《电子技术及应用》课件项目四

项目四直流稳压电源模块1并联型直流稳压电源

模块2串联型直流稳压电源

模块3线性集成稳压器

模块4开关集成稳压器模块5实用可调压直流稳压电源模块6实用多路输出直流稳压电源

模块1并联型直流稳压电源

学习内容：

(1)直流稳压电源的基本组成。

(2)整流、滤波电路的工作原理及输出电压的测试。

(3)并联型稳压管稳压电路的工作原理及输出电压的测试。

学习问题：

(1)直流稳压电源由哪几部分组成？各组成部分的功能是什么？

(2)整流电路有几种类型？各有什么特点？为什么一般采用桥式整流？

(3)滤波电路的作用是什么？滤波电路有几种类型？各有什么特点？

(4)论分析桥式整流电路输出电压与输入电压的关系以及桥式整流加电容滤波电路输出电压与输入电压的关系，讨论整流二极管的选择应考虑哪些因素。

(5)在电容滤波电路中，并联电容容量选择与负载大小是否有关？若有关系，则根据负载大小如何选择电容器？

(6)单相桥式整流电路中有下列情况之一发生时，将会出现什么问题？

①有一个二极管被击穿短路；

②有一个二极管因一端虚焊而断路；

③有一个二极管正、负极性接反。

(7)稳压二极管的伏安特性曲线有何特点？

学习要求：

(1)掌握整流电路的工作原理、种类及应用。

(2)掌握滤波电路的工作原理、种类及应用。

(3)掌握稳压管稳压电路的工作原理及应用。

任务1整流、滤波、稳压电路的

功能及器件的选用

(一)任务要求

对直流稳压电源有整体性、结构性了解。

(二)任务内容

(1)了解直流稳压电源的组成和功能。

(2)了解整流电路的工作原理和类型。

(3)了解滤波电路的工作原理和类型。

(4)了解稳压电路的工作原理和类型。

(三)任务结论

根据测试与讨论的结果，写出实验研究报告(目的、原理及方法、数据测试、分析及总结)。

任务2并联型稳压管稳压电路试验

(一)任务要求

研究并联型稳压管直流稳压电源的特点和性能指标的测试方法。

(1)了解单相桥式全波整流电路的工作原理。

(2)了解电容滤波的特点。

(3)了解并联型稳压管稳压电路的工作原理。

(二)任务内容

1.试验设备

并联型稳压管稳压电路的试验设备如表4-1-1所示。

表4-1-1并联型稳压管稳压电路试验设备

2.注意事项

(1)正确识别调压器、变压器及其原副边接线端。

(2)接通电源之前，调压器旋转手轮应左旋到底，以免将电源接通后，调压器输出电压过高，使后面变压器的输出电压超过18V，损坏试验电路板。

(3)测量电压时，u2的值应用万用表交流电压挡测量，Ud的值应用万用表直流电压挡测量。

3.试验步骤

1)整流滤波电路

(1)按图4-1-1所示接线：调压器的输出端接变压器220V端，变压器的36V端接整流滤波电路板的18V电源输入端，将调压器旋转手轮左旋到底，使调压器的输出为零。

(2)接通电源，将万用表并联于18V电源端(交流50V挡位)，缓慢右旋调压器手轮，直至万用表指示为18V，整个试验中保持U2＝18V不变。

(3)根据图4-1-1，用万用表直流电压挡测量直流负载电压Ud，同时用示波器观察Ud的波形，均记入表4-1-2中。

(4)比较u2和Ud的值及波形。图4-1-1整流滤波电路图表4-1-2单相桥式整流滤波电路测试数据

2)并联型直流稳压电路

(1)按图4-1-2所示接线。图4-1-2并联型直流稳压电源电路图

(2)改变输入电压，观察稳压效果(RL＝2.0kΩ保持不变)。

根据表4-1-3，输入电压变化±10％，测量Udi、Udo的值，并用示波器观察Udo的波形，均记入表4-1-3中。

(3)改变负载电阻，观察稳压效果(U2=18V保持不变)；根据表4-1-3测量Udi、Udo的值，记入表4-1-3中。

(4)去掉图4-1-2所示电路中的滤波电容，用示波器同时观察Udi、Udo的波形。

(三)任务结论

根据测试与讨论的结果，写出实践研究报告(目的、原理及方法、数据测试、分析及总结)。

表4-1-3并联型直流稳压电路测试数据

模块2串联型直流稳压电源

学习内容：

串联型直流稳压电源的工作原理及相关参数测量。

学习问题：

(1)串联型稳压电路由哪几部分组成？各组成部分的作用如何？

(2)简述串联型直流稳压电路的稳压原理。

(3)在下列几种情况下，可选用什么型号的三端集成稳压器？①UO=±15V，RL最小值为20Ω；②UO=±5V，最大负载电流IOmax＝350mA；③UO=－12V,输出电流范围IO=10～80mA。

