1、電子技術課程設計總結報告串聯型直流穩壓電路的設計姓 名： 學 號： 院 系： 班 級：指導老師： 2014 年 6 月目錄一 課程設計目的與意義.3二 任務和要求.4三 課程設計內容.53.1Multisim仿真軟件的學習.53.1.1Multisim7概述.53.1.2Multisim7的基本功能.53.1.3 Multisim7的操作界面.6四 基礎電路的Multisim仿真.94.1半導體元器件的Multisim仿真.94.2單管發大電路的Multisim仿真.104.3差分發大電路的Multisim仿真.134.4兩級反饋放大大電路的Multisim仿真.164.5集成運算放大電路的M

2、ultisim仿真.184.6波形發生電路的Multisim仿真.19五 串聯型直流穩壓電源的設計的設計.215.1方案的比較.225.2單元電路設計元器件的選擇與參數的計算.235.3電路的仿真.26六 總結.30七 參考文獻.33一.課程設計目的與意義該課程設計師在完成電子技術2的理論學習后安排的一個實踐教學環節。課程設計的目的是讓學生掌握電子電路計算機輔助分析與設計的基本知識和基本方法，培養學生的綜合知識應用能力和實踐能力，為今后從事本專業相關工程技術工作打下基礎。這一環節有利于培養學生分析問題、解決問題的能力，提高學生全局考慮問題、應用課程知識的能力，對于培養和造就應用型工程技術人才將

3、起到較大的促進作用。二.任務和要求本次課程設計的任務時在教師的指導下，學習Multisim仿真軟件的使用方法，分析和設計完成基礎性的電路設計和仿真及綜合性電路設計和仿真（選一個）。完成該次課程設計后，學生應達到一下要求：1、 鞏固和加深對電子技術2課程知識的理解；2、 會根據課題需要選學參考書籍、查閱手冊和文獻資料；3、 掌握仿真軟件Multisim的使用方法；4、 掌握簡單模擬電路的設計、仿真方法；5、 按課程設計任務書的要求撰寫課程設計報告，課程設計報告能正確反映設計和仿真結果。三.課程設計（一）Multisim仿真軟件的學習1、Multisim7概述 隨著時代的發展，仿真技術在電路分析和

4、電子設計中發揮著越來越大的作用。EDA（Electronic Design Automation 電子設計自動化）技術是電工、電子和信息技術發展的卓越成果。EDA的發展與應用引發了一場電路研究和電子設計的技術革命。 Multisim是加拿大Elecronics Workbench 公司研發的EDA系列產品，廣泛應用于電路分析和電子技術的教學和科研中。Multisim7是2003年開發的版本，仿真功能十分強大，幾乎可以100%地仿真出真實的電路結果。Multisim7是一個優秀的電工電子技術仿真軟件，既可以完成電路設計和版圖繪制，也可以創建工作平臺進行仿真實驗。Multisim7軟件功能完善，操

5、作界面友好，分析數據準確，易學易用，靈活簡便，因此，在教學、科研和工程設計等領域得到廣泛地應用。2、Multisim7的基本功能1)、系統集成度高，界面直觀，操作簡便。2）、龐大的元器件庫，種類繁多的元器件。3）、元件定位迅速，連線簡潔方便。4）、準確、快速地執行仿真實驗。5)、儀器儀表齊全，精度高。6)、強大的分析功能。7）、快捷的作圖功能。8）、后處理功能。9）、射頻電路仿真功能。10）、HDL仿真功能。3、Multisim7的操作界面 1）、基本界面 圖3.3.1 2）、菜單欄圖3.3.2 3)、標準工具欄 圖3.3.3 4)、仿真開關 圖3.3.45）、元件工具欄 圖3.3.56）、虛

6、擬元件工具欄 圖3.3.67）、儀表工具欄 圖3.3.7部分儀器的使用：數字萬用表 圖3.3.8（數字萬用表）信號發生器 圖3.3.9（信號發生器）雙通示波器 圖3.3.10（雙通示波器）四通示波器 圖3.3.11（四通示波器）四.基礎電路的Multisim仿真1、半導體元器件的Multisim仿真元件：4V 1kHz交流電（1個）、二極管VD（1個）、1k電阻（1個）RL儀器：雙通示波器 圖4.1.1（二極管單向導電） 圖4.1.2（調試結果）由圖4.1.2可見，輸入信號是一個雙向的正弦波電壓，而經過二極管以后，在輸出端得到一個單方向的脈動電壓，可見二極管具有單向導電性。2、單管發大電路的M

