直流稳压电源实验报告材料模拟电子技术

1、国家电工电子实验教学中心模拟电子技术实验报告实验题目：集成直流稳压电源的设计学 院：电子信息工程学院专 业：通信工程学生姓名：王斯宇学 号：11211116任课教师：佟毅老师2013 年 6 月 2 日目录1、实验题目及要求 11.1实验题目 11.2设计要求 12 实验目的与知识背景 12.1实验目的 12.2 知识点 13 实验过程 63.1选取的实验电路及输入输出波形 63.2 每个电路的讨论和方案比较 83.3 分析研究实验数据 114 总结与体会 124.1 通过本次实验能力得到提高，解决问题印象深刻，创新点124.2 对本课程的意见与建议 135 参考文献 131、实验题目及要求1

2、.1实验题目：集成稳压电源的设计1.2设计要求(1) 设计一个双路直流稳压电源。(2) 输出电压 Vo=± 12V，+5V最大输出电流lomax=1A(3) 输出纹波电压 Vop-pw5mV,稳压系数 Svw5X 10-3。2实验目的与知识背景2.1实验目的(1) 掌握集成稳压电源的实验方法。(2) 掌握用变压器、整流二极管、滤波电容和集成稳压器来设计直流稳压电源。(3) 掌握直流稳压电源的主要性能参数及测试方法。(4) 进一步培养工艺素质和提高基本技能。2.2 知识点(1)实验设计思想本实验基本设计思想是根据设计要求，从后向前依次设计电路。小功率稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳

3、压电路四部分电路组成。变压器将220V电压转换为所需低电压，整流桥可将正负交流电转换为只有正向，而滤波电路通过利用电容充放电 的功能使电压趋向于平滑。最后再由三端稳压器，使输出电压稳定为所需值。设计过程根据要求选择三端稳压器。确定电源变压器副边电压 V2的值根据稳压器的输入电压和桥式整流滤波电路的电压关系，设计、计算出变压器付边的电压值。滤 波电容的选用可根据技术要求和电网变化情况，设计、计算其电容量和耐压值，然后 查有关手册选定电容的标称值和耐压值以及电容型号。桥式整流二极管的型号确定：根据桥式整流和电网变化情况，计算或估算出二极管的最高反向电压VRM和最大工作电流lomax，再查有关手册确

4、定所选用的二极管型号。电源变压器的选择根据付 边电压和输出电流选择变压器。(2) 直流稳压电源的基本原理直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成。基本框图如下。各部分作用:直流稳压电源的原理框图和波形变换(3) 各单元电路原理： 电源变压器T的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压 U。变压器副边与原边的功率比为P2/Pi=n,式中n是变压器的效率。电源变压器的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需的低电压。由于输出有土 12V,因此变压器择双输出，如下图。 整流电路：整流电路将交流电压U变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的波纹成

5、分，输出波纹较小的直流电压U。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、n2n3兀1AAr/ / X/全桥的正向电流有0.5A、1A、1.5A、2A 2.5A、3A、5A、10A、20A等多种规格，耐压值（最高反向电压）25V、50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、800V、1000V等多种规格。长脚对应1。una,uLM uEn,um整流电路参数:输出电压平均值:U 0(AV)-2V2u22 sin td (wt)二:0.9U 2输出电流平均值:平均整流电流:I0(AV)D(AV)U 0(AV)0.9U2RlRlI 0(AV)U 0(AV) Rz2Rl0.45土Rl最大

6、反向电压:Ur" 2U2If 0.451.1U2Rl整流二极管的选择(考虑电网 -10浓动)：Ur 1.1仙2 滤波电路：各滤波电路C满足R-C=(35)T/2 ，式中T为输入交流信号周期，R为整流滤波电路的等效负载电阻。z & C大 /垃小n2口滤波电路参数二极管导通角9 :叫t/2般选择几十至几千微法的电解电容，耐压值应大于1.1 2U2 =1.56U2 。 稳压电路：常用的稳压电路有两种形式：一是稳压管稳压电路，二是串联型稳压电路。二者的工作原理有所不同。稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电