(4)直流稳压电源有哪些质量参数？

(5)如何测量直流稳压电源的性能参数？

学习要求：

掌握串联型直流稳压电源的工作原理及相关参数测量。

任务1串联型稳压电源的组装

(一)任务要求

了解串联型调压管稳压电路的工作原理。

(二)任务内容

1.试验设备

串联型稳压电路的试验设备如表4-2-1所示。表4-2-1串联型稳压电路试验设备

2.注意事项

(1)正确识别调压器、变压器及其原副边接线端。

(2)接通电源之前，调压器旋转手轮应左旋到底，以免将电源接通后，调压器输出电压过高，使后面变压器的输出电压超过18V，损坏试验电路板。

(3)测量电压时，u2的值应用万用表交流电压挡测量，Ud的值应用万用表直流电压挡测量。

3.试验步骤

(1)按图4-2-1所示接线，将图(a)的输出端接图(b)的输入端，构成完整的串联型稳压电路。

(2)根据表4-2-1，用万用表直流电压挡测量电压值，并记入表4-2-2中。图4-2-1串联型稳压电源电路图

(三)任务结论

根据测试与讨论的结果，写出实验研究报告(目的、原理及方法、数据测试、分析及总结)。表4-2-2串联型直流稳压电路测试数据

任务2串联型稳压电源的测试

(一)任务要求

(1)串连型直流稳压电源的特点和性能指标的测试方法。

(2)学会使用电子测量仪器进行电路的统调。

(3)掌握直流稳压电源主要技术指标的测试方法(包括稳压系数、输出电阻、最小输入电压、输出噪声电压等)。

(二)任务内容

1.直流稳压电源输出电压调节范围的测试

首先接入直流电压。交流电经整流滤波后接入到如图4-2-1(b)所示的串联稳压电路上，先不接负载电阻RL进行空载检查测试，把电位器Rp打到中间位置，此时用数字万用表测量应有输出电压UO，然后调节取样电位器Rp打到最低位置,测出输出电压UOmax，再把取样电位器Rp打到最高位置，测出输出电压UOmin，记入表4-2-3中。表4-2-3直流稳压电源输出电压调节范围

2.直流稳压电源输出电阻与电流调整率的测试

将图4-2-1(b)所示串联稳压电路的取样电位器Rp打到中间位置，接上负载电阻RL，用数字万用表测出此时的输出电压，然后把负载电阻从最大值开始逐渐减小，一直减小到使输出电压下降10%为止，测量负载电阻在减小过程中，输出电压与输出电流的变化关系，记入表4-2-4中。表4-2-4直流稳压电源输出电阻与电流调整率的测试说明：本测试电路具有过载保护功能，最大输出电流IOmax定义为：输出电压下降为额定输出电压10％时的电流。电流调整率SI定义为：当输入电压及温度不变时，输出电流IO从零变到最大时，输出电压的相对变化量，即

输出电阻RO定义为：当输入电压和温度不变时，因RL变化，导致负载电流变化了ΔIO，相应的输出电压变化了ΔUO，两者比值的绝对值称为输出电阻RO，即

3.直流稳压电源输出电压调节率的测试

将图4-2-1(b)所示串联稳压电路的取样电位器Rp打到中间位置，接上1kΩ的负载电阻，用数字万用表测出此时的输出电压，然后把输入电压改变10%，再测出此时的输出电压，记入表4-2-5中。

说明：电压调整率SU定义为：负载电流IO及温度T不变，而输入电压UI变化10％时，输出电压UO的相对变化量ΔUO/UO与输入电压变化量ΔUI之比值，即表4-2-5直流稳压电源电压调整率的测试

4.直流稳压电源输出纹波电压及纹波抑制比的测试

如图4-2-1(b)所示的串联稳压电路，保持输入电压UI不变，在额定输出电压、额定输出电流的情况下，用示波器测出整流前输入的纹波电压峰峰值UIPP，同时测出输出电压中纹波电压的峰峰值UOPP(注意此时示波器的输入为“交流”)，记入表4-2-6中。表4-2-6直流稳压电源纹波电压及纹波抑制比的测试说明：纹波电压是指叠加在直流输出电压UO上的交流电压，通常用有效值或峰值表示。在前面一个模块测试中已经知道，电容滤波电路中，负载电流越大，纹波电压也越大，因此，纹波电压应在额定输出电流情况下测出。

