直流稳压电源报告

《模拟电子技术》课程实验报告集成直流稳压电源的设计完成日期：2012.05.16

一、实验目的1.掌握集成直流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的方法。3.掌握直流稳压电源的主要性能指标及参数的测试方法。4.为下一个综合实验——语音放大电路提供电源。二、设计要求及技术指标1.设计一个双路直流稳压电源。2.输出电压Uo=±12V，最大输出电流Iomax=1A。3.输出纹波电压ΔUop-p≤5mV,稳压系数SU≤5×10-3。4.选作：加输出限流保护电路。三、实验原理分析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。U3U1UoU3U1Uo各部分作用：（1）电源变压器：电源变压器的作用是将220V交流电网电压变换为整流电路所需要的交流电压，需要计算变压器的转换效率η=/。（2）整流电路：整流电路的作用是将交流电压变换成单向脉动的直流电压。有以下几种电路可以起到整流作用：1.半波整流电路在RL两端得到的电压是单方向的，整流输出的波形只有输入波形的一半。常用在高电压、小电流的场合。2.全波整流电路在RL上得到的正、负半周都有整流输出的波形，其整流输出电压平均值为半波整流的两倍，每个二极管承受的最高反向电压是输入电压最大值的22倍。3.桥式整流电路其输出电压波形与全波整流的输出电压波形是相同的。每个二极管承受的最高反向电压是输入电压最大值的倍。在直流稳压电源中常采用桥式整流电路。（3）滤波电路：滤波电路的主要任务是将整流后的单向脉动直流电压中的纹波滤除掉，使其变成平滑的直流电。有以下几种滤波电路：1.电容滤波器优点：电路简单，负载直流电压较高，纹波也较小，适用于小电流。缺点：输出特性较差，适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。2.电感电容滤波电路（LC滤波器）优点：电压经电感滤波后，又经电容滤波，会使负载电阻上得到一个更平滑的直流电压。缺点：适用于电流较大，要求输出电压脉动较小的场合，适合于高频电路。3.RC滤波电路优点：电阻对于交直流电流都具有同样的降压作用，更好的实现了滤波作用。缺点：R越大，C越大，滤波效果越好，但R太大会使直流压降增加，故只使用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。在小功率电路中常采用电容滤波，直接将滤波电容并联在电路负载R两端，就可组成电容滤波电路。由于电容的储能作用，使得输出直流电压波形比较平滑，脉动成分降低，输出直流电压的平均值增大。采用电容滤波电路可以得到脉动性很小的直流电压，但输出电压受负载变动的影响较大，其主要用于要求负载电流较小，负载基本不变的场合。（4）稳压电路：稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化能使输出直流电压不受影响，从而维持稳定的输出。稳压电路的类型很多，通常采用集成稳压器。在小功率稳压电源中，经常使用的是三端集成稳压器。集成稳压器的类型很多，按输出电压类型不同可分为固定式和可调式，按输出电压极性不同可分为正电压输出和负电压两种类型。四、元件选择与参数计算1．整流电路参数输出电压平均值：输出电流平均值：平均整流电流：最大反向电压：整流二极管的选择（考虑电网%波动）：2.计算过程（1）要使W7812正常工作，必须保证输入与输出之间维持大于2V的压降，因此W7812输入端直流电压必须保证在14V以上。W7812输入端的电流是许对变压器副边输出电压U2(t)整流、滤波后得到的。假设整流电路内阻为0，负载电流为0，W7812输入端有最大电压U=1.414Uef，Uef是U2(t)的有效值。由于滤波电容不可能无限大，所以U<1.414Uef,根据经验可知U=1.2Uef，得Uef=14.4V，考虑到整流桥经过两个二极管约有1.4V的压降，得变压器可取15V。（2）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。（3）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2~3倍。选取RS301（100V,3A）即可。（4）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的电解电容。（5）去耦电容：去耦电容的选择是由W7812和W7912芯片要求的，查手册可知分别为0.1uF和0.33uF，用来滤除高频分量，防止产生自激。（6）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。