实验十五直流稳压电源的安装与调试

1、实验十五直流稳压电源的安装与调试140一. 实验目的1 .加深理解整流、滤波与稳压电路原理。2 .掌握稳压电源的主要性能指标及其测试方法。3 .学习电路安装与调试方法，学习焊接技术。4 .培养实验方案设计能力。二. 实验预习1.复习整流、滤波、稳压电路的工作原理，熟悉其主要指标的意义及测量方法。2 .根据实验原理和实验任务设计实验方案。实验方案的制定就是根据实验原理和实验任务要求选择仪器设备、测量方法及实验电 路，完成实验的步骤。3 按实验任务要求画好记录波形的坐标以及记录数据的表格。三. 实验原理1整流整流是把交流电变换成直流电的过程，它的基本原理是利用了晶体二极管的单向导电特性。半波整流电

2、路及信号的输入、输出波形如图1所示。220Vtt图1半波整流电路及信号的输入、输出波形整流电路负载上的直流电压就是输出脉动电压的平均值。由傅里叶级数展开式可知，其输出电压可表示为：U。 Uom(1)1 sin2 ft cos(2 f )t cos4(2 f )t2315式中Uom/为直流分量，Uom/2为基波交流分量，其它为谐波分量。忽略二极管内阻时, 输出直流电压为：Uo 如虹邈b 0.45Ui(2)式中Um为变压器次级交流变压器的峰值,Ui为其有效值。图2桥式整流电路及信号的输入、输出波形 桥式整流电路及信号的输入、输出波形如图2所示。同理，其输出电压可表示为:U O U om右COS2(

3、2 f)t4育cos4(2 f)t输出直流电压为:Uo2U im2庞Ui0.95比较公式（2）与（4）为了衡量整流电源这一特性的好坏，常用纹波因数可知：桥式整流电路的输出直流电压比半波整流的高一倍。来表示。即：交流电压分量的总有效值直流电压分量(5)越小，输出脉动越小，表示整流电源的性能越好。2 .滤波虽然整流电路的输出电压包含一定的直流成分，但脉动较大, 滑的直流电压。常用滤波器有 C型、 型、 型。本实验只研究 式整流C型滤波电路及其输出电压的波形。须经过滤波才能得到较平C型与（RC） 型滤波器。图3为桥-220VUoUomUo图3桥式整流C型滤波电路及其输出电压的波形图4为桥式整流（RC

4、）型滤波电路及其输出电压的波形。（图中：C = C1 =1000 F,C2 = 100 F, RL=1k, R = 100)Uc220VTUiRUo UoI0tU om图4桥式整流（RC） 型滤波电路及其输出电压的波形由图中可知，经过电容的滤波作用后，其输出电压变得比较平滑，脉动大大减小，而且 直流成分增加，对 C型滤波，负载Rl、C的数值越大，纹波 越小，输出直流电压越接近于 变压器次级交流电压的峰值 Uim，其输出直流电压的范围为：Uo =（ 0.9 1.4）Ui（ 6）对于 型滤波，输出脉动更小，但输出直流电压略有降低。上述整流滤波电路实际上就是一个整流电源。其优点是电路简单， 主要缺点

5、是输出的直流电压不够稳定，内阻和纹波较大，只能用在要求不高的场合。3 .稳压Uo为了得到高稳定度的电源，必须在整 流电源的输出端加稳压电路，组成直流稳压电源。直流稳压电源的方框图如图5所图5直流稳压电源方框图印制电路板图和工作原理如下：示。它主要由整流电路、滤波电路、稳压 电路等组成。实验中直流稳压电源的电路图、（1）电路图如图6 所示:-220VDiD4FUSE D2C1C2LM317SiD5UoC3图6LM317组成的直流稳压电源电路图图中：D1D6 采用 IN4001，C1=1000 F，C2=0.33 F，C3=10 F，C4=47 F， R1=240 ，Rw=2.2k(2)印制电路板

6、图与 LM317的引脚图如图7所示:D2对Ci_LO <LM317保险丝! 2 *41 $ d5 Q R1 卄！f !-zLJLM31|D6(a)印制电路板图1 2 3(b)引脚图(3)220V交流电压经变压器降压后，其次级电压变为12V。二极管DiD4,电容Ci实现桥式整流电容滤波。LM317为三端可调式正电压输出集成稳压器，其输出端2与调整端1之间为固定不可变的基准电压1.25V (在LM317内部)。输出电压 Uo由电阻R1和Rw的数值决定，Uo= 1.25(1+Rw/R1),改变Rw的数值，可以调节输出电压的大小。C2用来抑制高频干扰，C3用来提高稳压器纹波抑制比，减小输出电压中

