项目二直流稳压电源设计.doc

项目二 直流稳压电源设计知识目标： 了解直流稳压电源的功能和分类； 理解二极管整流电路的组成及其工作原理； 理解滤波电路的组成及工作原理； 掌握并联型直流稳压电路的形式、稳压原理及电路特点； 了解三极管串联稳压电源的电路形式，及稳压原理； 熟悉常见的集成稳压器引脚排列及应用电路；技能目标： 能按电路图安装和制作稳压电源，知道如何调整输出电压； 初步具有查阅集成稳压器手册和选用器件的能力； 了解测量稳压器基本性能的方法 初步具有检查、排除稳压电源故障的能力；工作任务： 并联型直流稳压电路制作与检测 集成稳压电源电路的设计与制作课题项目二直流稳压电源设计任务一并联型直流稳压电路制作与检测任务分解1、全波整流电路2、滤波电路3、并联稳压电路授 课 方 式讲 授操作演示仿真演示研究学习学生操作师生互动能力目标1、能按电路图安装和制作稳压电源，知道如何调整输出电压；2、初步具有检查、排除稳压电源故障的能力。知识目标1、理解二极管整流电路的组成及其工作原理；2、理解滤波电路的组成及工作原理；3、掌握并联型直流稳压电路的形式、稳压原理及电路特点。情感目标1、增强专业意识，培养良好的职业道德和职业习惯；2、激发学生的学习动机；3、提高学生分析问题、解决问题的能力。重 点1、二极管整流电路的组成及其工作原理；2、滤波电路的组成及工作原理。难 点并联型直流稳压电路的形式、稳压原理及电路特点；选 学三极管串联型稳压电路情境设计电子技术项目教学室，两名学生为一组。每组模电试验箱一台。课后阅读预习教材：查阅资料：三极管串联型稳压电路课后作业与 操作 习题8.3教 后 记实训任务1 并联型直流稳压电路制作与检测实训流程：1、二极管整流电路组成及工作原理按图2.1在实验板上接好线路。 图2.1：半波整流 桥式整流 分别接两种电路，用示波器观察V2、VL波形。测量V2、VL值。 半波整流：V2= （V） VL= （V） 桥式整流：V2= （V） VL= （V） 波形： 半波 桥式 2、电容滤波（按图2.2在实验板上接好线路）。图2.2 电容滤波电路（1）分别用不同电容接入电路，RL先不接入，用示波器观察波形，同时填入表2.1中。（2）接入RL=1K/RL=150，用示波器观察波形，用电压表测VL表2.1RL=RL=1KRL=150C=10uC=470uC=10uC=470uC=10uC=470uVL（V）波形3、并联稳压电路稳压电路主要是采用某些措施，使输出的直流电压在电源发生波动或者负载发生变化时保持稳定。稳压二极管反向击穿后的伏安特性是十分陡峭的，也就是说，通过稳压管的电流有很大变化时，其两端电压却变化很小。利用这种特性和负载并联构成稳压电路。按图2.3在实验板上接好线路。图2.3 并联稳压电路（1） 电源电压不变时，负载改变时电路的稳压性能。调节RP，使负载电流IL=1mA、5mA、10mA分别测量下列参数并填表2.2。表2.2IL（mA）RLVL（V）VR（V）计算IR（mA）1510（2）负载不变时，电源电压改变时电路的稳压性能。（按表中要求填表2.3）。表2.3V（V）VL（V）VR（V）IL（mA）计算IR（mA）61012讲授内容：2.1 小功率单相整流滤波电路各种电子系统都需要稳定的直流电源供电，直流电源可以由直流电机和各种电池提供，但比较经济实用的办法是利用具有单向导电性的电子元件将使用广泛的工频正弦交流电转换为直流电，同时直流稳压电源还是是一种当电网的电压波动或者负载改变的时候，能保持输出电压基本不变的电源电路。图2.4所示为把正弦交流电转换为直流电的稳压电源的原理框图：图2.4 直流稳压电源的组成原理框图变压器：将正弦工频交流电源电压变换为符合用电设备所需要的正弦工频交流电压。整流电路：利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替变化的正弦交流电压变换成单方向的脉动直流电压。滤波电路：尽可能地将单向脉动直流电压中的脉动部分(交流分量)减小，使输出电压成为比较平滑的直流电压。稳压电路：采用某些措施，使输出的直流电压在电源发生波动或负载变化时保持稳定。2.1.1整流电路小功率直流电源因功率比较小，通常采用单相交流供电，因此，本节只讨论单相整流电路。利用二极管的单向导电作用，可将交流电变为直流电，常用的二极管整流电路有单相半波整流电路和单相桥式整流电路等。 单相桥式整流电路为了克服单相半波整流的缺点，常采用单相桥式整流电路，它由四个二极管接成电桥形式构成。图2.5所示为桥式整流电路的几种画法。 