基于Multisim的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

0. 前言

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

2001是電子電路設(shè)計(jì)與仿真方面的EDA軟件。由于Multisim2001的最強(qiáng)大功能是用于電路的設(shè)計(jì)與仿真，因此稱這種軟件叫做虛擬電子實(shí)驗(yàn)室或電子工作平臺(tái)。在任一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，利用Multisim2001均可以創(chuàng)建《電子技術(shù)基礎(chǔ)》虛擬實(shí)驗(yàn)室，從而改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，學(xué)生可把學(xué)到的《電子技術(shù)基礎(chǔ)》知識(shí)，應(yīng)用Multisim2001電路仿真軟件進(jìn)行驗(yàn)證。例如串聯(lián)型的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)是由整流、濾波和穩(wěn)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(wěn)壓部分，一般有四個(gè)環(huán)節(jié)：調(diào)整環(huán)節(jié)、基準(zhǔn)電壓、比較放大器和取樣電路。當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)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(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生的誤差電壓經(jīng)放大后去控制調(diào)整管的基極電流，自動(dòng)地改變調(diào)整管的集一射極間電壓，補(bǔ)償U(kuò)o的變化，從而維持輸出電壓慕本不變。

1. 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)并制作串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源，其輸出電壓UO=10V，輸出調(diào)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(wěn)壓系數(shù)Sr0.05，輸出電阻RO=0.05。工作溫度為25～40℃。

1.1 初選電路

根據(jù)設(shè)計(jì)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(fù)合管，從穩(wěn)壓調(diào)節(jié)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，通過參數(shù)計(jì)算和仿真測(cè)試，再重新考慮所選電路，使之滿足要求。最后在調(diào)試過程中進(jìn)一步確定電路及元件參數(shù)。

1.2 元件參數(shù)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(diào)整管始終工作在放大區(qū)，需要有一定的管壓降，根據(jù)計(jì)算得出U1=15V?？紤]到IL=100mA，加上通過R6、穩(wěn)壓管VZ的電流(取10mA)，取樣電路的電流(取20mA)。經(jīng)過整流二極管的電流ID=130mA。在實(shí)際電路中根據(jù)計(jì)算出的U1和ID來選取整流二極管，本例中選取3N259，濾波電容選取470μF/30V。

1.2.2 調(diào)整部分

調(diào)整管V1的選取原則是工作可靠。根據(jù)BUCEO≥UOMAX，ICM≥1.5IOM，選取V1為2N6703。

1.2.3 基準(zhǔn)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(wěn)壓值在6V左右較好。所以選取穩(wěn)壓值為6.2V，型號(hào)為IN4735A的穩(wěn)壓管。

1.2.4 放大電路和取樣電路

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

取樣電路，為了提高穩(wěn)定性，要使通過取樣電阻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(jù)計(jì)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(biāo)進(jìn)入程序主窗口，主窗口中最大的區(qū)域是電路工作區(qū)，在此可對(duì)電路原理圖進(jìn)行編輯和測(cè)試。首先，將初選電路原理圖中的所有元器件，分類從元器件庫中調(diào)出來。方法是在元器件庫工具欄中，單擊包含該元器件的圖標(biāo)，打開該元器件庫，從元器件庫中將該元器件拖拽至電路工作區(qū)。例如：放置V1，單擊三極管元器件庫圖標(biāo)，打開Transistors三極管元器件庫，三極管圖標(biāo)下的底紋有灰色和綠色，灰色是表示現(xiàn)實(shí)中存在的元器件，綠色表示在現(xiàn)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ComponentBrowser對(duì)話框，選擇2N6703，單擊OK，移動(dòng)鼠標(biāo)到合適位置，單擊鼠標(biāo)放下三極管。元器件方向不合適，在其上右鍵單擊，出現(xiàn)快捷菜單，在菜單上根據(jù)需要選擇鏡像、旋轉(zhuǎn)……。元器件V1需要執(zhí)行90CounterCW命令，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)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。