直流稳压电源设计

实 验 九 直 流 稳 压 电 源 设 计 1 研 究 单 相 桥 式 整 流 、 电 容 滤 波 电 路 的特 性 。2 掌 握 串 联 型 晶 体 管 稳 压 电 源 主 要 技 术指 标 的 测 试 方 法 。3 研 究 三 端 集 成 稳 压 器 的 特 点 和 性 能 指标 的 测 试 方 法 。4 了 解 集 成 稳 压 器 扩 展 性 能 的 方 法 。 一 、 实 验 目 的 1.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 稳压 电 路 四 部 分 组 成 ， 其 原 理 框 图 如 图 9.1 所 示 。 图 9.1 直 流 稳 压 电 源 框 图二 、 实 验 原 理 电 源 变 压 器 : 将 交 流 电 网 电 压 u1变 为 合 适 的 交 流 电 压 u2。整 流 电 路 : 将 交 流 电 压 u2变 为 脉 动 的 直 流 电 压 u3。滤 波 电 路 : 将 脉 动 直 流 电 压 u3转 变 为 平 滑 的 直 流 电 压 u4。稳 压 电 路 : 清 除 电 网 波 动 及 负 载 变 化 的 影 响 , 保 持 输 出 电 压 uo的 稳 定 。直流稳压电源的组成和功能 图 9.2 串 联 型 稳 压 电 源 实 验 电 路TDZR+-VI +-VO-+ R1RwR“wR2AT : 电 源 调 整 管R、 DZ： 稳 压 电 路 ， 提 供 基 准 电 压A： 比 较 放 大R1, R2,RW： 取 样 环 节输 出 电 压 ： ZW WO VRR RRRV 2 21 += ZW WO VRR RRRV 2 21min += ZWO VR RRRV 2 21max += 串 联 反 馈 式 稳 压 电 路 工 作 原 理当 输 入 电 压 VI增 加 （ 或IO减 小 ） 时 ， 导 致 输 出电 压 VO增 加 ， 反 馈 电 压VF随 之 增 加 ， VF与 VREF相 比 较 ， 其 差 值 电 压 经比 较 放 大 后 使 V B和 IB 、 IC减 小 ， 调 整 管 T的 c-e间 电 压 vCE增 大 ， 使 VO下 降 ， 从 而 维 持 VO基 本稳 定 。 比 环 有 差 调 整 系 统TDZR+-Vi +-VO-+ R1RwR“wR2 RLIOVREF VFA 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 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 ， 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 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 稳 压器 。 而 在 这 种 类 型 的 器 件 中 ， 又 以 三 端 式 稳 压 器 应 用最 为 广 泛 。 2. 集 成 稳 压 器 78XX 、 79XX 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 进 行 调 整 。 78XX 系 列 三 端式 稳 压 器 输 出 正 极 性 电 压 ， 一 般 有 5V、 6V、 9V、 12V、15V、 18V 、 24V 七 个 档 次 ， 输 出 电 流 最 大 可 达 1.5A（ 加 散 热 片 ） 。 同 类 型 78M系 列 稳 压 器 的 输 出 电 流 为0.5A， 78L系 列 稳 压 器 的 输 出 电 流 为 0.1A。 若 要 求 负极 性 输 出 电 压 ， 则 可 选 用 79XX00 系 列 稳 压 器 图 9.3 为 78XX 系 列 的 外 形 和 接 线 图 ， 有 三 个 引 出 端 ： 输 入 端 -1 公 共 端 -2 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 7812，它 的 主 要 参 数 有 ： 输 出 直 流 电 压 U0 12V， 输 出 电 流 L:0.1A， M:0.5A， 电 压 调 整 率 10mV/V， 输 出 电 阻 R00.15， 输 入 电 压 UI的 范 围 15 17V 。 因 为 一 般 UI要 比 U0大 3 5V ， 才 能 保 证 集 成 稳 压 器 工 作 在 线 性 区 。图 9.3 78XX00系 列 外 形 及 接 线 图 图 9.4 是 用 三 端 式 稳 压 器 7812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 整 流 器 成 品 （ 又 称 桥 堆 ） ， 内 部 接 线 和 外 部 管 脚 引 线 如 图 9.3所示 。 滤 波 电 容 C1、 C2一 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 ， 在 输 入 端 必 须 接 入 电 容 器 C3（ 数 值 为 0.33 F ） ， 以 抵 消 线 路 的 电 感 效 应 ， 防 止 产 生 自 激 振 荡 。 输 出 端 电 容C4(0.1 F)用 以 滤 除 输 出 端 的 高 频 信 号 ， 改 善 电 路 的 暂 态 响 应 。 图 9.3 图 9.4 78XX00系 列 外 形 及 接 线 图 由 7812构 成 的 串 联 型 稳 压 电 源 图 9.5 (a)为 正 、 负 双 电 压 输 出 电 路 ， 例 如 需 要 U01 15V， U02 15V， 则 可 选 用 78xx和 79xx三 端 稳 压 器 ，这 时 的 UI 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 要求 时 ， 可 通 过 外 接 电 路 来 进 行 性 能 扩 展 。 图 9.5(b)是 一 种 简单 的 输 出 电 压 扩 展 电 路 。 如 7812 稳 压 器 的 3、 2 端 间 输 出 电压 为 12V， 因 此 只 要 适 当 选 择 R 的 值 ， 使 稳 压 管 DW工 作 在稳 压 区 ， 则 输 出 电 压 U0 12 Uz， 可 以 高 于 稳 压 器 本 身 的输 出 电 压 。 图 9.5（ a）正 、 负 双 电 压 输 出 电 路 输 出 电 压 扩 展 电 路图 9.5(b) 3.稳 压 电 源 的 主 要 性 能 指 标 :（ 1） .稳 压 系 数 Sv （ 电 压 调 整 率 ）LR= =O OI I U /USv 常 数 U /U 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 由 于 工 程 上 常 把 电 网 电 压 波 动 10 做 为 极 限 条 件 ， 因此 也 有 将 此 时 输 出 电 压 的 相 对 变 化 U0 U0做 为 衡 量指 标 ， 称 为 电 压 调 整 率 。 常 数= IVOOo IVR (2) 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 R0 定 义 为 ： 当 输 入 电 压 UI（ 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 变化 量 与 输 出 电 流 变 化 量 之 比 ， 即 输 出 电 流 从 0变 化 到 最 大 额 定 输 出 值 时 , 输 出 电 压的 相 对 变 化 量 被 称 为 电 流 调 整 率 。（ 3） 电 流 调 整 率 SI : %100= 0=OOI I VVVS 1. 直 流 稳 压 电 源 测 试 ： 三 实 验 任 务按 照 右 图 连 接 串 联型 直 流 稳 压 电 路 ，测 试 并 记 录 电 路 的 Sv、 Si、 R0、Vomin、 Vomax等指 标 。 （ 注 ： Dz可 以 使 用 两 只1N4148二 极 管 正向 串 联 ， 等 效Vz=1.3V） 四 设 计 要 求 1.电 源 变 压 器 只 做 理 论 设 计 ； 2.合 理 选 择 电 路 形 式 ； 3.完 成 全 电 路 理 论 设 计 、 计 算 机 辅 助 分 析 与 仿 真 、 安 装 调 试 、 绘 制 电 路 图 ， 自 制 印 刷板 ； 4.撰 写 设 计 报 告 、 调 试 总 结 报 告 及 使 用 说 明 书 。