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。半波整流电路及信号的输入、输出波形如图1

2、所示。uiDiDUim0t220VuiRLuouU ooU om0t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 OU om1 1 sin 2 ft2 cos(2 f )t2cos 4(2 f )t（ 1）2315132式中 Uom/ 为直流分量， U om/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：U om U im2U i0.45U i（2）U O式中 Uim 为变压器次级交流变压器的峰值，Ui 为其有效值。uii DUim0t220VuiRL uouoUouom0t图

3、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：24f )t4（3）U O U omcos 2(2cos 4(2 f )t315输出直流电压为：2U om2U im 22U i0.9U i（ 4）U O比较公式（ 2）与（ 4）可知：桥式整流电路的输出直流电压比半波整流的高一倍。为了衡量整流电源这一特性的好坏，常用纹波因数来表示。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，须经过滤波才能得到较平滑的直流电压。常用滤波器有 C 型、

4、 型、 型。本实验只研究C 型与（ RC）型滤波器。图3 为桥式整流 C 型滤波电路及其输出电压的波形。uoUom 220VuiCRLuoU o0t图 3桥式整流C 型滤波电路及其输出电压的波形133图 4 为桥式整流（ RC） 型滤波电路及其输出电压的波形。（图中： C = C1 =1000F，C =100F， R=1k，R = 100）2LucR220Vui0tcC1 C2RLuouoU omuUo0t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，

5、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：U O =（ 0.9 1.4）U i（ 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稳压为了得到高稳定度的电源，必须在整整流滤波稳压流电源的输出端加稳压电路， 组成直流稳220VuiU o压电源。直流稳压电源的方框图如图5 所电路电路电路示。它主要由整流电路、滤波电路、稳压电路等组成。图 5直流稳压电源方框图实验中直流稳压电源的电路图、印制电路板图和工作原理如下：

6、（ 1）电路图如图 6 所示 :D 63LM3172D1D 41C1R1D5FUSE D 2D 3C2C4U o 220VC3Rw图 6LM317 组成的直流稳压电源电路图图中： D 1D 6 采用 IN4001 ， C1=1000F ，C 2=0.33F，C3=10F， C 4=47F， R1=240， RW =2.2k134（ 2）印制电路板图与LM317 的引脚图如图7 所示：D2D 3C1C2C3RWLM3171保险丝2D 5R13D 1D 4LM317D 6C4123（ a）印制电路板图（ b）引脚图图 7（ 3）工作原理220V 交流电压经变压器降压后，其次级电压变为12V 。二极

7、管 D 1D4，电容 C1 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 U O 由电阻 R1 和 RW 的数值决定，UO 1.25(1+R W/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，减小输出电压中的纹波电压。C4 用来克服 LM317 在深度负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。D6的作用是防止输入端短路时，电容C4 放电而损坏稳压器。D 5 的作用是防止输出端短路

8、时，C3 放电损坏稳压器。在正常工作时，保护二极管D5、D 6 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I Omax 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I Omax 表示。一般情况下的工作电流 IO <IOma

9、x 。（ 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U O，则：U O（ 8）ROI Ou i0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 K V135它表示负载电流和环境温度保持不变，输入电压UI（ 220V ）变化10%时，输出电压的相对变化值。U O（ 9）K VU OI 00T 0（ 5）稳压系数SS 是指负载电流和环境温度T 保持不变时，输入电压Ui 的相对变化引起输

10、出电压的相对变化，即：U OSU OU i（ 10）U iI L 0T0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直流按图 8 所示接线。输入端接220V 交流电压，输出端220Vui稳压Uo接万用表或数字万用表，调节图6 电路中 RW 的大小，使电源其值为最大和最小，测出对应的输出电压UOmin 和 UOmax。则该稳压电源输出电压的可调范围为UOmin U Omax 。图 8 U o 可调范围的测量图（ 2）最大输出电流的测量Io按图 8 接线。稳压电源的输入端接220V 的直流A交流电压，将稳压电源的输

11、出电压调到10V ，220Vui稳压RWU o然后在稳压电源的输出端接滑线变阻器RWL ，电源如图 9 所示。 RWL 的值应调到 1k以上。用万用表或数字万用表测出对应的U O。然后逐渐减图 9最大输出电流的测量框图小 RWL 的值，直到 UO 的值下降5%，此时流经负载 RWL 的电流就是 I Omax 。记下 I Omax 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（5）就可算出电源的纹波因数。（ 4）输出电阻 RO 的测量Io按图 10 接

12、线。在不接负载电阻RL 时测得直流A开路电压 UO1，这时 IO1 0，接上负载电阻 RL220Vui稳压RLU o时，测得 UO2 和 IO2，则电源U O 1U O 2UO1 UO2（ 11）图 10输出电阻测量框图ROI O2I O 2I O 1（ 5）电压调整率136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U O1，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，则UO2UO1（ 12）K VU O1（ 6）稳压系数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 2521函数信号发生器GFG 8016G

13、1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和印制电路板图焊接、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直流稳压电