直流稳压电源电路仿真设计实验报告

时间:2024.3.24

实 验 报 告

姓名: 实验名称:直流稳压电源电路仿真设计

一、实验目的:

1、认识理解直流稳压电源的构成

2、理解分析直流稳压电源各组成模块的功能

3、掌握单项桥式整流、电容滤波电路的特性。

4、掌握电源电路的仿真设计与分析方法。

二、实验内容:

1、直流稳压电源的基本组成

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2、使用仿真软件绘制直流稳压电源电路,进行电路仿真测试

(1)整流电路参数及波形测量:

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1

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(2)滤波电路参数测量

2

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(3)稳压电路参数的测量

3

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三、实验步骤:

1、 在仿真软件上画出以上电路图;

2、 开始仿真并将测试数据及波形图填在以上表格中

四、实验结果及分析:

1.整流滤波电路的输出电压与滤波电容和负载电阻的乘积τ(即放电时间常数

τ=RC)有关,τ越大整流滤波的输出电压越大,同时,τ越大纹波电压越小。

?U

O

2.根据稳压系数的定义S?

U

O

?U

,求得:

I

I

[(?15.309)?8.037]S1?

(?15.309)

[(?15.285)?7.956]

(?15.285)

[(?20.22)?3.75]

(?20.22)

[(?19.739)?3.8]

(?19.739)

?1;S2?

(0.379?0.027)(0.678?0.028)

?0.97

0.678

S2??0.994

根据计算稳压电路的稳压系数S与电网输入电压有关,电网电压越高稳压系数越大。 3.根据以上实验数据,如果输出纹波过大,可能的原因是二极管开路或滤波电容开路。如果滤波电路工作正常,而没有输出电压,可能的原因是可调电阻R90开路或三极管有一个断路。

4.在误差允许的范围内测试结果是正确的,即结论是正确的。

4

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第二篇:电子电路综合设计实验报告(数控直流稳压电源设计)


北京邮电大学

电子电路综合设计实验

实验报告

实验名称:简易数控直流稳压电源的设计

学院:电子工程学院

班级:XXX班

学号:XXXXXXXX

姓名:XXX

班内序号:XX

20##325

课题名称:简易数控直流稳压电源的设计

摘要:本设计实验要求我们设计出简易数控直流稳压电源,通过手动调节实现输出不同电压的功能,通过电压与电流的放大实现较强的带负载能力,通过滤波电容消除纹波对直流的影响,并运用protel软件进行仿真。该设计实验旨在培养我们的实验兴趣与学习兴趣,提高实验技能与探究技能,引导我将所学所想运用到实际中去。

关键字:稳压电源,设计,仿真

一、 设计任务要求

1. 基本要求

(1)设计实现一个简易数控直流稳压电源,设计指标及给定条件为:

      1) 输出电压调节范围:5V ~ 9V,步进0.5V 递增,纹波小于50mV;

      2) 输出电流大于100mA;

      3) 由预制输入控制输出电压递增;

      4) 电源为。 

    (2)设计+5V电源电路(不要求实际搭建),用PROTEL软件绘制完整的电路原理图(SCH)。

2.提高要求

     (1) 数字控制部分采用+/-按键来调整控制一可逆二进制计数器来预设电压值;

     (2) 用PROTEL软件绘制电路的印刷电路板图(PCB)。

3.探究要求

输出电压调节范围更宽,步进更小:范围:0 ~ 10 V, 步进:0.1V。

    本次探究实验主要着重完成了基本要求部分的设计与探究。

二、 设计思路、总体结构框图

本实验要求设计一个可以充当数控直流稳压电源的电路,电路由数字控制部分、D/A 转换部分、可调稳压部分组成。数字控制部分采用+/-按键来调整控制一可逆二进制计数器来预设电压值(此部分为提高部分),二进制计数器输出输入到D/A 转换器中,经过D/A 转换后实现输出电压的可调。其框图如图1所示。

图1 系统总体结构框图

三、 分块电路和总体电路的设计

1.第一部分——数字电路控制部分

此部分是电路的数字控制部分,也是电路输入端,其电路原理图如图2所示。

图2 数字电路控制部分电路图

如图中所示,K1、K2分别是实现输入递增和递减功能的步进开关,步进信息经过CD4538稳定输入后,进入SN74193,SN74193为

二进制编码器,其2,3,6,7端口为输出端,输出0000至1111的二进制码。图中的与门用做限制二进制编码的输出范围,当3和7端输出1时(即1001),与门输出1,此时编码器14端口为高电平,SN74193将回到0000重新编码,这样一来限制了输出编码的范围,使得编码器实际上完成从0000至1000的编码输出。开关K3为置零开关,按下后编码器直接从0000重新开始编码。这一部分为数字电路输入端,反应灵敏,可以稳定输出编码信息。

2.    第二部分——D/A转换电路

这一部分将第一部分输入的数字信号转换为模拟电压信号,实现电压0.5V步进的效果,其电路图如图3所示。

图3 D/A转换电路电路图

图中RW1至RW4分别接SN74193的3,2,6,7管脚,调节电位器的值可以调节各个输入信号的权值,从而实现电压以0.5V步进。电路中还使用2个LM324运算放大器,第一个是反相加法器,将四个输入电压反向相加,第二个运放是反向器,将电压反向使得输出的全为正向电压,至此完成了数字信号向模拟信号的转换。