7、ultisim仿真元件：14.14mV 1kHz 交流電源（1個）、NPN型三極管（1個）、50uF電容（2個）C1 C2、3k電阻（2個）R2 R4、280k電阻（1個）R3；儀器：雙通示波器（1個）XSC1、數字萬用表（3個）XMM1 XMM2 XMM3; 圖4.2.1 單管共射放大電路（1）.理論分析：理論計算如下：VCC=IbRb+Ube12=Ib×280+UbeIb=40.35uAIc=Ib=2.017mAVcc=IcRc+UceUce=5.949Rbe=rbb+(1+)26(mV)/IEQ=300.644Uo=Ibrbe=12.13Ui=-IcRc/RL=-982.331

8、Au=Uo/Ui=-80.98Ri=Ui/Ii=1454（2）.仿真： 圖4.2.2 單管共射放大仿真電路 圖4.2.3 靜態分析仿真各萬用表的讀數（3).仿真結果 圖4.2.4 示波器波形圖 圖4.2.5 各萬用表讀數（3）對比分析觀察單管共射放大電路仿真后，可從示波器觀察到ui和u0的波形圖如上圖所示，圖中波動幅度較小的是ui波形，波動幅度較大的是u0波形。由圖2-4可見，u0的波形沒有明顯的非線性失真，而且u0與ui的波形相位相反。對比仿真結果和理論計算結果發現，靜態時，靜態電流相差不大，但電壓相差很大。加上電壓后，仿真時的放大倍數比理論計算時大，仿真時的輸入輸出電阻比理論計算時小。造成

9、這種情況的原因有二，一是仿真中各元器件參數并非完全理想，故工作狀態并不能達到理論條件下的要求；二是仿真中三極管參數大于理論計算時的參數，所以放大時結果有誤差。3、差分發大電路的Multisim仿真元件：5mV 1kHz交流電源（2個）、 10k電阻（2個）R1 R2、30k電阻（2個）Rc1 Rc2、NPN型三極管（2個）VT1 VT2、20k電阻（1個）RL、27k電阻（1個）Rc、500滑動變阻器（1個）Rw; 儀器：數字萬用表（3個）XMM1 XMM2 XMM3、四通示波器（1個）XSC1；圖4.3.1（差分放大電路） 圖4.3.2（電流靜態分析）由圖4.3.2可知 則加上正弦輸入電壓，

10、利用示波器可看出圖4.3.3（四通示波器仿真圖）由圖4.3.3可得與相反，而與相同。當（即，）時，由虛擬表測得如圖4.3.4與4.3.5圖4.3.4圖4.3.5 ，則將負載電阻開路，測得則4、兩級反饋發大電路的Multisim仿真元件：7.07mV 1kHz交流電源（1個）、10uF電容（3個）C1 C2 C3、100uF電容（2個）Ce1 Ce2、2k電阻（3個）RL Rb11 Rc2、3k電阻（2個）RF Rc1、1k電阻（2個）Re12 Re2、10k電阻（1個）Rb12、7.5k電阻（1個）Rb22、2.5k電阻（1個）Rb21、300電阻（1個）Re11、NPN型三極管（2個）VT1

11、 VT2、開關（1個）K;儀器：數字萬用表（3個）XMM1 XMM2 XMM3、雙通示波器（1個）XSC1；圖4.4.1（反饋放大電路）圖4.4.2（直流靜態分析）由圖4.2.2可見，。加上正弦輸入電壓利用示波器觀察到（如圖4.4.3），兩個放大級的輸出波形均無明顯的非線性失真。 圖4.4.3（示波器分析圖）當時可測的可得放大倍數為當由表測得時，得輸入電阻為 將負載電阻開路測得可求的輸入電阻為 當開關K閉合引起電壓串聯負反饋。又萬用表測得時，得電壓發大倍數 將負載電阻RL開路，測得則引入電壓串聯負反饋后，輸出電阻降低了。5、 集成運算放大電路的Multisim仿真元件：0.5V 50Hz交流電

12、源（1個）、20k電阻（2個）R1 R2、0.02uF電容（1個）C、反饋元件（1個）A;儀器：數字萬用表（2個）XMM1 XMM2、雙通示波器（1個）XSC1; 圖4.5.1（積分電路）圖4.5.2（輸入輸出波形）由虛擬示波器可看到積分電路的輸入輸出如圖4.5.2所示。圖中顏色較淺的是輸入波，顏色較深的是輸出波形，由波形圖可見，輸出電壓是一個余弦波，輸出電壓的相位比輸入電壓領先90度。6、 波形發生電路的Multisim仿真電路由電阻，放大器等元件構成，而儀器有雙通示波器，電路連接如圖4.6.1所示從而構建三角波發生電路；圖4.6.1（三角波發生電路） 圖4.6.2（波形圖）由虛擬示波器可觀

