直流稳压电源实验报告

——直流稳压电源

班级：13专电子2班学号：2013253827姓名：冯杰

指导老师：戴仁村

一、课程内容的概述

二、电路的设计框图及概述

①电网供电电压交流220V（有效值）50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。

②降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。

③脉动大的直流电压须经过滤波、稳压电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成分滤掉，保留其直流成分。

④滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。2、直流稳压电源原理

直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图3.1。

各种电子电路和电子设备都需要稳定的直流电源，但电网提供的是50HZ的正弦交流电，这就需要将电网的交流电转换稳定的直流电，直流稳压电路就是实现这种转换的电子电路。

当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路--电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。袖珍计算器则是简单多的电池电源电路。不过你可不要小看了这个电池电源电路，比较新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。可以说电源电路是一切电子设备的基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备。

　　由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。

　　直流稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，反映直流稳压电源的固有特性，如输入电压、输出电压、输出电流、输出电压调节范围；另一类是质量指标，反映直流稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。

1、直流稳压电源设计思路

图3.1 直流稳压电源方框图

其中：

①电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变化由变压器的副边电压确定。

②整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。③常用的整流电路有：1、半波整流电路

　　半波整流就是利用二极管的单向导电性能，使经变压器出来的电压V只有半个周期可以到达负载，造成负载电压V是单方向的脉动直流电压。2、全波整流整流电路

　　利用副边有中心抽头的变压器和两个二极管构成如下图所示的全波整流电路。从图中可见，正负半周都有电流流过负载，提高了整流效率。全波整流的特点：

　　输出电压V高；脉动小；正负半周都有电流供给负载，因而变压器得到充分利用，效率较高。

④稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。

三、电路原理图及各单元电路详细分析

1、 电源变压器

电源变压器是将交流电网220V的电压变成所需要的电压值，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。

2、整流电路

整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图3.4所示。在U2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；U2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。

在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半。电路中的每只二极管承受的最大反向电压约为反向击穿电压的一半或三分之二（U2是变压器副边电压有效值）。3、滤波电路

滤波电路选用一个2200μF的大容量电解电容C1和一个0.1μF的小电容量涤纶CL11型电容C2并联滤波，如图3.6所示。理论上，在同一频率下容量大的电容其容抗小，这样一大一小电容相并联后其容量小的电容C2不起作用。但是，由于大容量的电容器存在感抗特性，等效为一个电容与一个电感串联。在高频情况下的阻抗反而大于低频时的阻抗，小电容的容量小，在制造时可以克服电感性，几乎不存在电感。在大电容C1上并联一个小电容C2可以补偿其在高频下的不足。当电路的工作频率比较低时，小电容不工作（容抗大相当于开路）。大电容的容量越大滤波效果越好。当电路的工作频率比较高时（输入信号的高频干扰成分），大电容由于感抗大而处于开路状态。这时高频干扰成分通过小电容流到底线，滤除各种高频干扰成分。电路的输出波形如3.7图所示

4稳压电路

1、稳压电路选用三端集成直流稳压器，其电路连接方式一般如图3.8所示。

0.1Ω；纹波抑制比SR一般为50dB；温度系数ST一般为每度ImV~2.4mV。图2.7

中，引脚1为电压变换的输入端，引脚2为电压变换后的输出端，引脚3为接地端。电容Ci作用是改善纹波和抑制输入的过电压，一般取值为0.1μF。C0作用是改善负载的顺态影响，一般可选取0.1μF的电容，当采用大电容量的电解电容时效果更好。稳压电源的输入输出端要跨接一个二极管，以防止集成稳压器输出调整管损坏。2、稳压电路的设计

本设计是把几个供电模块集成到一个供电电源上，能够同时提供固定输出+5V（最大输出电流0.3A）和固定输出12V（最大输出电流0.1A）的直流电数出。

图3.8 三端集成直流稳压器

性能上，常用的集成稳压器由三端固定式、三端可调式和开关式。以三端固定式为例，其正输出为7800（后两位代表输出的额定稳压值，00是统称）系列，负输出为7900系列，常见的有05、06、08、09、12、15、18、24八种。一般要求最小的输入、输出电压差（U1—U0）为2V~3V；输出稳压的容差约为5%；最大输出电流10max有0.1A（LM7812），0.3A（如78M12）和1.5A（如7812）等多种，部分器件的最大输出电流可达2.2A；其最大电压UImax一般是7818档以下为35V，7824档为40V；电压调整率SU一般为0.01%/V；输出电阻R０小于

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图3.9 稳压电路

5、元器件选择和电路参数计算说明 变压器的选择

（1）确定副边电压U2：

根据性能指标要求：U0max=3V U0max=12V

又Ui—U0max（Ui—U0）min Ui—U0in（Ui—U0）max其中：（Ui—U0）min=3V，（Ui—U0）max=40V∴16VUi43 V

此范围中可任选：Ui=14V=U01根据U01=（1.1~1.2）U2可得变压的副边电压：（2）确定变压器副边电流I2 ∵I01=I0

又副边电流I2=（1.5~2）I01 取I2=I0max=200mA 则I2=1.5*0.2A=0.3A

输出+5V：核心器件选用LM7805三端集成稳压器，其输出电压为+5V，额定电流0.1A。当变压器变压后输出6.3V交流电，经整流桥，整流后输出约6V电压，滤波后有LM7805三端集成稳压电源处理，输出+5V电压，电流最大输出为0.3A。

输出12V：核心器件选用稳压器LM7812和LM7912，组合应用这两个稳压器件与一个硅整流桥相接，按图2.8号电路就能输出12V的电压。组合用LM7812和LM7912时，公共输出接地端用的是变压器输出端口的12V并分别接入LM7812的接地引脚（GND）和LM7912的电压输入引脚（Vin）；硅整流桥的正、负输出端口则分别接入LM7812的电压输入端（Vin）和LM7912的接地端；滤波电容用了两个100μF首尾相接，连接处接公共输出接地端。

五、电路改进措施

可以通过以下的方法去改进此电路；①减小接触点的微小电阻；

②根据电流表的内阻对测量结果可以进行修正；

（3）选择变压器的功率

变压器的输出功率：P0>I2*U2=4.8W2、选择整流电路中的二极管

∵变压器的副边电压U2=16V

∴桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：16桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：0.3查手册选整流二极管IN4001，其参数为：

反向击穿电压UBR=50V>16V,最大整流电流IF=IA>0.3A3、滤波电路中滤波电容的选择

滤波电容的大小可用式C=△Ui/(△t*I) 求得。（1）求△Ui：

根据稳压电路的稳压系数的定义：

设计要求△U05mV，Sr0.005，U0= -12V ~ +12V，Ui=16V代入上式，则可求得△Ui=△U0/（U0*Sr）；（2）滤波电容C，△t=0.01S

设定I0=I0max=1.2A则可求得C。

注意：因为大容量电解电容由一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，所以稳压器的输入、输出端常并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。

③测得纹波时示波器采用手动同步；④采用更高精确度的仪器去检测；

⑤根据设计可添加可调电压：Uo=+3V～+9V所要求的性能指标，选择集成三端稳压器。