对由于负载电流输出电流变化而引起的输出电压的波动的抑制能力，在规定的负载电流变化的条件下，通常以单位输出电压下的输出电压变化值的百分比来表示直流稳压电源的电流调整率。3纹波抑制比SR纹波抑制比反映了直流稳压电源对输入端引入的市电电压的抑制能力，当直流稳压电源输入和输出条件保持不变时，纹波抑制比常以输入纹波电压峰峰值与输出纹波电压峰峰值之比表示，一般用分贝数表示，但是有时也可以用百分数表示，或直接用两者的比值表示。4温度稳定性K集成直流稳压电源的温度稳定性是以在所规定的直流稳压电源工作温度Ti最大变化X围内TminTiTmax直流稳压电源输出电压的相对变化的百分比值。3、极限指标1最大输入电压是保证直流稳压电源安全工作的最大输入电压。2最大输出电流是保证稳压器安全工作所允许的最大输出电流。第三节 本章小结本章介绍了直流稳压电源的组成，各局部电路的结构、工作原理和性能指标等。主要内容归纳如下：（1） 小功率直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。整流电路将交流电压变为脉动的直流电压，滤波电路可减少脉动使直流电压平滑，稳压电路的作用是在电网电压波动或负载电流变化时保持输出电压根本不变。（2） 单相整流电路有半波和全波两种，最常用的是单相整流电路和单相桥式整流电路。分析桥式整流电路时，应分别判断在变压器二次电压正、负半周两种情况下二极管的工作状态导通或截止从而得到负载两端的电压、与电流波形，并由此得到输出电压和电流的平均值，以与二极管的最大整流平均电流和所承受的最高反向电压（3） 电容滤波电路最简单且应用最广。在。负载电流较大时，应采用电感滤波；对滤波效果要求较高时，可采用复式滤波。第三章 电路设计电路的设计就是根据具体的电路具体性能要求，设计出完成该电路功能的最简的模拟电路，优秀的电路设计图，不论是从整体的美观性，还是电路的各局部的搭建是合理性，都提出了较高的要求，必须从整体去考虑电路每个模块的构建。第一节 设计目的和主要参数一、设计目的1学习根本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟、数字电路设计的根本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。2学会数字式稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。3培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。通过数字式稳压电流电路的设计和运用，学会选择变压器、整流二极管、滤波电容与集成稳压器来设计直流稳压电源。掌握直流稳压电源的主要性能参数与测试方法，以与熟悉Multisim软件的运用。二、 主要参数主要参数(1) 电压调整率SU(稳压系数)反映当负载电流和环境温度不变时，电网电压波动对稳压电路的影响。0.0050.02% 3.1(2) 电流调整率SI反映当输入电压和环境温度不变时，输出电流变化时输出电压保持稳定的能力，即稳压电路的带负载能力。3.2(3) 输出电压 UO(4) 最大输出电流 IOM(5) 最小输入、输出电压差 (Ui -UO ) min(6) 最大输入电压 UiM(7) 最大功耗 PM3.3第二节 设计步骤一、电路图设计一确定目标设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出数字式直流稳压电源方框图。数字式直流稳压电源方框图电路流程图3.1。1系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形式。2参数选择：根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。3总电路图：连接各模块电路。D/A转换图3.1 数控直流电源原理示意图第三节 电路设计一、控制电路的设计控制电路是整个电路的核心局部，主要用来产生电压控制码。输出电压在0-9V之间任意的一个值。为了简化电路，由4个单刀双掷构成。它可以提供16个状态。假如要实现三角波的输出，还需要用于记忆递增或递减的控制位11。二、数显电路的设计这里采用数码显示输出电压大小，用74LS47、74LS248为段译码/驱动器。其中，74LS47可用来驱动共阳极的发光二极管显示器；而74LS248如此用来驱动共阴极的发光二极管显示器。74LS47为集电极开路输出，使用时要外接电阻；而74LS248的内部有升压电阻，可以直接与显示器相连接由于电路采用单刀双掷开关，而不代表具体电压，因此不必考虑与D/A接口的问题。直接采用两片74LS248作为静态显示，小数点接电源而使其常亮12。三、数模转换和输出电路的设计数模转换电路由转换器IDAC和运放NE5534构成。输出调整管采用大功率达林顿管TIPl32，其额定电压为100V，额定电流为8A。IDAC输出模拟量经49：1的分压器分压，运放将其转换成与数字端输入的数值成正比的模拟输出电压，输出电压大小为：13。四、电路原理整体图图3.2 数字式稳压电源原理图第四节 本章小结本方案使4个单刀双掷开关做为电路输入控制，运用74ls47作为数码管的驱动芯片，把4个单刀双掷开关通过IDAC进展数模转换，转换的模拟信号通过NE5534分压进展放大，用了运放和调整管作为稳压电路，输出电压可调，功率也较高，可以输出较大的电流。稳定效果非常好。第四章 仿真与结果分析在电子电路设计过程中，设计人员根据给定的功能和技术指标，确定最终的设计方案包括电路结构和元件参数时，检验设计是否满足预定要求的传统方法：用户人工对电路进展估算并在实验板上组装电路进展实际测试。这一过程往往需要反复的屡次才能有可能得到最优方案。本章主要是运用multisim仿真软件对所设计的电路进展模拟仿真，得出结果，分析电路是否是最优设计。第一节 各局部电路仿真分析Multisim是EDA众多优秀软件中较为突出的软件之一，它可以完成电路原理图输入、电路分析，仿真等全套自动化工序。一、数显电路的仿真实现如所示，7412,47是驱动共阳数码管的译码驱动器。用逻辑电平开关来代替BCD码；调整开关J1、J2，J3，J4的状态，可以得到不同的BCD码组合；运行仿真，拨动开关数码管的显示结果会随之变化，R1在实际应用电路中是一个较为有用的器件。如果没有这只电阻，数码管极易受损坏。在实际电路中，采用74LS248，分别改变各个开关的状态，观察显示值的变化并记录。14图4.1 数显电路仿真图二、数字电路的控制局部如下列图，采用了两个按键，分别为+和一，用来调节设定电压，可以以01V的步进增加或减少。按下+和一键，产生的脉冲输入到74LSl92的CP+或CP-端来控制74LSl92的输出是作加计数还是减计数。图4.2 数字电路控制仿真图三、数模转换电路的仿真实现将图4.3中的四个单刀双掷开关按照二进制自然码顺序开关，使得每个开关都在运算放大器的同相端和反相端间切换观察输出电压。测试结果分析，