实验十直流稳压电源

实验十直流稳压电源一、预习要求：1.复习直流稳压电源中整流、滤波、稳压电路的组成及各部分功能。2.根据电路给定的参数，计算每步骤中输出电压的交、直流分量的理论值，3.写出预习报告，准备好实验数据记录表格。二、实验目的：1.验证单相桥式整流、电容滤波电路的输出直流电压与输入交流电压的关系，并观察它们的波形。2.学习测量直流稳压电源电路的主要技术指标。3.学习集成稳压块LM7805的使用三、实验原理：1.直流稳压电源的组成直流稳压电源是将交流电变成稳定的、大小合适的直流电，一般由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分构成。组成框图和每部分输出波形如图10.1所示。图10.1串联型直流稳压电源组成框图2.桥式整流电路利用二极管的单向导电性，可设计半波、全波、桥式等整流电路，将交流电压变为脉动的直流电压，典型的桥式整流电路如图10.2所示。图10.2单相桥式整流电路其输出电压的平均值𝑈𝑜=12𝜋∫√2𝑈𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡𝑑(𝜔𝑡)=2√2𝜋𝑈=0.9𝑈2𝜋0；将𝑈𝑜进行傅立叶级数展开，得到其基波电压最大值为𝑈𝑜1𝑚=4√23𝜋𝑈根据脉动系数的定义：输出电压的基波最大值𝑈𝑜1𝑚与输出直流电压值𝑈𝑜之比，所以桥式整流电路的脉动系数为：S=𝑈𝑜1𝑚𝑈𝑜=4√2𝑈/3𝜋2√2𝑈/𝜋=23=0.673.滤波电路利用电抗元件的储能作用，将脉动的直流电压变为平滑的直流电压，如电容滤波电路、LC滤波电路等，输出波形如图10.3所示。放电时间常数τ=𝑅𝐿𝐶越大，电容充放电越慢，负载上的平均电压越高，负载电压中的波纹成分越少。因此为保证效果，滤波电容容量较大，一般采用电解电容器，且要求:τ=𝑅𝐿𝐶≫(3~5)𝑇2。图10.3滤波电路输出波形图电容滤波电路中，输出电压平均值随电流的变化而变化，当整流电路的内阻较小，且电容放电时间满足上式时，电容滤波电路的输出直流电压可按照下式进行估算：𝑈𝑜≈1.2𝑈脉动系数为：S=𝑈𝑜1𝑚𝑈𝑜≈14𝑅𝐶𝑇−14.集成稳压电路集成负反馈串联稳压电路，稳压基本要求VUUOin2。主要分为三个系列：固定正电压输出的78系列、固定负电压输出的79系列、可调三端稳压器X17系列。78系列中输出电压有5伏、6伏、9伏等等，由输出最大电流分类有1.5A型号的78XX（XX为其输出电压）、0.5A型号的78MXX、0.1A型号的78LXX三档。79系列中输出电压有-5伏、-6伏、-9伏等等，同样由输出最大电流分为三档，标识方法一样。可调式三端稳压器由工作环境温度要求不同分为三种型号，能工作在-55到150摄氏度的为117，能工作在-25到150摄氏度的为217，能工作在0到150摄氏度的为317，同样根据输出最大电流不同分为X17、X17M、X17L三档。其输入输出电压差要求在3伏以上。本次实验中使用的是LM7805，可稳定输出+5V的直流电压。典型的集成稳压标准电路如图10.4所示，其中二极管D是于保护，防止输入端突然短路时电流倒灌损坏稳压块。两个电容用于抑制纹波与高频噪声。图10.47805集成稳压电路四、实验仪器及设备1.实验箱及相关电路板2.双踪示波器3.数字万用表五、注意事项：1.本实验是将220V交流电转化成5V直流电的输出，实验时注意安全。2.实验前注意检查实验箱上变压器部分的保险管，如有损坏及时更换。3.实验过程中观察波形时，注意按实验步骤进行，同时要区分示波器接头的“地线”连接位置。六、实验内容及步骤1.交流变压器输出按图10.5所示，连接实验箱上变压器14V输出部分。测量变压器输出电压𝑈1的波形，以及对应的交流分量、直流分量，填入表10-1中，并计算脉动系数δ=𝑈交𝑈直。7805D1D4D3D2U2U3U4+470uf2K0.33uf1uf+AC220VAC14VU1桥式整流RC滤波集成稳压U1参考端U2、U3、U4参考端变压器输出图10.5整流、滤波及稳压电路注：变压器输出波形应为频率为50Hz的正弦波形，其直流分量在用万用表直流电压档测量时，在0附近不停跳动，记为0即可。测量时注意参考端。2.桥式整流电路输出利用4个二极管组成桥式整流电路，按照图10.5继续连接桥式整流部分，为减小电流，接入阻值为2K的电阻，观察并记录桥式整流部分输出电压𝑈2的波形，以及对应的交流分量、直流分量，填入表10-1中，并计算脉动系数δ=𝑈交𝑈直。注：经过桥式整流之后，已经有部分交流分量转化为直流分量，注意此时𝑈2的参考端。3.RC整流滤波电路输出利用电阻与电容并联组成RC滤波电路，按照图10.5继续连接RC滤波部分，由于上步骤中2K的电阻已经接入，此步骤中只需并联电容即可，连线时注意电解电容的正负极。电容分别取10uf和470uf。观察并记录在不同电容值的情况下，RC滤波电路输出电压𝑈3的波形，以及对应的交流分量、直流分量，填入表10-1中，并计算脉动系数δ=𝑈交𝑈直。注：当示波器耦合方式选择为直流时，由于𝑈3直流分量较大，波形超过示波器显示范围，观察不到。为直观显示电压的滤波效果，将示波器耦合方式选择为交流，此时𝑈3的波形仅显示电压交流脉动的部分，直流分量被滤掉。RC滤波效果取决于时间常数τ=RC的大小，电阻一定的情况下，电容越大，滤波效果越好。4.集成稳压电路的输出利用集成稳压电路LM7805，按照图10.5继续连接稳压电路部分，测量稳压电路的输出𝑈4对应的交流分量、直流分量，填入表10-1中，并计算脉动系数δ=𝑈交𝑈直。注：经过集成稳压之后的输出为直流电压，其波形无需记录，其直流分量应在5V左右，交流分量在用万用表交流电压档测量时，在0附近不停跳动，记为0即可。测量时注意参考端。表10-1𝑈交𝑈直δ=𝑈交𝑈直𝑈1𝑈2𝑈3𝑈4七、思考题：1.电压脉动系数反映了电源的什么性能指标？2.LM7805上并联的二极管起到什么作用？3.LM7805输入端、输出端并联的电容分别起什么作用？八、实验报告要求：1.画出实验电路图、整理实验数据、打印出保存的波形图。2.根据实验步骤计算每步骤中输出电压交、直流分量的理论值，并与测量值进行比较，分析误差可能出现的原因。3.回答思考题。4.实验心得体会。