纹波抑制比SR定义为稳压电路输入纹波电压峰值UIPP与输出纹波电压峰值UOPP之比，并用对数表示，即通过测试，可以得到这样的结果：交流电经过整流滤波后再经过稳压，输出电压的稳定性大大提高，不管是交流电源变化或者负载发生变化，只要这些变化在一定的许可范围内，都可以使输出基本保持不变。这说明稳压电路具有对电压的稳定能力，所以直流稳压电源可以满足实际的需要。同时在对直流稳压电源进行指标测试中，可了解到如何对直流稳压电源的性能指标进行测试和评价。一个好的直流稳压电源，应该有较小的输出电阻、电压调整率、电流调整率、纹波电压以及较大的纹波抑制比。

根据图4-2-1(b)所示的串联稳压电路，具体分析稳压电路的稳压过程及输出电压的调节过程。

(三)任务结论

根据测试与讨论的结果，写出实践研究报告(目的、原理及方法、数据测试、分析及总结)。【模块理论指导】

1.模块基本要求

掌握直流电源的整体电路分析。

理解串联稳压电路的分析。

了解直流电源相关参数的测试方法。

2.模块重点和难点

重点串联稳压电路分析，测试直流电源的性能参数。

难点测试直流电源的性能参数。

3.模块知识点

稳压电路用来在交流电源电压波动或负载变化时稳定直流输出电压。采用三极管作为调整管并与负载串联的稳压电路称为串联型晶体管稳压电路，当调整管工作在线性放大状态时则称为线性稳压器。

串联型稳压电路组成如图4-2-2所示。图中，V1为调整管，作为电压调节元件，其压降UCE随基极电流IB1的增大(或减小)而减小(或增大)；R3和稳压管V2组成基准电源，为集成运放A的同相输入端提供基准电压UZ；R1、R2和Rp组成取样电路，取出输出电压的一部分反馈到集成运放的反相输入端；集成运放A构成比较放大电路，用来对取样电压与基准电压的差值进行放大。图4-2-2串联型稳压电路组成当输入电压或负载变化时，输出电压UO将会跟随变化，如UO增大，则电路的稳压过程如下：

当UO减小时，电路的稳压过程与上面相反。

根据运放的“虚短”概念，可知

则得

可见，调节Rp即可调节输出电压的大小。

模块3线性集成稳压器

学习内容：

线性集成稳压器的工作原理和特点。

学习问题：

(1)线性稳压电源有哪些主要优点？

(2)CW7800系列与CW7900系列的三端固定输出稳压器有什么异同点？如果用CW7800系列或CW7900系列稳压器组成输出电压可调的稳压电路是否可以？

(3)CW7800系列或CW7900系列的三端固定输出稳压器所得到的直流电源输出为正电压输出或负电压输出，如果要求有输出为正负电压输出，这里三端稳压器应该如何连接才能满足实际需要？

(4)在集成稳压器的应用电路中，为什么要在输入端与输出端都并联一个小容量的电容器？

学习要求：

掌握线性集成稳压器的工作原理、特点及性能指标。

任务1线性集成稳压器的组装

(一)任务要求

了解线性集成稳压器的工作原理和特点。

(二)任务内容

电子技术的发展，使得电子电路从分立元件组成电路逐渐被集成电路所代替。同样,目前的直流稳压电源基本上采用集成稳压器，本任务主要研究其中的线性集成稳压器的使用。

按照图4-3-1所示在面包板上组装三端固定输出集成稳压器的使用电路。图4-3-1三端固定输出集成稳压器的使用

(三)任务结论

根据测试与讨论的结果，写出实践研究报告(目的、原理及方法、数据测试、分析及总结)。

任务2三端固定输出集成稳压器

的使用与测试

(一)任务要求

了解三端固定输出集成稳压器的使用和相关参数及其测量方法。

(二)任务内容

交流电经过整流滤波后接入到如图4-3-1所示的三端固定输出集成稳压器上，先不接负载电阻RL进行空载检查测试，用数字万用表测量输出电压UO，然后接上负载电阻RL，调节负载电阻的大小，测量输出电压与输出电流的变化情况(注意：在负载电阻变化时，不要让负载电流超过集成稳压器的最大输出电流)。把测量的结果记入表4-3-1中。表4-3-1三端固定输出集成稳压器的使用