13、察到電路的輸出波形為三角波，而前一級滯回比較器的輸出波形為矩形波，如圖4.6.2所示；從虛擬示波器上可測得，三角波的幅度為,震蕩周期T=9ms。五.綜合性電路的設計和仿真1.課題：串聯型直流穩壓電源的設計2.設計要求：在輸入電壓220V 50HZ電壓變化范圍±10%條件下:(1) 輸出電壓可調范圍：+9+12V。(2) 最大輸出電流：300mA。(3) 測出設計電路的輸出電阻（輸入電壓變化范圍±10%下，滿載），并將輸出電阻盡量減到最小。(4)測出設計電路的穩壓系數（最低輸入電壓下，滿載），并將穩壓系數減到最小。(5)學習Multisim的電路仿真過程，繪制電路圖，進行基本

14、的仿真實驗對設計的電路進行性能分析。3.電路原理分析與方案設計采用變壓器、二極管、集成運放，電阻、穩壓管、三極管等元件器件。220V的交流電經變壓器變壓后變成電壓值較少的交流，再經過橋式整流電路和濾波電路形成直流，穩壓部分采用串流型穩壓電路。比例運算電路的輸入電壓為穩定電壓，且比例系數可調，所以其輸出電壓也可以調節；同時，為了擴大輸出電流，集成運放輸出端加晶體管，并保持射極輸出形式，就構成了具有放大環節的串聯型穩壓電路。圖5.1.1（方框圖）（1） 方案比較方案一: 用晶體管和集成運放組成基本串聯型直流穩壓電源圖5.1.2（方案一例圖）方案二：用晶體管和集成運放組成的具有保護換屆的串聯型直流穩

15、壓電源 圖5.1.3（方案二例圖）可行性分析：方案二功能最強大，但是由于實驗室條件和經濟成本的限制，我們也拋棄方案二，因為它犧牲了成本來換取方便。所以從簡單、合理、可靠、經濟從簡單而且便于購買的前提出發，我選擇方案一為我最終的設計方案。（2） 單元電路設計與元器件選擇1. 變壓器的選擇  直流電的輸入為220V的電網電壓，一般情況下，所需直流電壓的數值和電網電壓的有效值相差較大，因而需要通過電源變壓器降壓后，再對電流電壓處理。電源變壓器的作用是將電網220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui。本次課程設計的要求是輸出+9V+12V，輸出電壓較低，而一般的調整管的飽和管壓

16、降在2-3左右， 為了保險起見可選220V-22V的變壓器 。2. 整流電路 的選擇在經過一個單相橋式整流，其電路組成為四只二極管，其構成原則就是保證在變壓器副 邊電壓u2的整個周期內，負載上的電壓和電流方向始終不變。其工作原理是無論交變電壓 來的是正半周還是負半周，都只用兩個管子（一對橋臂上的兩個二極管）導通，即整成直流  波形。整流輸出電壓平均值： Uo= 1/202uod(wt)=0.9U2故選擇4支IN40構成整流橋。 圖5.1.4（單向半波整流電路）濾波電路器件的選擇 整流電路將交流電變為脈動直流電，但其中含有大量的直流和交流成分(稱

17、為紋波電壓)。這樣的直流電壓作為電鍍、蓄電池充電的電源還是允許的，但作為大多數電子設備的電源，將會產生良影響，甚至不能正常工作。在整流電路之后，需要加接，盡量減小輸出電壓中交流分量，使之接近于理想的直流電壓。濾波電路作用是盡可能減小脈動的直流電壓中的交流成分，保留其直流成分，使輸出電壓紋波系數降低，波形變得比較平滑。常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。若濾波電路元件僅由無源元件（電阻、電容、電感）組成，則稱為無源濾波電路。無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復式濾波(包L濾波、LC型濾波和RC型濾波等)。若濾波電路不僅由無源元件，還由有源元件（雙極型管、單極型管、集成運放）組成，則稱

