模电实验6(直流稳压电源设计)

实验五实验五 直流稳压电源设计直流稳压电源设计 二、实二、实 验验 原原 理理三、设三、设 计计 任任 务务四、设四、设 计计 要要 求求一、实一、实 验验 目目 的的 1 1 研究单相桥式整流、电容滤波电路的研究单相桥式整流、电容滤波电路的特性。特性。2 2 掌握串联型晶体管稳压电源主要技术掌握串联型晶体管稳压电源主要技术指标的测试方法。指标的测试方法。3 3 研究三端集成稳压器的特点和性能指研究三端集成稳压器的特点和性能指标的测试方法。标的测试方法。4 4 了解集成稳压器扩展性能的方法。了解集成稳压器扩展性能的方法。一一、实验目的、实验目的 1.1.串联型晶体管稳压电源串联型晶体管稳压电源 直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图压电路四部分组成，其原理框图如图9.1 9.1 所示。所示。二、实验原理二、实验原理1、电源变压器、电源变压器:将交流电网电压将交流电网电压u1变为合适的变为合适的 交流电压交流电压u2。2、整流电路、整流电路:将交流电压将交流电压u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u3。3、滤波电路、滤波电路:将脉动直流电压将脉动直流电压u3转变为平滑的转变为平滑的 直流电压直流电压u4。4、稳压电路、稳压电路:消除电网波动及负载变化的影响消除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压保持输出电压uo的稳定。的稳定。2、直流稳压电源的组成和功能、直流稳压电源的组成和功能图图9.2 9.2 串联型稳压电源实验电路串联型稳压电源实验电路TDZR+-VI+-VO-+R1RwR“wR2AT:电源调整管电源调整管R、DZ：稳压电路，提供基：稳压电路，提供基 准电压准电压A：比较放大：比较放大R1,R2,RW：取样环节：取样环节输出电压：输出电压：ZWWOVRRRRRV221 +=ZWWOVRRRRRV221min+=ZWOVRRRRV221max+=3、串联反馈式稳压电路工作原理、串联反馈式稳压电路工作原理当输入电压当输入电压VI增加（或增加（或IO减小）时，导致输出减小）时，导致输出电压电压VO增加，反馈电压增加，反馈电压VF随之增加，随之增加，VF与与VREF相比较，其差值电压经相比较，其差值电压经比较放大后使比较放大后使VB和和IB、IC减小，调整管减小，调整管T的的c-e间电压间电压vCE增大，使增大，使VO下降，从而维持下降，从而维持VO基本基本稳定。稳定。TDZR+-Vi+-VO-+R1RwR“wR2RLIOVREFVFA 随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件。由于集成稳压器具有体积小，外了集成器件。由于集成稳压器具有体积小，外接线路简单、使用方便、工作可靠和通用性等接线路简单、使用方便、工作可靠和通用性等优点，因此在各种电子设备中应用十分普遍，优点，因此在各种电子设备中应用十分普遍，基本上取代了由分立元件构成的稳压电路。集基本上取代了由分立元件构成的稳压电路。集成稳压器的种类很多，应根据设备对直流电源成稳压器的种类很多，应根据设备对直流电源的要求来进行选择。对于大多数电子仪器、设的要求来进行选择。对于大多数电子仪器、设备和电子电路来说，通常是选用串联线性集成备和电子电路来说，通常是选用串联线性集成稳压器。而在这种类型的器件中，又以稳压器。而在这种类型的器件中，又以三端式三端式稳压器稳压器应用最为广泛。应用最为广泛。4.集成稳压器集成稳压器 78XX 78XX、79XX 79XX 系列三端式集成稳压系列三端式集成稳压器的输出电压是固定的，在使用中不能器的输出电压是固定的，在使用中不能进行调整。进行调整。