基于Multisim的直流穩壓電源設計

0. 前言

EDA技術(shù)發(fā)展迅猛，已在科研、產(chǎn)品設計與制造及教學(xué)等各方面都發(fā)揮著(zhù)巨火的作用。EDA代表了當今電子產(chǎn)品設計的最新發(fā)展方向，利用EDA工具，電子工程師不僅可以在計算機上設計電子產(chǎn)品，還可以將電子產(chǎn)品從電路設計、模擬實(shí)驗、性能分忻、到設計出PCB印制板的整個(gè)過(guò)程在計算機上處理完成。在教學(xué)方面，幾乎所有理工科的高校都開(kāi)設了EDA課程，學(xué)生通過(guò)EDA的學(xué)習演練，掌握用EDA技術(shù)進(jìn)行電子電路的設計、《電子技術(shù)基礎》課程的模擬仿真實(shí)驗，從而為今后從事電子技術(shù)設計工作打下基礎。

2001是電子電路設計與仿真方面的EDA軟件。由于Multisim2001的最強大功能是用于電路的設計與仿真，因此稱(chēng)這種軟件叫做虛擬電子實(shí)驗室或電子工作平臺。在任一臺計算機上，利用Multisim2001均可以創(chuàng )建《電子技術(shù)基礎》虛擬實(shí)驗室，從而改變傳統的教學(xué)模式，學(xué)生可把學(xué)到的《電子技術(shù)基礎》知識，應用Multisim2001電路仿真軟件進(jìn)行驗證。例如串聯(lián)型的設計，該系統是由整流、濾波和穩壓三部分組成，橋式整流電路加上電容濾波后，使輸出的波形更平滑，穩壓部分，一般有四個(gè)環(huán)節：調整環(huán)節、基準電壓、比較放大器和取樣電路。當電網(wǎng)電壓或負載變動(dòng)引起輸出電壓Uo變化時(shí)，取樣電路將輸出電壓Uo的一部分饋送給比較放大器與基準電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生的誤差電壓經(jīng)放大后去控制調整管的基極電流，自動(dòng)地改變調整管的集一射極間電壓，補償Uo的變化，從而維持輸出電壓慕本不變。

1. 直流穩壓電源設計

設計并制作串聯(lián)型直流穩壓電源，其輸出電壓UO=10V，輸出調整范圍為8～12V，額定輸出電流IL=100 mA，電網(wǎng)電源波動(dòng)±10%，穩壓系數Sr0.05，輸出電阻RO=0.05。工作溫度為25～40℃。

1.1 初選電路

根據設計題目要求，輸出電流為100mA較大，所以選用由兩個(gè)三極管組成的復合管，從穩壓調節范圍考慮，選擇帶有可變電阻器的取樣電路，由此初選一個(gè)電路原理圖如圖1，通過(guò)參數計算和仿真測試，再重新考慮所選電路，使之滿(mǎn)足要求。最后在調試過(guò)程中進(jìn)一步確定電路及元件參數。

1.2 元件參數選擇

1.2.1 整流濾波電路

采用橋式整流，電容濾波電路。為了保證調整管始終工作在放大區，需要有一定的管壓降，根據計算得出U1=15V?？紤]到IL=100mA，加上通過(guò)R6、穩壓管VZ的電流(取10mA)，取樣電路的電流(取20mA)。經(jīng)過(guò)整流二極管的電流ID=130mA。在實(shí)際電路中根據計算出的U1和ID來(lái)選取整流二極管，本例中選取3N259，濾波電容選取470μF/30V。

1.2.2 調整部分

調整管V1的選取原則是工作可靠。根據BUCEO≥UOMAX，ICM≥1.5IOM，選取V1為2N6703。

1.2.3 基準電壓

選擇原則是使取樣電壓盡可能高一些，以更好地反映Uo的變化，一般取分壓比為(0.5～0.8)，穩壓值在6V左右較好。所以選取穩壓值為6.2V，型號為IN4735A的穩壓管。

1.2.4 放大電路和取樣電路

選擇放大電路參數的原則是保證在電網(wǎng)電壓或負載電流變化時(shí)放大電路都應工作在放大區并且盡量提高放大倍數，以滿(mǎn)足穩壓精度的要求。這里選取2N2222。

取樣電路，為了提高穩定性，要使通過(guò)取樣電阻R7、RP、R8的電流比V4基極電流大得多，這樣才能保證分壓比的要求。但是電流太大時(shí)，取樣電阻上的損耗也大，這里取電流為20mA。根據計算選取R7=100Ω，R8=200Ω，RP=220Ω。

2. 編輯電路原理圖

2.1 放置元器件

在Windows桌面上，雙擊Multisim2001圖標進(jìn)入程序主窗口，主窗口中最大的區域是電路工作區，在此可對電路原理圖進(jìn)行編輯和測試。首先，將初選電路原理圖中的所有元器件，分類(lèi)從元器件庫中調出來(lái)。方法是在元器件庫工具欄中，單擊包含該元器件的圖標，打開(kāi)該元器件庫，從元器件庫中將該元器件拖拽至電路工作區。例如：放置V1，單擊三極管元器件庫圖標，打開(kāi)Transistors三極管元器件庫，三極管圖標下的底紋有灰色和綠色，灰色是表示現實(shí)中存在的元器件，綠色表示在現實(shí)中不存在，是虛擬元器件。單擊灰色底紋的NPN型三極管，打開(kāi)ComponentBrowser對話(huà)框，選擇2N6703，單擊OK，移動(dòng)鼠標到合適位置，單擊鼠標放下三極管。元器件方向不合適，在其上右鍵單擊，出現快捷菜單，在菜單上根據需要選擇鏡像、旋轉……。元器件V1需要執行90CounterCW命令，逆時(shí)針旋轉90°。到此為止，元器件V1放置完畢。利用此方法依次放置所有元器件。元器件放置完后，要精心布局元器件的放置位置，以確保元器件分布合理、美觀(guān)。