直流稳压电源的设计实验报告

安徽大学电子信息工程学院实验报告1.实验名称：直流稳压电源的设计2.实验目的(1)了解整流、滤波及稳压电源的功能，加深对直流稳压电源原理的理解。(2)掌握直流稳压电源的主要技术指标及测试方法。(3)掌握三端集成稳压电源的基本应用电路。3.实验预习要求(1)了解直流电源的组成部分及工作原理及参数计算(2)预习稳压电源的主要技术指标4.实验原理电子设备一般都需要直流电源供电。这些直流电除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电转换为直流电的直流稳压电源。直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路4部分组成，其原理框图如图所示：直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路4个部分组成，其原理框图如图2-14-1所示。电网供给的交流电压u1(220V，50Hz)经电源变压器得到符合电路需要的交流电压u2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压U1。但这样的直流输出电压还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化，在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出的直流电压更加稳定。稳压电源的主要性能指标及测试方法为：(1)稳压电路技术指标：稳压电路技术指标分为两种：一种特性指标，包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压得稳定程度。包括稳压系数（电压调整率）、输出电阻（电流调整率）及纹波电压等。(2)稳压系数S：负载电流IL和环境温度保持不变时，电源电压Ui的相对变化与由它所引起的Uo的相对变化的比值，即iiooUUUUS式中：Uo是额定输出电压，Ui为输入电压（220V）。当Ui在10%内变化时交流输入ui220V50Hzii电源变压器iiu2u333稳压电路iiU1I33U0直流输出I33ttu20t0u30UI0ttU0整流电路ii滤波电路iiui0图2-14-1直流稳压电源框图ooooiio5)198242(220oUUUUVUUUUS(3)输出电阻（也称内阻）ro：电源电压Ui和环境温度保持不变时，由于负载电流IL变化所引起的Uo变化的比值，即：LooIUr(4)纹波电压oU~：稳压电源输出直流电压Uo上所叠加的交流分量。通常在IL最大时，Uo也是最大。该值可用晶体管毫伏表测量，也可用示波器测得。但由于纹波电压已不是正弦波，毫伏表的读数不能代表纹波的有效值。实际应用中，常用示波器测量纹波的峰峰值UoP-P，以便对不同的稳压电源进行比较。(5)稳压电源的测试方法：在测量稳压电源技术指标时，一定要接入额定负荷测试，否则由于空载和带负载时的输出特性差别很大，会产生误差。测量直流电压的地线不得和交流电压的接地线连接在一起，这一点与Multisim2001仿真工具不同。①整流滤波及串联型稳压电路如图2-14-2。②固定式集成稳压器如图2-14-2。W78xxa)输出正电压稳压电路+C2123UiUo+图2-14-2固定集成稳压器电路W79xx123213C1C2C3C4Ui1Ui2Uo1Uo2c)正负输出电压稳压电路C1W79xxb)输出负电压稳压电路+C21UiUo+C123W78xx＋－－＋－＋＋－－＋＋＋＋C1220FC20.33FR71.5kT13DG12R4610R630T3T2R3510R1510C0.01FRW1kR21kDZ3DG63DG6R52.7k1AIN4007x4uiu1RP200图2-14-2串联型稳压电源实验电路+③可调式三端集成稳压器正压系列：W317系列稳压器能在输出电压为1.25V~37V的范围连续可调，外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内也有过流、过热和安全工作保护。最大输出电流为1.5A。典型电路如图2-14-3所示，其中电阻R1与电位器RP组成电压输出调节器，输出电压Uo的表达式为1Po1251RR.U式中，R1一般取值为（120~240），输出端的调整压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V），所以流经电阻R1的泻放电流为5~10mA。负压系列：W337系列，与W317系列相比，除了输出电压极性、引脚定义不同外，其它特点都相同。④集成稳压器的电流扩展当所需的电流大于集成稳压器的额定输出电流，输出性能指标要求不高时，可采用图2-14-4所示的电流扩展电路（若稳压指标较高时可采用附图12连接方式）。其中VT1是功率管，扩展输出电流由VT1提供。因为二极管的UD≈UBE（三极管），故XoUU，输出电压是稳定的，而输出电流可由下列公式决定：RUIβIXoXo其中，oXI为W78xx的输出电流，为功率三极管的电流放大倍数。由上式可知，只要选取适当的电阻R，就可以获得比集成稳压器额定输出电流oXI大得多的所需输出电流。⑤根据设计内容，自拟实验电路。4.实验内容及步骤(1)参考上述电路图设计直流稳压电源。主要技术指标要求如下：(a)输入交流电压220V，50Hz；(b)输出直流电压3～12V；(c)输出直流电流0～500mA；C21UiC1R+－图2-14-4集成稳压器输出电流的扩展电路W78xx32RLIOUODVT1W337+C21UoUo+C1R1RP23W317+C21Ui+C1R1RP32+－－+－++－a)输出可调正电压集成稳压电路b)输出可调负电压集成稳压电路图2-14-3输出可调集成稳压电路(d)电压调整率小于10mV；(e)内阻小于0.1；(f)纹波电压峰值小于5mV。(2)选择元件。(3)利用Multisim2001进行电路设计并仿真，仿真结果满足要求后，用器件在实验箱上搭接电路，并测试主要性能指标是否满足要求。若不满足要求重新修改并测试。5.实验报告要求(1)简述电路设计过程。画出设计电路。直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路4个部分组成。电网供给的交流电压经电源变压器得到符合电路需要的交流电压，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压。电路图如上图所示，整流为桥式整流电路；滤波用470的电容进行滤波；稳压电路由LM324及有关元件构成。(2)列表记录桥式整流、电容滤波、稳压输出电路各环节的输出电压、纹波电压及波形，整理被测数据，对实验数据进行全面分析。根据实验所测数据，计算稳压电路的稳压系数S和输出电阻Ro，并进行分析。1、桥式整流Vpp=13.2V,f=99.997HZ2、电容滤波VPP=10.8V，f=108.6HZ3、稳压输出VPP=10.1V,f=102.6HZ4、列表如下Vo变化范围V1纹波电压范围Ro3.47~16.237.56~8.630.075Ω5、S=[(8-6.6)/8]*3.47=0.6073(3)画出所观察波形，标明数值。用坐标纸绘出)(LoIfU曲线。UoIL斜率0.0686.实验思考题(1)调整管可能损坏的原因有哪些？1、额定电流小于输出电流，负载开路时调整管因为电流过大而损坏。2、分流不均集中流于某一管。(2)VD2稳压值的大小与输出电压有何关系？稳压二极管VD1串接在78XX稳压器2脚与地之间，可使输出电压得到一定的提高，输出电压为78XX稳压器输出电压与稳压二极管VC1稳压值之和。VD2是输出保护二极管，一旦输出电压低于VD1稳压值时，VD2导通，将输出电流旁路，保护7800稳压器输出级不被损坏。(3)如何判断直流稳压电源的带负载能力？1、加个负载，看电压降，电压降越小，带负载能力越强。2、最大输出电流越大，说明带负载能力越强。如果输出最大电流相同，电压变化小的，带负载能力强。