78XX 78XX 系列三端式稳压器输出系列三端式稳压器输出正极性电压，一般有正极性电压，一般有5V5V、6V6V、9V9V、12V12V、15V15V、18V 18V、24V 24V 七个档次，输出电流最七个档次，输出电流最大可达（加散热片）。大可达（加散热片）。同类型同类型78M78M系列稳压器的输出电流为，系列稳压器的输出电流为，78L78L系列稳压器的输出电流为。若要求负系列稳压器的输出电流为。若要求负极性输出电压，则可选用极性输出电压，则可选用79XX00 79XX00 系列稳系列稳压器。压器。图图9.3 为为78XX 系列的外形和接线图，有三个引出端：系列的外形和接线图，有三个引出端：输入端输入端-1 公共端公共端-2 输出端输出端-3 除固定输出三端稳压器外，尚有可调式三端稳压器，后除固定输出三端稳压器外，尚有可调式三端稳压器，后者可通过外接元件对输出电压进行调整，以适应不同的需要。者可通过外接元件对输出电压进行调整，以适应不同的需要。本电路所用集成稳压器为三端固定正稳压器本电路所用集成稳压器为三端固定正稳压器7812，它，它的主要参数有：输出直流电压的主要参数有：输出直流电压 U012V，输出电流，输出电流，电压调整率电压调整率 10mV/V，输出电阻，输出电阻 R0，输入电压，输入电压UI的范围的范围1517V。因为一般。因为一般UI要比要比 U0大大35V，才能保证集成稳，才能保证集成稳压器工作在线性区。压器工作在线性区。图图9.3 78XX009.3 78XX00系列外形及接线图系列外形及接线图 图图9.4 9.4 是用三端式稳压器是用三端式稳压器78127812构成的单电源电压输出串联型稳压构成的单电源电压输出串联型稳压电源的实验电路图。其中整流部分采用了由四个二极管组成的桥式电源的实验电路图。其中整流部分采用了由四个二极管组成的桥式整流器成品（又称桥堆），内部接线和外部管脚引线如图所示。滤整流器成品（又称桥堆），内部接线和外部管脚引线如图所示。滤波电容波电容C1C1、C2C2一般选取几百几千微法。当稳压器距离整流滤波电一般选取几百几千微法。当稳压器距离整流滤波电路比较远时，路比较远时，在输入端必须接入电容器在输入端必须接入电容器C3C3（数值为（数值为0.33 0.33 F F），以抵消线路的电感效应，防止产生自激振荡。），以抵消线路的电感效应，防止产生自激振荡。输出端电容输出端电容C4(0.1F)C4(0.1F)用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态响应用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态响应 。图图图图 78XX0078XX00系列外形及接线图系列外形及接线图 由由78127812构成的串联型稳压电源构成的串联型稳压电源 图图9.5(a)为正、负双电压输出电路，例如需要为正、负双电压输出电路，例如需要 U0115V，U0215V，则可选用，则可选用78xx和和79xx三端稳压器，这三端稳压器，这时的时的UI 应为单电压输出时的两倍。应为单电压输出时的两倍。当集成稳压器本身的输出电压或输出电流不能满足要当集成稳压器本身的输出电压或输出电流不能满足要求时，可通过外接电路来进行性能扩展。图求时，可通过外接电路来进行性能扩展。图9.5(b)是一种简是一种简单的输出电压扩展电路。单的输出电压扩展电路。如如7812 稳压器的稳压器的3、2 端间输出电端间输出电压为压为12V，因此只要适当选择，因此只要适当选择R 的值，使稳压管的值，使稳压管DW工作在工作在稳压区，则输出电压稳压区，则输出电压U012Uz，可以高于稳压器本身的，可以高于稳压器本身的输出电压。输出电压。图（a）正、负双电压输出电路 输出电压扩展电路图9.5(b)5.