直流稳压电源电路设计

电路仿真实验《直流稳压电源电路设计》学院：工学院专业：电子信息工程班级：2011级应用电子姓名：学号：指导老师：2014年7月9日直流稳压电源的设计-1-目录1.课程设计目的.............................................................................................-2-2.课程设计任务和要求.................................................................................-2-2.1课程设计任务....................................................................................-2-2.2课程设计要求....................................................................................-2-3.设计内容:....................................................................................................-2-3.1稳压电源的电路................................................................................-2-3.1.1选用元器件...............................................................................-2-3.1.2各部分功能的介绍和设计方案选择及详细参数的说明.......-3-3.2电路整体设计....................................................................................-4-3.2.1Multisim仿真..........................................................................-4-3.2.2实际元件电路整体仿真...........................................................-5-3.3反相电路设计....................................................................................-5-3.3.1方案选择..................................................................................-5-3.3.2负反馈放大电路设计...............................................................-7-3.3.3负反馈放大电路仿真...............................................................-7-3.4实际电路连接...................................................................................-8-3.5实验结果与误差分析.......................................................................-8-3.5.1实验结果...................................................................................-8-3.5.2误差分析..................................................................................-9-4设计总结.....................................................................................................-9-5参考资料....................................................................................................-9-直流稳压电源的设计-2-1.课程设计目的1、通过该设计学会并掌握常用电子元器件的选择和使用方法2、结合所学的模电的理论知识完成直流稳压电源课程设计3、学习和使用Multisim10.0，并仿真稳压输出的±9V、±5V电压2.课程设计任务和要求2.1课程设计任务利用直流12V通过7809、7805设计一个输出±9V、±5V的直流稳压电源。2.2课程设计要求1、画出系统电路图，并用Multisim10.0仿真稳压输出的±9V、±5V电压；2、根据电路图在模电实验箱上连接电路，用万用表测输出电压为±9V、±5V，并比较实测值与仿真值；3、通过理论值和实际值比较，计算误差值；3.设计内容:3.1稳压电源的电路3.1.1选用元器件三端集成稳压管LM7809、LM7909、LM7805、LM7905各一个；电容（0.1uf2个、105uf3个）；电阻（10k）一个；运算放大器（LM358）一个；滑动变阻器（10k）一个；直流稳压电源的设计-3-NMOS管(IRF530N)一个；直流电源（+12V）；导线若干；万用表一只；模拟电子技术实验箱。3.1.2各部分功能的介绍和设计方案选择及详细参数的说明1、稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随电压和负载的变化而变化。根据设计所要求的性能指标，选择集成三端稳压器。由数据手册知：7805、7809和7905、7909的下降电压：VD=2V；7809和7909的允许最大输入电压：35V；7905的典型输出值为：VO=-5V；7805的典型输出值为：VO=+5V；7909的典型输出值为：VO=-9V；7809的典型输出值为：VO=+9V。三端稳压器内含有过热，过流和过载保护电路。虽然是固定的三端稳压原件，但在起外端加不同的元器件可得不同的电压和电流。具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。由此估计输入的电压要超过11V,本电路设计采用直流12V。2、反相放大电路：将直流12V转为-12V，为7909、7905提供负电源。负反馈放大电路采用LM358运算放大器，设计电路如图4所示。反相端为虚地点，即Vn=0，由虚断的概念（ip=in=0）可知，i4=i1,故有(Vi-Vn)/R4=(Vn-Vo)/R1或Vi/R4=-Vo/R1；可知Av=Vo/Vi=-R1/R4Vo=(-R1/R4)*Vi，直流稳压电源的设计-4-当R1=R4时，可以得到Vo=-Vi，从而将正电压进行反相。3.2电路整体设计电路如图1所示，V5、V6、V7、V8分别为输出+9V,+5V,-9V,-5V。R110kΩU1ALM358AP32481R410kΩV312VC1100nF50%R3Key=A10kΩU2LM7909CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEU3LM7905CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEU4LM7809CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEU5LM7805CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEC21uFC31uFC4100nFC51uFC6100nFC71uFV112VQ2IRF530N27411109315680图1电路整体设计3.2.1Multisim仿真用Multisim仿真结果如图2所示。直流稳压电源的设计-5-图2电路整体仿真3.2.2实际元件电路整体仿真根据实际元器件测量的数据进行仿真的结果如图3所示。图3实际元件电路整体仿真3.3反相电路设计3.3.1方案选择方案一：采用三极管进行反相利用三极管输出电流反相特点，对直流12V进行反相，仿真电路图如图4所示。直流稳压电源的设计-6-图4三极管电流反相电路整体仿真方案二：运用运算放大器进行反相采用运放的反相输入端，利用反馈，将直流12V转成-12V，仿真电路如图7所示。方案三：将直流12V反接将直流12V反接产生-12V，仿真结果如图5所示。图5直流12V反接电路仿真方案一因为输出为正电压，没有达到预期效果（三极管为小信号放大器件，而12V属大信号），不可取；方案二实现反相，可以采用；方案三将直流12V反接，得到反向电压，但考虑到实际压降，不宜采用。综上所述，以上三种方案，采用方案二。直流稳压电源的设计-7-3.3.2负反馈放大电路设计采用方案二，设计电路图如图6所示。U1ALM358AP32481R110kΩV312VV112VR410kΩR210kΩ543210图6反相放大电路设计3.3.3负反馈放大电路仿真根据所设计的反相放大电路，仿真结果如图7所示；实际测量的元件仿真结果如图8所示。图7反相放大电路仿真直流稳压电源的设计-8-图8实际元件反相放大电路仿真3.4实际电路连接本次设计采用模拟电路设计实验箱作为电路的搭建平台，实际电路搭建图9所示。图9实际元件反相放大电路仿真3.5实验结果与误差分析3.5.1实验结果表一：实验结果理论值仿真值实际值实际误差仿真误差输入电压（V）12.00012.000/12.19312.1931.608%1.608%输出（V）电压LM78055.0005.002/5.0024.9970.06%0.04%LM78099.0009.240/9.2409.2432.70%2.67%LM7905-5.000-5.647/-5.647-5.4839.66%12.94%LM7909-9.000-9.493/-9.599-8.9220.86%6.65%直流稳压电源的设计-9-3.5.2误差分析实验的数据如表一所示，从表中可以看出仿真误差比实际误差大，实际误差中LM7905产生的-5V电压误差较大，达到9.66%。为减小误差，可以在LM7905的输出端接入一个10K的滑动变阻器，通过调节滑动变阻器，使输出电压维持在5±0.1V左右。4设计总结这次课程内容的自我学习和课程任务的自我实践设计，不但激发了自己学习和理解知识的热情，而且树立起了自觉应用自身的知识理论转化能力的意识。在整个实际过程中遇到了不少难处，但是通过上网查询以及和别的同学交流的方法解决了。总结整个实际过程，我学到了一些东西:1、在整个实际过程中我总结的方法是先顶层框架设计后底层具体模块设计的方法。比如在这个设计过程中必须先确定所设计的稳压源属于什么类型的(稳压单电压输出，正负稳压输出，正负可调输出还是恒流源），然后确定该电路应由哪几部分构成及其各个部分的基本功能。2、分别对各个底层模块的功能进行仿真处理，与期望进行对比分析，找出不符合的地方回到上一步进行参数的调整，使得仿真结果最终符合设计的要求。3、从大体上对电路图进行进一步优化，使得结构更加清晰明了。4、对整个过程遇到的问题进行反思考虑总结，以避免下次犯同样的错误。5参考资料《电子技术基础模拟部分（第五版）》——康华光。