3. 第三部分——可调稳压电路

     这是电路的最后一个部分,完成对电压从5V到9V的步进输出,其电路图如图4所示。

图中左端1kΩ电阻接图3中的8管脚,电路图中的三个运算放大器同样为LM324,其中第一个为反相加法器,将输入电压相加放大,保证了输出电压最小值为5V;第二个为反向器,将输入电压反向为正电压输出;第三个实现功率放大,与电路右端的晶体管(放大输出

图4 可调稳压电路电路图

电流)配合,从而有很高的带负载能力。220uF电容为滤波电容,消除交流纹波的干扰,45Ω大功率电阻为输出端所接电阻。至此,整个电路的功能得以实现,电路完整,功能明确,可靠性强。

四、 实现的功能说明

1. 调节方法

(1)正确搭建完毕电路后接通电源,在初始状态下(尚未步进),将万用表接输出端,并调至直流电压档,选择合适量程,测量此时电压大小,调节电位器RW6,使得电压稳定在5V,完成后固定该电位器不再调节。

(2)点按开关K1,在输入数字信号为0001,0010,0100和1000时分别调节对应的电位器RW1至RW4,使得输出电压大小依次为5.5V,6V,7V,9V,如果某一步调节电位器无法达到预定电压,则调节电位器Rf,达到预定电压值。但调节Rf后,之前调节过的部分需要重新调节,直至四个部分均达到预定电压为止。

(3)完成上一步后,点按K3置零后点按K1步进,则已大致可以实现从5V到9V的电压步进,在每一步进中有微小偏差,再稍微调节电位器即可,经过反复调节,最终即可实现电压0.5V步进的效果。

2.实际测试数据记录

实验数据如下表所示:

其中,电压为输出端实际使用万用表测量的电压大小;电流为流经大功率电阻的电流,根据欧姆定律换算而出;纹波使用交流电压表测量出来,为其有效值。由表中数据可见,输出电压完成了从5V到9V的步进增加,步进电压为0.5V,输出电流满足大于100mA,纹波满足小于50mV的要求。

3.功能实现

      整个电路在面包板上搭建调试完成后,最终可以实现输出直流电压的功能。在起始时,输出电压为5V,点按开关K1,输出电压大小按照0.5V步进增加,当电压增加到9V时,再按K1,电压大小回到5V。点按开关K2可以实现电压值的减小,开关K3实现电压置零,也即重新回到5V。实验中使用万用表的直流电压档测量输出电压大小。

五、 故障及问题分析

由于本实验电路图较为复杂,搭建较为繁琐,调试也并非容易,所以出现故障和问题在所难免。其一是在实验中首次接通电源后第一个LM324运算放大器被烧毁,断电检查后发现该运放周围连接较多电阻,有的因为在搭建时没有注意,管脚相碰,导致运放短路烧毁,在改善了电阻连接方式并更换了新的运算放大器后问题得以消除;其二是刚开始调节电位器Rf过程中,拧动很多圈输出电压也没有得到改变,也因此一度怀疑电路搭建可能存在问题,不过后来耐心调节,最终得到了想要的结果。实验中主要遇到这两个问题,最终都得到顺利解决,从中我感受到,做实验的过程一定要细心耐心,遇到问题冷静分析,沉着应对,才能更快更好地达到实验目的,完成实验。

六、 结论和总结

1. 实验结论

本实验通过数字电路与模拟电路的结合与转换,实现了简易数控直流稳压电源的功能,通过步进开关的点按,能够完成输出电压从5V到9V的逐步增加要求,每次增加0.5V,从而一个可以输出特定值的直流电源得到有效实现与完成。

2.实验总结

通过本次综合实验的设计,我了解了可调稳压电源的组成,掌握了简易数控直流稳压电源的实现方法,学习了运算放大器的应用,初步了解了数模转换,提高了独立设计电路和验证实验的能力,同时学习了protel软件的使用,在实验中学到的知识与解决问题的方法将对我今后的学习带来很大帮助和深远影响,我对模拟电路与数字电路的学习兴趣也更加浓烈。

七、 PROTEL绘制的原理图

八、  所用元器件及测试仪表清单

1. 双集成单稳态触发器CD4538

2.    可逆计数器74HC193

3.    按键开关

4.    与门74HC08

5.    运算放大器LM324

6.    达林顿管Tip122

7.    电位器10K×5+1K×1

8.    电容、电阻若干

9.    HT-1712F型直流稳压电源

10.     MF500型模拟万用表

11.     DA-16型交流毫伏表

12.     电路实验材料箱

参考文献

[1]北京邮电大学电路中心.电子电路综合设计实验教程,2012.

[2]刘宝玲.电子电路基础.北京:高等教育出版社,2006.

[3]刘培植.数字电路与逻辑设计.北京:北京邮电大学出版社,2009.

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