模电课程设计实验报告分析

模电课程设计实验报告

实验内容：一、设计并制作一个能输出+5V 电压的直流稳压电源，输入电压为直流9V 。

二、利用课程设计（一）制作的电源、电压比较器、电压跟随器设计，驱动三极

管，通过可调电阻，控制LED 灯的点亮和熄灭。

实验要求：（1）设计出+5V 直流稳压电源的电路原理图；

（2）在万用板上焊接组装给定的元器件并进行调试，输入电压没有极性之分，

输出电压+5V ，并点亮电源指示灯（红色）；

（3）设计一款电压比较器A ，参考电压2.5V ；

（4）设计一款电压跟随器B ，跟随电压比较器A 的电压；

（5）驱动三极管，通过可调电阻，实现对LED （绿色）灯的控制；

（6）完成课程设计报告的撰写。

实验原理：

一、制作稳定电压源

采用二极管、集成运放、电阻、稳压管、电容、二极管、LED 发光二极管等元件器件。输入电压为9V 的直流电源经桥式整流电路和滤波电路形成稳定的直流电源，稳压部分采用串联型稳压电路。比例运算电路的输入电压为稳定电压；同时，为了扩大输出大电流，集成运放输出端加晶体管，并保持射极输出形式，就构成了具有放大环节的串联型稳压电路。整体功能结构如图

1、单相桥式整流电路

为了将电压转换为单一方向的电压，通过整流电路实现。查阅资料可知单相整流电路有单相桥式整流电路（全波整流电路）。桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器次级电压的极性分别导通，将变压器次级电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。单相桥式整流电路，具有输出电压高，变压器利用率高、脉动系数小等优点。所以在电路中采用单相桥式整流电路。

2、滤波电路

整流电路 滤波电路 稳压电路 直流9V 直流5V

电路图为

整流后的输出电压虽然是单一方向的，但是含有较

大的交流成分，会影响电路的正常工作。一般在整流后，还需要利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。所以需通过低通滤波电路，使输出电压平滑。理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使输出电压仅为直流电压。在实际电路中，应选择滤波电容的容量满足RLC=(3~5)T/2的条件，为了获得更好的滤波效果，电容容量应选得更大些。

3、稳压电路

电路采用LM7805为稳压管，使得输出电压为5V的稳定电压；LED灯管是电源指示灯，470欧姆的电容是为了报复LED灯。

电路图为

LM7805实物图为

LM7805参考特性为

综合上述，稳定电源的电路图为

二、设计一个电压比较器、电压跟随器，并且通过可调电阻控制LED灯的点亮和熄灭。

1、电压比较器

电路图为

电压比较器是集成非线性应用电路，它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。下图为一个简单的电压比较器和他的传输特性曲线

电压比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+”端) 及反相输入端(“-”端)，有一个输出端Vout(输出电平信号)。另外有电源V+及地(这是个单电源比较器)，同相端输入电压VA，反相端输入VB。VA和VB的变化如图(b)所示。在时间0～t1时，VA>VB；在t1～t2时，VB>VA；在t2～t3时，VA>VB。在这种情况下，Vout的输出如图(c)所示：VA>VB时，Vout输出高电平(饱和输出)；VB>VA时，Vout输出低电平。

在本实验中，参考电压为2.5V接反相输入端，参考电压通过两个电阻分压获得；通过滑动变阻器调节通向输入端的电压，以此获得不同的输出电压。

2、电压跟随器

电路图为

电压跟随器具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗，是最常用的阻抗变换和匹配电路。电压跟随器常用作电路的输入缓冲级和输出缓冲级。作为整个电路的高阻抗输入级，可以减轻对信号源的影响。作为整个电路的低阻抗输出级，可以提高带负载的能力。电压跟随器一般由晶体管或集成运算放大器构成。本实验所用到的跟随器为集成运算电压跟随器。

集成运放电压跟随器电路如下图所示。它实际上就是Rf=0，R1=∞，反馈系数F=l时的同相输入放大器。由于集成运放本身的高增益特性，用集成运放构成的电压跟随器具有极高的输入阻抗，几乎不从信号源汲取电流，同时具有极低的输出阻抗，向负裁输出电流时几乎不在内部引起电压降，可视为电压源。

电压跟随器

3、控制LED灯的亮灭

电路图为

在直流电源中，通过电压比较器以及电压跟随器来确定三极管2N3904的基极电压、基极电流，从而确定集电极电流。只要集电极不小于5mA，那么LED就可以发光。

仿真实验结果：

心得体会：

通过这次设计实验我体会到以下几点

1 ：对自己的动手能力是个很大的锻炼。

2：通过这次专周实验也培养了我们胆大、心细、谨慎的工作作风。

3：我们懂得了ewb软件的运行与操作。

4：最重要的是懂得了串联稳压电源原理，串联型稳压电路是最常用的电子电路之一，它被广泛地应用在各种电子电路中。

本次的课程设计，培养了我们综合应用课本理论解决实际问题的能力；我觉得课程设计对我们的帮助是很大的，它需要我们将学过的理论知识与实际系统地联系起来，加强我们对学过的知识的实际应用能力！在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，同学们共同协作，解决了许多个人无法解决的问题；在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。

但是由于水平有限，我们的课程设计难免会有一些错误和误差，还望老师批评指正。总之在这次实验中受益匪浅。

遇到问题以及解决方法：

在这次实验过程中，遇到不少问题，但在独立思考和互相交流的情况下，最终都能顺利完成任务。其中，在初次设计电路图时，元件的摆放和布线造成很多困扰，独立思考了一段时间后终于想到一个比较可行的方案，接着和周围的同学互相交流布线方案，通过交流，发现到自己元件选择和布线上存在的不足，接着通过同学正确的指导与校正成功的完成了任务。从老师布置课题到画图完成大约花了两天的的时间，后面的调试占了大部分的时间。在这里选用了multisim进行仿真，虽然multisim不是很难学，但由于自己对multisim还没有熟练的掌握，仿真过程中还是会有一定的误差。

在实际做成的电路板中,由于元件参数不一定是与仿真图上面等值的，测量出来的性能指标参数难免会有一定的误差,对元件封装的不了解，也造成了一定的浪费。第一次做成的板子，由于没有注意到LM358的原理图管脚，花费了大量的时间去查询、去对照实物。焊