(三)任务结论

根据测试与讨论的结果，写出实践研究报告(目的、原理及方法、数据测试、分析及总结)。任务3三端可调输出集成稳压器的使用与测试

(一)任务要求

了解三端可调输出集成稳压器的使用和相关参数及其测量方法。

(二)任务内容

(1)交流电经过整流滤波后接入到如图4-3-2所示的三端可调输出稳压器上，将电位器Rp打到适当位置，先不接负载电阻RL进行空载检查测试，用数字万用表测量输出电压UO,然后接上负载电阻RL，调节负载电阻的大小，测量输出电压与输出电流的变化情况(注意：在负载电阻变化时，不要让负载电流超过集成稳压器的最大输出电流)。把测量的结果记入表4-3-2中。图4-3-2三端可调输出集成稳压器的使用(0～30V可调电路)表4-3-2三端可调输出集成稳压器的使用

(2)如图4-3-2所示的三端可调输出集成稳压器，输出端不接负载电阻RL，调节可变电阻Rp到最小值，用数字万用表测量输出电压UO1，然后调节可变电阻到最大值，同样用数字万用表测量输出电压UO2。把测量结果记入表4-3-3中。表4-3-3三端可调输出集成稳压器的调压通过测试，可以得到这样的结果：交流电经过整流滤波后接到集成稳压器，其输出电压具有良好的稳定性，输出电阻很小。一般来说，CW7800系列、CW7900系列的集成稳压器为三端固定输出稳压器，CW117、CW127、CW137为三端可调输出稳压器。型号不同，其输出电压与电流也不同，具体可参阅有关资料。

(三)任务结论

根据测试与讨论的结果，写出实践研究报告(目的、原理及方法、数据测试、分析及总结)。任务4直流稳压电源保护电路的研究(EWB仿真)

(一)任务要求

了解直流稳压电源的限流型和减流型保护电路。

(二)任务内容

1.限流型保护电路的分析

限流保护的基本思路是当调整管电流超过一定限度时，对调整管的基极电流进行分流，以限制调整管的发射极电流不至于太大。如图4-3-3(a)所示电路为具有限流保护的串联稳压电路，电阻R8与晶体管V3组成限流保护电路，正常工作电流的情况下，电流在R8上产生的电压之和UR8不足以使V3管导通。当电流超过额定值后，V3管导通，将调整管V1的基极电流分走一部分，削弱了负反馈作用。图4-3-3直流稳压电源保护电路的分析如果输出电流增大，在R8上的电压回到V3管的电压使管子进入饱和状态，则使调整管处于截止状态，进而使输出电压和输出电流降到零。限流型保护电路的输出外特性曲线如图4-3-4所示。打开EWB仿真软件，画出图4-3-3(a)所示的电路，接上可变负载，然后改变负载电阻的大小，测出负载电阻变化时的一组输出电压与输出电流，把测量结果记入表4-3-4中。图4-3-4限流型保护电路的外特性

如图4-3-3(b)所示电路也是具有限流保护的串联稳压电路，请读者自行分析。表4-3-4限流型保护电路分析

2.减流型保护电路的分析

减流保护的基本思路是当调整管电流超过一定限度时，保护电路开始起作用，使输出电压与输出电流都下降到接近于零。如图4-3-3(c)所示电路为具有减流保护的串联稳压电路，电阻R1、R7、R8与晶体管V3组成减流型保护电路，正常工作电流的情况下，电流在R1与R8上产生的电压之和不足以使V3管导通，当电流超过额定值后，V3管导通，将调整管V1的基极电流分走一部分，削弱了负反馈作用，使输出电流即使在输出短路的情况下也不会太大,其外特性如图4-3-5所示。打开EWB仿真软件，画出如图4-3-3(c)所示的电路,接上可变负载，然后改变负载电阻的大小，测出负载电阻变化时的一组输出电压与输出电流，把测量结果记入表4-3-5中。图4-3-5减流型保护电路的外特性

通过测试，可以得到如下结果：直流稳压电源如采用适当的保护电路，可以有效地控制电流不超过一定的范围，使稳压电路中调整管等元器件得到很好的保护。表4-3-5减流型保护电路分析

3.根据对电路的测试结果进行分析讨论

(1)分析限流型保护电路与减流型保护电路对电路保护的基本思想方法。

(2)CW7805三端集成稳压器内部有过流、过热和安全区的保护电路。尽管如此，由CW7805等元件组成的稳压电路输出端仍有可能发生过压的危险。为了确保负载的安全，图4-3-6所示的直流稳压电源电路在集成块典型应用的基础上，又加了过压保护电路。请在图示的电路中找出过压保护电路的相关元器件，并简单说明该保护电路是如何保护的。图4-3-6直流稳压电源应用实例之一