（7）W7912支路的原件参数与W7812支路相同。（8）为防止W7812和W7912因过热而烧坏，需加装散热片。五、整体电路六、参数性能指标及测试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。2．测量稳压电源的稳压系数SU稳压系数定义为：当负载保持不变时，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比。稳压系数反映电网电压波动时对稳压电路的影响，越小越好。调节调压器的输出，使输入到变压器的交流电压分别为220V+10%和220V-10%，测量稳压电源的输出电压，根据公式计算稳压电源的稳压系数SU，3．测量稳压电路的输出电阻Ro输出电阻Ro定义为：当稳压电路输入电压保持不变时，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。输出电阻反映稳压电路受负载变化的影响，越小越好。可用输出换算法测量输出电阻Ro。4．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。纹波因数是负载上交流分量与直流分量之比。七、仿真结果可以看到输入的正弦信号经过整流、滤波、稳压后，误差在允许范围内，基本达到要求，得到所需要的直流电压。八、设计过程的体会、创新点与建议直流稳压电源这个实验看起来不是很难，我们查阅资料，确定参数以后，根据设计的电路图布线，焊接。我们沉住气，一步一步走。但还是出现了不少问题。首先开始买的板子孔不够大，稳压管插不进去，导致我们又多去了一次中发。在测试的时候一开始没有成功，后来我们重新检查电路，发现原来是稳压管的管脚接错了，改了之后还是有问题，最后经过逐一排查发现整流电路中的二极管接反了，细节上的失误导致开始实验的失败，最后重新改进电路解决了问题。通过这次实验，从设计电路到购买元件到到布线再到焊接，每一步都十分关键，尤其是前面，如果前面的出现了问题会直接影响到最终实验的结果。虽然做完以后感觉并不是很难，但寻找问题的过程还是十分辛苦的，只能一点一点，逐一检查。这也使我明白不要一开始就急着去做实验，要先理解好原理，弄清每一部分的作用，每一个元件的接法，做好准备工作，争取在布线和焊接时不出错，这样才能提高效率。李景集成直流稳压电源有四部分组成：电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路，通过逆推来计算每一级的参数。整个设计计算过程中，不仅锻炼了我们的知识运用能力，还锻炼了我们的工程素质。通过计算参数，我们对每一级电路的原理和作用的理解又深了一些。在计算参数的过程中，有很多的公式与计算方式采用工程思想，用估计的方法，没有刻意地去追求数学上的精确。这是理论到实际的一次具体运用。由于本次是我们第一次完全自己去设计电路，其中出现了这样或那样的问题。从最开始的设计出的元件市场上难以买到，只能求全去更改参数；到实际焊接电路，对各种元器件极性、管脚的识别，都需要我们一步步去查找资料；再到调试过程中各种各样的问题，无一不考验着我们。最终经过大家的共同努力，终于做出了性能较好的电路。通过本次实验，我也学会了团队精神的重要性。我们小组成员明确分工，大家各自把自己负责的部分给做好，遇到不懂的大家积极讨论，各自提出自己的看法，最后得出最佳的解决方案。经过大家的团结协作，我们最后做出了理想的产品。杨天鹏：集成直流稳压电源是我们所做的第一个设计性实验，正所谓万事开头难，我们做板子的整个过程可以说都是十分纠结，虽说做完之后感觉，其实并不是很难……我们的主要问题有这么两点：1．购买元件：开始买回来实验板的孔太小，稳压管插不进去。而且变压器买错了，买了一个单向输出的，现在只能放着玩了。而且这些问题是分两次发现的，于是多跑了两趟中发，这直接导致我们完成板子的进度拖延了两天……以后做这种东西还是要提前向前辈们请教一下，可以少走不少弯路。2．元件的使用：弄错了二极管的正负，导致整流部分反接，还把稳压管7912的管脚弄错了，这两个重大失误花了我们好长时间才检测出来，而这时候7812已经烧坏了，所幸其他元件都还无碍，在更换了7812之后板子的输出也就符合要求了。这个教训告诉我，不懂就要问，或者看书、上网，查资料，总之一定要把东西搞清楚了再去做，不然一个小小的失误就会使想做的事不能很好的完成。虽然过程是艰辛的，但是结果是让人欣喜的。在板子出正确结果的那一刻我们都好高兴好高兴，这大概就是科研的魅力吧，让无数人为之着迷，并且跟着前辈们的脚步不停的前行。九、元件清单序号名称规格数量备注1变压器15V,30W12集成稳压器CW78L1213集成稳压器CW79L121