18、為有源濾波電路。無源濾波電路的結構簡單，易于設計，通常用在功率電路中，所以這里采用無源濾波電路，電容濾波器和電感濾波器相比，導通角小，但其脈動系數大，適用與小電流負載，同時還可吸收電子電路工作過程中產生的電流波動和經由交流電源串入的干擾，使得電子電路的工作性能更加穩定，結合本設計的具體要求，本次設計采用電容濾波器進行濾波。濾波電容容量大因此一般采用電解電容，在接線時要注意電解電容的正、負極。電容濾波電路利用電容的充、放電作用，使輸出電壓趨于平滑，當濾波電容1C偏小時，濾波器輸出電壓脈動系數大；而1C偏大時，整流二極管導通角 偏小，整流管峰值電流增大，不僅對整流二極管參數要求高，另一方面，整流電

19、流波形與正弦電壓波形偏離大，諧波失真嚴重，功率因數低。所以電容的取值應當有一個范圍，為了安全考慮我選取500uF電壓為25V的電容。基準電路器件的選擇基準電壓由穩壓管提供，接在放大電路的相同輸入端。采樣電壓與基準電壓進行比較，得到的差值再由放大電路進行放大。由此器件選擇=6V電流為20mA的穩壓管。再由電路公式求的限流電阻選取2k的電阻。理論計算令總電阻之和為1K，穩壓器電壓為5V；已知輸出電壓可調范圍為+9+12V，最大輸出電流為300mA，則：3.電路仿真圖5.1.5 (串聯型直流穩壓電源)圖5.1.6 （串聯型直流穩壓電源）六.總結Multisim是一款功能強大的電子線路仿真軟件，它不僅

20、可以仿真弱電電子，也可以仿真強電，還可以仿真射頻微波和FPGA。該軟件入門簡單，操作方便快捷，可以用它驗證不少電路設計，并且仿真的數據很準確。通過兩個星期的學習，我們已經基本掌握Multisim的仿真基礎使用，學習各種電路的仿真，進一步加強學習了模擬電子技術這門課程，讓我對這門課程有了一個全新的認識，指導老師耐心細致的詳細講解，多次的示范，使得我們對這次實訓有了更加深刻的認識。因為Multisim使用方便，易懂，并且可以很好的將各種電路進行仿真處理，這樣可以讓我們在課上無法了解到的問題，通過自己的實踐操作慢慢弄懂學會，在這次實訓以后我將能更好的面對考試，面對在課上還才存有的部分難題，通過自己仿

21、真處理與向老師提問，都逐一弄清楚了，這次的實訓對我來說幫助很大，相信對于以后如果能從事相關專業，這次學習經歷將會對我產生巨大的幫助。為期兩個星期的模電實訓結束了，在這兩個星期當中學到了很多課本上學不到的東西，這次實訓是我認識到學習的意義，時間的寶貴，人生的真諦。明白人世間一生不可能都是一帆風順的，只要勇敢去面對人生中的每個驛站!這讓我清楚地感到了自己肩上的重任，看清了自己的人生方向，不管遇到什么事都要總代表地去思考，多聽別人的建議，不要太過急燥，要對自己所做事去負責，不要輕易的去承諾，承諾了就要努力去兌現，本次實訓使我第一次親身感受了所學知識與實際的應用，理論與實際的相結合，讓我們大開 眼界，

22、也算是對以前所學知識的一個初審吧!這次實訓對于我們以后學習、找工作也真是受益菲淺。在短短的兩個個星期中，讓我們初步讓理性回到感性的重新認識我從感性上學到了很多東西，使我更深刻地了解到了實踐的重要性。通過實訓我們更加體會到“學以致用”這句話中蘊涵的深刻道理，了解一些線路原理以及通過線路圖安裝、調試，培養和鍛煉我們的實際動手能力，使我們的理論知識與實踐充分地結合，做到不僅具有專業知識，而且還具有較強的實際操作能力，能分析問題和解決問題的高素質人才，以前我們學的都是一些理論知識,比較注重理論性，而較少注重我們的動手鍛煉，而這一次的實訓有不少的東西要我們去想，同時有更多的是要我們去做，好多東西看起來十分簡單，但沒有親自去做，就不會懂得理論與實踐是有很大區別的，很多簡單的東西在實際操作中就是有許多要注意的地方，也與我們的想象不一樣，這次的實訓就是要我們跨過這道實際和理論之間的鴻溝。理論說的再好，如果不付諸于實際，那一切都是空談。只有應用與實際中，我們才能了解到兩者之間的巨大差異。這也培養了我們的責任感。通過這兩個星期的實訓，我得到了很大的收獲，這些都是平時在課堂理論學習中無法學到的，通過實踐，深化了一些課本上的知識，獲得了許多實踐經驗，另外也認識到了自己部