7、的纹波电压。C4用来克服反馈工作下可能产生的自激振荡，还可进一步减小输出电压中的纹波分量。输入端短路时，电容 C4放电而损坏稳压器。D5的作用是防止输出端短路时， 压器。在正常工作时，保护二极管D5、D6都处于截止状态。4 .直流稳压电源的主要技术指标稳压电源的输出电压 Uo (或电压可调范围 UOmin U Omax)和最大输出电流 lOmax是它的 特性指标，这两个指标决定了该电源的适用范围，同时也决定了稳压器的特性指标以及如何选择变压器、整流管和滤波电容。而输出电阻、纹波电压、温度系数是稳压电源的质量指标， 它们决定了稳压器的稳压系数、输出阻抗、温度系数和滤波电容的选择。下面简要介绍这些

8、 指标的含义。(1) 最大输出电流指稳压电源正常工作的情况下能输出的最大电流，用流 Io<I Omax o(2) 输出电压指稳压电源的输出电压，用Uo表示。(3) 输出电阻稳压电源的输出电阻 Ro用来表明负载电流Io变化时，引起输出电压 Uo变化的程度。 当输入电压不变时，由于负载电流变化Io,而引起输出电压变化Uo,则：工作原理LM317在深度负D6的作用是防止C3放电损坏稳I Omax表示。一般情况下的工作电RoU。1 OUi 0显然，Ro越小负载变化时对输出电压的影响就越小。说明该稳压电源的性能越好。(4)电压调整率KV它表示负载电流和环境温度T保持不变，输入电压 的相对变化值。U

9、i ( 220V)变化10%时，输出电压KvUou7(9)1° 0 T 0(5)稳压系数SS是指负载电流和环境温度 变化，即：T保持不变时，输入电压Ui的相对变化引起输出电压的相对(10)IL 0 T 0显然，电压调整率越小表示该电源的性能越稳定，其值应是越小越好。5.直流稳压电源主要技术指标的测试方法(1) 输出电压可调范围的测量按图8所示接线。输入端接 220V交流电压，输出端接万用表或数字万用表，调节图其值为最大和最小，测出对应的输出电压 则该稳压电源输出电压的可调范围为(2) 最大输出电流的测量按图8接线。稳压电源的输入端接 交流电压，将稳压电源的输出电压调到 然后在稳压电源

10、的输出端接滑线变阻器6电路中Rw的大小，使Uomin 和 UOma:Uomin U Omax oIX O220V 的10V，Rwl，220V图8 Uo可调范围的测量图Io+©=1+uUii直流稳压电源如图9所示。Rwl的值应调到1k Q以上。用万 用表或数字万用表测出对应的Uoo然后逐渐减小RwL的值，直到Uo的值下降5%,此时流经 负载RwL的电流就是lOmax。记下lOmax后应迅速增大 RWL的值，以减小稳压电源的功耗。(3) 纹波因数的测量用晶体管毫伏表测量电源输出端的交流电压分量的有效值，用万用表(或数字万用表) 的直流档测量电源输出端的直流电压分量，按式(输出电阻RO的测

11、量 10接线。在不接负载电阻Rl时测得UO1，这时Io1= 0，接上负载电阻 RlUO2 和 |O2,贝 U图9最大输出电流的测量框图5)就可算出电源的纹波因数。(4)按图开路电压时，测得IoRoU O1 U O2I O1 I O2U O1 U O2I O2(11)电压调整率220V电源直流稳压图10输出电阻测量框图+Uo电源不接负载，输入交流电压220V，将电源的输出电压调至一定值Uoi,然后再把输入的交流电压调为240V或180V时，测出电源的输出电压 Uo2，贝yKvU O2 U O1Uo1(12)（6）稳压系数S可由电压调整率计算而得。四. 实验仪器名称型号或规格数量示波器日立V 25

12、21函数信号发生器GFG 8016G1晶体管毫伏表DA 16D2万用表YX 960TR或其它型号1面包板1电阻、电容若干五. 实验内容（实验方案自拟）本实验内容分两次时间完成，其中整流与滤波部分在面包板上进行，稳压部分则在安装 好的电路板上进行。1.比较半波整流与桥式整流的特点1）比较和记录两者的输出直流电压，并与理论值相比较。2）比较和记录两者的输出电压波形。3）测量两者的纹波因数。2 比较C型与型滤波器的特点1）比较和记录两种滤波电路的输出直流电压并与理论值相比较。2）比较和记录两者的输出电压波形。3）测量两者的纹波因数 值。3 根据LM317组成的直流稳压电源电路图6和印制电路板图7焊接、安装、调试直流 稳压电源，使其满足输出端电压可调的要求。4.1)2)3)4)