7、阻上的压降来达 到稳定输出电压的目的。它一般适用于负载电流变化较小的场合。串联型稳压电路是 利用电压串联负反馈的原理来调节输出电压的。集成稳压电源事实上是串联稳压电源 的集成化。实验中为简化电路，我们选择集成稳压器（三端稳压器）作为电路的稳压 部分。集成稳压器的 W7800系列输出正电压 5V、6V、9V、12V、15V、18V 24V,输出 电流为 1.5A（ W7800、0.5A （ W78M0）、0.1A（ W78L00 ； W7900系列输出负电压-5V、 -6V、-9V、-12V、-15V、-18V、-24V，输出电流为 1.5A（ W7900、0.5A（ W79M0）、0.1A（

8、W79L00。2）输岀正电压电路（b）输出负电压电路1W78XX323+ _D2*1N4148r rn r ri r r i i b r rU4 - mf - - *LM78?2KC ；1 LdZNE' - VREG r r r r rVO LTAGf -> e &血亦L78、79系列集成稳压器是一种有广泛用途的三端集成稳压器。W78系列三端集成稳压电路具有固定输出正电压，L79系列三端集成稳压电路具有固定输出负电压。这两个系列稳压器都具有较完善的短路和限流保护、过热保护和调整管安全工作区保护 电路，因而他的工作是比较可靠的。字母后面的数字表示输出电压，电压等级：5V、6

9、V、8V、12V、15V、18V、24V。如设计一个输出 -12V，最大电流1A的线性直流稳 压电源，选择 L7812、L7912。实物示意图以及管脚接法3 f辅用2 入1地78123头验过程3.1选取的实验电路及输入输出波形(1)备选方案一:+ l C1ZXZinF =b330nF们C7C8U1LM7812CTU2LM7912CTC9 + C4土侦nF 十220uFC2 +F =C沪220uF(2)备选方案二:22Q22D;15;15匚0.33|1 FC4 + C7 0 1|1F 半22d|iF1> ILMTSOSCTLMgjlZCT1N41U3.2 每个电路的讨论和方案比较一共列出两

10、个备选方案，其整流电路、滤波电路相同，稳压电路二者有所不同。备选方案一设计较为简单， 运用两个三端稳压电路芯片；备选方案二设计较为复杂，运用了三个三端稳压电路并加入了辅助二极管元件，可以保证电路的安全。（1）先计算并确定元件参数： 变压器选择：变压器选择双15V变压，考虑到电流不需要太大，最大电流为2A,实际选择变压器输出功率为 30W可以很好地满足要求。 整流桥：考虑到电路中会出现冲击电流，整流桥的额定电流时工作电流的23倍。选取RS301（ 100V,3A）即可，实际购买过程中选择了2W10也符合设计要求。 滤波电路：考虑到对纹波电压要求比较高，所以选择了2200uF、耐压值为25V的电解

11、电容。 为了防止负载产生冲击电流，故在输出端加入220uF、耐压值为25V的电解电容。 为防止电源输出端短路，需安装保险管；为防止W芯片因过热而烧坏，需加装散热片。（2）在焊电路板之前先对整流电路、滤波电路以及方案一的稳压电路进行仿真。结果如下：整流电路输出*.II T1 品 |Ftw I| 柱"；Z| &4.71M m>t5 «7V1Save Ext. TnggerTsnrsri- =s _广卜 p l 厂=1 a _dkaHHdl IBi TmnrtAf*-5ca>e |& V. Dm疔»t ErfiSos© 卜；rrmD

12、ivSMlej? VD；vX pOSittW 3 VT Ak| a-AlA'BY pCtiUo* |0ACj o IdcPY pcsitr |aAC| 0 for -1 cLevel|o| VTyps Sing. I Nor. | Auto II None滤波电路输出RevtrseTirwChannelCnin«l_E?D 飞；fr-5-14 6S4V14,eS4 VOOWs412A44 V2 625 V-20.T&7 ms2.050 V-2.Q70VSi；®Chammj A gke |T V-DivCr3rrs&l BSola 5 V'Dj

13、vTriggerEdge rr 划 fT B 1白戈|Y pwita(0AC 0 DC-¥ position |0AC | 0 5C - j QiLcvfri o"v単ng.| Nor Auto# NoneExt. TrjgftrScale | i0ms.'D vX pc&itian 矿y7T Add 5/A|A|稳压电路输出T “ 厶亠Time* +D ODO a-12 551 VT;十12-5+3 V-12 551 VT2-T1OOMtO WO VO.OWVExt. TriggerStale |l0 mwDivAScale i( Ep Chan 甞 1