图2.5 单相桥式整流电路的几种画法当正半周时，二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当负半周时，二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相全波整流电压的平均值为：流过负载电阻RL的电流平均值为：流经每个二极管的电流平均值为负载电流的一半：每个二极管在截止时承受的最高反向电压为u2的最大值：2.1.2滤波电路整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的直流和交流成分(称为纹波电压)。这样的直流电压作为电镀、蓄电池充电的电源还是允许的，但作为大多数电子设备的电源，将会产生不良影响，甚至不能正常工作。在整流电路之后，需要加接滤波电路，尽量减小输出电压中交流分量，使之接近于理想的直流电压。1. 电容滤波电路 电容滤波电路如图2.6.所示。 假定在t = 0时接通电路，u2为正半周，当u2由零上升时，VD1、VD3导通，C被充电，因此uO=uCu2，在u2达到最大值时，uO也达到最大值，见图8.8(b)中a点，然后u2下降，此时uCu2，VD1、VD3截止，电容C向负载电阻RL放电，由于放电时间常数=RLC一般较大，电容电压uC按指数规律缓慢下降。当uO(uC)下降到图8.8(b)中b点后，u2uC，VD2、VD4导通，电容C再次被充电，输出电压增大，以后重复上述充、放电过程 。整流电路接入滤波电容后，不仅使输出电压变得平滑、纹波显著减小，同时输出电压的平均值也增大了。为了获得较平滑的输出电压，一般要求： 输出电压的平均值近似为： 图2.6 桥式整流电容滤波电路由于电容C充电的瞬时电流很大，形成了浪涌电流，容易损坏二极管，故在选择二极管时，必须留有足够电流裕量。 电容滤波电路简单，输出电压平均值UO较高，脉动较小，但是二极管中有较大的冲击电流。因此，电容滤波电路一般适用于输出电压较高、负载电流较小并且变化也较小的场合。2. 电感滤波电路电感滤波适用于负载电流较大的场合。它的缺点是制做复杂、体积大、笨重且存在电磁干扰。电感滤波电路输出电压平均值UO的大小一般按经验公式计算: UO = 0.9U2如果要求输出电流较大，输出电压脉动很小时，可在电感滤波电路之后再加电容C，组成LC滤波电路，如图所示。 为了进一步减小负载电压中的纹波，可采用下图型LC滤波电路。 2.1.3 并联稳压电路1.输入调整系数Siu和电压调整率Su输出电流和环境温度不变时，稳压电路输入电压变化Ui对输出电压的影响2. 输出电阻Ro和电流调整率输入电压和环境温度不变时，稳压电路由于负载变化对输出电压的影响3、稳压二极管稳压原理稳压二极管工作在击穿状态，电流变化范围大而电压几乎不变。通过负反馈用电阻R上的压降来调整输出电压，使其达到稳定作用。输出电压Uo = Uz（稳压管的稳压值）。稳压管稳压限流电阻是不可少的。选择限流电阻主要考虑稳压管工作电流的允许 范围Izmin Iz IzmaxIzmin发生在输入电压最小、限流电阻最大和输出电流最大时课题项目二直流稳压电源设计任务二集成稳压电源电路的设计与制作任务分解1、集成稳压器的性能测试2、直流稳压电源电路制作与调试授 课 方 式讲 授操作演示仿真演示研究学习学生操作师生互动能力目标1、了解测量稳压器基本性能的方法；2、初步具有查阅集成稳压器手册和选用器件的能力。知识目标1、了解三极管串联稳压电源的电路形式，及稳压原理；2、熟悉常见的集成稳压器引脚排列及应用电路。情感目标1、增强专业意识，培养良好的职业道德和职业习惯；2、激发学生的学习动机；3、提高学生分析问题、解决问题的能力。重 点直流稳压电源电路制作与调试难 点直流稳压电源电路制作与调试选 学可调稳压器情境设计电子技术项目教学室，两名学生为一组。每组模电试验箱一台。课后阅读预习教材：查阅资料：集成稳压器手册课后作业与 操作 习题 8.7教 后 记实训任务二 集成稳压电源电路的设计与制作实训流程：1 稳压器的测试（按图2.7在实验板上接好线路。）图2.7 （1）输入端接直流电源，不接负载，测输出电压。按表2.4中要求填写。 表2.4Vin（V）61015Vout（V） （2）负载时调节RP，测量电压值和电流值。按表2.5中要求填写。表2.5RL=51RL=151VinVLILVLIL102 稳压器的应用（按图2.8、2.9在实验板上接好线路。）图2.8图2.9 （）测量上述电路的输出电压及变化范围。按要求在表2.6中填写。表2.6Vin（V）Vo（V）VinVo（调RP）1015 （2）组成可调稳压器（选做）按图2.10在实验板上接好线路。