稳压电源的主要性能指标稳压电源的主要性能指标（1）稳压系数稳压系数Sv（电压调整率）（电压调整率）LR=OOIIU/USv常数U/U 稳压系数定义为：当负载保持不变，输出电压相稳压系数定义为：当负载保持不变，输出电压相 对变化量与输入电压相对变化量之比，即对变化量与输入电压相对变化量之比，即 由于工程上常把电网电压波动由于工程上常把电网电压波动1010做为极限做为极限条件，因此也有将此时输出电压的相对变化条件，因此也有将此时输出电压的相对变化U U0 0U U0 0做为衡量指标，称为电压调整率。做为衡量指标，称为电压调整率。常数=IVOOoIVR(2)稳压电路的输出电阻稳压电路的输出电阻输出电阻反映了稳压输出受负载变化的影响。输出电阻反映了稳压输出受负载变化的影响。输出电阻输出电阻 Ro 定义为：当输入电压定义为：当输入电压UI（指稳压电路输入（指稳压电路输入电压）保持不变，由于负载变化而引起的输出电压变电压）保持不变，由于负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流变化量之比，即化量与输出电流变化量之比，即输出电流从输出电流从0变化到最大额定输出值时变化到最大额定输出值时,输出电输出电压的相对变化量被称为电流调整率。压的相对变化量被称为电流调整率。（3）电流调整率）电流调整率SI%100=0=OOIIVVVS（4）纹波电压）纹波电压 纹波电压是指纹波电压是指叠加在直流输出电压叠加在直流输出电压Uo上的交流电压，上的交流电压，通常用有效值或峰峰值表示通常用有效值或峰峰值表示。在电容滤波电路中，在电容滤波电路中，负载电流越大，纹波电压也越负载电流越大，纹波电压也越大。大。纹波电压应在额定输出电流的条件下测出。纹波电压应在额定输出电流的条件下测出。1、基本要求：、基本要求：（1）设计相关元件参数）设计相关元件参数使电路稳定输出使电路稳定输出8v电电压。（压。（UI=12V）（2）直流稳压电源指标）直流稳压电源指标测试测试 三三、实验内容、实验内容按照右图连接串按照右图连接串联型直流稳压电路，联型直流稳压电路，测试并记录电路的测试并记录电路的 S Sv v、S Si i、R Ro o、V Vominomin、V Vomaxomax、纹波电压纹波电压等等指标。指标。2sc8050D13 V U1ALM358M32481C310uF C20.1uF C5100uF R51k R61k R11k R43k 9013RW11K_LINKey=Space 50%72384R35.1 R751 5UiUo001RW250%961K2、发挥部份、发挥部份查阅资料，自行设计该可调稳压电源的保护查阅资料，自行设计该可调稳压电源的保护电路。电路。1 1、过流保护（必做）、过流保护（必做）：当负载电流超过：当负载电流超过200mA200mA时，自动减小输出电流，对调整管和负载时，自动减小输出电流，对调整管和负载实现自动保护。实现自动保护。2 2、输入过压保护（选做）、输入过压保护（选做）：当：当输入输入电压超电压超过过15V15V时，使电路实现自动保护。时，使电路实现自动保护。3 3、过热保护（选做）、过热保护（选做）：当调整管过热时，：当调整管过热时，使其中流过的电流自动减小。使其中流过的电流自动减小。四、实验要求四、实验要求 1.电源变压器只做理论设计；电源变压器只做理论设计；2.合理选择电路形式；合理选择电路形式；3.完成全部电路（含发挥部份）理论设计、完成全部电路（含发挥部份）理论设计、绘制电路图，进行计算机辅助分析与仿真、并绘制电路图，进行计算机辅助分析与仿真、并焊装电路板、安装调试，测试参数；焊装电路板、安装调试，测试参数；4.撰写设计、实验报告、调试总结报告及撰撰写设计、实验报告、调试总结报告及撰写使用说明书。写使用说明书。2sc8050D13 V U1ALM358M32481C310uF C20.1uF C5100uF R51k R61k R11k R43k 9013RW11K_LINKey=Space 50%72384R35.1 R751 5UiUo001RW250%961K