14、B 宫沁 |5 V'DivTr僻Edg®rrAirl-'lX10Y pQilt»O 10YLevel|oVyT: = A i A TAC| 0 (dg"心:E d u3 1:J二上可以看到输入的正弦信号经过整流、滤波、稳压后最终得到我们所需要的直流电压所以选取方案一便可满足设计要求。（3）实验中遇到的问题：但是在真实实验过程中，电解电容发生了击穿现象。（4）现象出现原因分析：其整流电路部分的保护部分欠缺，（5）解决方案：最后选取了备选方案二，使用三个三端整流电流，并在每个电路两端加上一个二 极管进行保护作用。 实验后未再出现击穿烧毁现象。辅助二极管

15、元件起到了作用。3.3 分析研究实验数据（1）测量稳压电源输出的稳压值及稳压范围首先使调压器的输出为 0V,通过示波器或万用表观测稳压电路的输出，然后调节调压器的输出，使输入到变压器的交流电压逐渐增加，当稳压电路输出的直流电 压值不再随着调压器输出电压的增加而改变时，此时电路输出的直流电压值即为稳压电源的稳压值。使稳压器输出在稳压值上的输入电压范围为稳压电路的稳压范围。测得：输出端正电压 Uo1=11.91VUo2=5.05V ;输出端负电压 Uo3=-12.05V实验数据与预期的“输出端正电压Uo1=+12.0V Uo2=+5.0V ;输出端负电压Uo3=-12.0V ”有较小的差值，而 U

16、o1、Uo3均有向下偏移现象。（2）测量稳压电源的纹波电压和纹波因数纹波电压是指在额定负载条件下，稳压电源输出直流电压中所含的交流分量。在交流电压为220V，负载电流最大（额定输出电流）的条件下，用示波器分别测量 稳压电源的输入纹波电压和输出纹波电压。输出纹波电压（正）A Uop-p仁5.0 mV A Uop-p2=0.06mV（负）A Uop-p3=0.78uV波纹电压偏大，而仿真电路中比较正常，其原因可能是焊接技术不够精准，导致误 差。4总结与体会4.1 通过本次实验那些能力得到提高，那些解决的问题印象深刻，有那些创新 点。本学期一开学，模拟电子技术这门课就成为我的心头第一件事。以前经常听

17、学长学姐说：“模电”就是“电魔”，学不好就容易死。刚刚接触这门课的时候，感觉跟上学期学的“电路分析”有相通之处，进一步解释了二极管、三极管的原理，后来又引入了运算放大器等上学期十分神秘的器件，难度也随之增大。从第七周开始就开始了有模拟电子技术实验，怀着忐忑的心理来到实验室，发现示波器的调节是最基本的一项技能，第一次负反馈实验就令我焦头烂额，没出波形令人十分苦恼，在之后的补做实验中才得以出现。之后两次的实验，我都做了十分充分的预习，结果 也是一喜一忧，模拟电子技术实验的可怕之处已经深深烙印到我的心上。经过三次实验之后，就到了设计性试验。一开始得到的消息是做两个设计性实验，一个是本次论文的主角“集

18、成直流稳压电源”，另一个是“语音放大器”。可是后来又将第二个实验改成了“非线性失真的研究”。集成直流稳压电源是我们所做的第一个设计性实验，所以刚开始时都有些无从下手，总觉得有很多问题，比如电路如何设计，需要哪些元件，参数如何选取等等。后来，我们整理了下思绪， 首先非常仔细的研究了下老师给的PPT里的内容，借助老师所给的电路结构，确立了变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路四个部分，然后查阅模电实验的教材，拟定了所需要的元件及元件的的参数。其中不得不要说一句， 网上查找资料确实为我们提供了很多便利，许多参数前人都已有相关总结，再加上电子信息工程学院科学技术协会有模拟电子技术实验所需的元件库。元件库中的元件型号也并不太多，这是我们眼前一亮。大一的时候曾经学习过“电类工程素质训练”，焊接过电路板以及万用表，对焊接的基本知识还是比较了解的。但此次电源设计的焊接并不理想。起初买电路板时听别人说有单联板和三联板， 感觉三联板更高级，但是买的时候买成 了单联板，曾经很是郁闷。但是焊接后期听到许多同学抱怨三联板总是短路，一不细心就出问题，方知