图2.101） 输入端接15V的直流电源，调节RP1，测输出电压和VT值。按表2.7中要求填写。表2.7Vin（V）Vo（V）VT15V 3直流稳压电源电路制作与调试： 想一想：知识介绍：2.2 集成稳压器介绍及其应用2.2.1 串联型稳压电路引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输入电压的变化，将不稳定的直流电压变换成稳定且可调的直流电压的电路称为直流稳压电路。直流稳压电路按调整器件的工作状态可分为线性稳压电路和开关稳压电路两大类。串联型稳压电路 调整管与负载串联并联型稳压电路 调整管与负载并联1电路的组成及各部分的作用（1）取样环节 由R1、RP、R2组成的分压电路构成，它将输出电压Uo分出一部分作为取样电压UF，送到比较放大环节。（2）基准电压 由稳压二极管DZ和电阻R3构成的稳压电路组成，它为电路提供一个稳定的基准电压UZ，作为调整、比较的标准。（3）比较放大环节 由V2和R4构成的直流放大器组成，其作用是将取样电压UF与基准电压UZ之差放大后去控制调整管V1。（4）调整环节 由工作在线性放大区的功率管Vl组成，Vl的基极电流IB1受比较放大电路输出的控制，它的改变又可使集电极电流IC1和集、射电压UCEl改变，从而达到自动调整稳定输出电压的目的。2.稳压的实质：UCE 的自动调节使输出电压恒定。2.2.2 三端集成稳压器三端式稳压器只有三个引出端子，具有应用时外接元件少、使用方便、性能稳定、价格低廉等优点，因而得到广泛应用。三端式稳压器有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器；另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳压器。它们的基本组成及工作原理都相同，均采用串联型稳压电路。 三端稳压器的通用产品有78系列（下电源）和79系列（负电源），输出电压由具体型号中的后面两个数字代表，有5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V等档次。输出电流以78（或79）后面加字母来区分L表示0.1；AM表示0.5A，无字母表示1.5A，如78L05表求5V 0.1A。图示为CW7800和CW7900系列塑料封装和金属封装三端集成稳压器的外形及管脚排列。1.基本应用电路图2.7所示为7800系列集成稳压器的基本应用电路。由于输出电压决定于集成稳压器，所以输出电压为12V，最大输出电流为1.5A。 图2.7 7800系列基本应用电路 2、提高输出电压的电路实际需要的直流稳压电源，如果超过集成稳压器的输出电压数值时，可外接一些元件提高输出电压，下图所示电路能使输出电压高于固定电压，图中的UXX为CW78系列稳压器的固定输出电压数值，显然有：UO=UXX+UZ3、输出正、负电压的电路 图示为采用CW7815和CW7915三端稳压器各一块组成的具有同时输出+15V-15V电压的稳压电路。 4、集成稳压器的选择及使用注意事项在选择集成稳压器时，应兼顾其性能、使用和价格等几个方面的因素。目前市场上的集成稳压器有三端固定输出电压式、三端可调输出电压式、多端可调输出电压式和开关式四种类型。在要求输出电压是固定的标准系列值且技术性能要求不高的情况下，可选择三端固定输出电压式集成稳压器，正输出电压应选择CW7800系列，负输出电压可选择CW7900系列。由于三端固定集成稳压器使用简单，不需要做任何调整且价格较低，所以应用范围比较广泛。在要求稳压精度较高且输出电压能在一定范围内调节时，可选择三端可调输出电压式集成稳压器，这种稳压器也有正和负输出电压及输出电流大小之分，选用时应注意各系列集成稳压器的电参数特性。对于多端可调输出电压式集成稳压器,例如五端型可调集成稳压器，因为它有特殊的限流功能，因而可利用它来组成具有控制功能的稳压源和稳流源，这是一种性能较高而价格又比较便宜的集成稳压器。单片开关式集成稳压器的一个重要优点是具有较高的电源利用率，目前国内生产的CW1524、CW2524、CW3524系列是集成脉宽调制型稳压器，利用它可以组成开关型稳压电源。集成稳压器已在电源得到广泛使用，为了更好地发挥它的优势，使用时应注意以下几个问题：第一：不要接错引脚线。对于多端稳压器,接错引线会造成永欠性损坏，对于三端稳压器，若输入和输出接反，当两端电压超过7伏时，也有可能使稳压器损坏。第二：输入电压U1不能过低或过高，以7805为例，该三端稳压器的固定输出