(三)任务结论

根据测试与讨论的结果，写出实践研究报告(目的、原理及方法、数据测试、分析及总结)。【模块理论指导】

1.模块基本要求

掌握线性集成稳压器的应用。

理解直流稳压集成电路的功能和应用。

了解直流稳压集成电路的性能参数，直流稳压电路的保护电路。

2.模块重点和难点

重点线性集成稳压器的应用电路，稳压集成电路的性能参数。

难点直流稳压电路的应用。

3.模块知识点

1)三端固定输出集成稳压器

三端固定输出集成稳压器组成及工作原理与串联稳压电路基本相同，但集成稳压器具有完善的保护电路。CW7800系列为正电源输出，例如CW78H12为+12V输出，最大输出电流为5A。CW7900系列为负电源输出，例如CW79M12为-12V输出，最大输出电流为0.5A。CW7800和CW7900系列有金属封装和塑料封装，它们的管脚排列不同，使用时应注意。图4-3-7所示为CW7800系列三端稳压器的基本应用电路。该电路输出电压UO＝12V，最大输出电流为1.5A，要求(UI－UO)≥(2.5～3)V，由2端流出的静态电流IQ＝(5～8)mA。C1用以防止自激，抑制电源的高频干扰；C2、C3用以改善负载的瞬态响应，消除电路的高频噪声及防止自激；VD是保护二极管。

CW7900系列的接线与CW7800系列基本相同，不过电压极性相反。图4-3-7三端稳压器应用电路

2)三端可调输出集成稳压器

三端可调输出集成稳压器是在三端固定输出集成稳压器的基础上发展起来的，集成片的输入电流几乎全部流到输出端，而流到公共端(ADJ)的电流非常小。

三端可调输出集成稳压器的典型产品CW117／217／317为正电源输出，CW137／237／337为负电源输出。

图4-3-8所示为CW317三端稳压器的基本应用电路。2-1端之间的电压等于基准电压UREF＝1.25V，由1端流出的电流IREF≈50μA很小。图中，R1、Rp构成取样电路，调Rp可调节输出电压。输出电压UO为

VD1、VD2为保护二极管，C2用以减小输出纹波电压。图4-3-8三端可调输出集成稳压电路

模块4开关集成稳压器

学习内容：

开关集成稳压器的工作原理和特点。

学习问题：

(1)开关稳压电源有哪些主要优点？

(2)为什么开关稳压电源的效率比线性稳压电源高？

(3)开关稳压电源主要由哪几部分组成？各部分的主要作用是什么？

学习要求：

掌握开关集成稳压器的工作原理、特点及性能指标。任务1固定输出开关集成稳压器的使用与测试

(一)任务要求

了解固定输出开关集成稳压器的特点和性能指标的测试方法。

(二)任务内容

交流电经过整流滤波后接入到如图4-4-1所示的固定输出开关集成稳压器上，先不接负载电阻RL进行空载检查测试，用数字万用表测量输出电压UO，然后接上负载电阻RL，调节负载电阻的大小，测量输出电压与输出电流的变化情况(注意：在负载电阻变化时，不要让负载电流超过集成稳压器的最大输出电流)。把测量的结果记入表4-4-1中。图4-4-1固定输出开关集成稳压器的应用电路表4-4-1三端固定输出集成稳压器的使用

(三)任务结论

根据测试与讨论的结果，写出实践研究报告(目的、原理及方法、数据测试、分析及总结)。任务2可调输出开关集成稳压器的使用与测试

(一)任务要求

了解可调输出开关集成稳压器的特点和性能指标的测试方法。

(二)任务内容

交流电经过整流滤波后接入到如图4-4-2所示的可调输出开关集成稳压器上，将电位器Rp打到适当位置，先不接负载电阻RL进行空载检查测试，用数字万用表测量输出电压UO，然后接上负载电阻RL，调节负载电阻的大小，测量输出电压与输出电流的变化情况(注意：在负载电阻变化时，不要让负载电流超过集成稳压器的最大输出电流)。把测量的结果记入表4-4-2中。图4-4-2可调输出开关集成稳压器的应用电路表4-4-2可调输出开关集成稳压器的使用如图4-4-2所示的可调输出开关集成稳压器，输出端不接负载电阻RL，调节可变电阻Rp到最小值，用数字万用表测量输出电压UO，然后调节可变电阻到最大值，同样用数字万用表测量输出电压UO。把测量结果记入表4-4-3中。

(三)任务结论

根据测试与讨论的结果，写出实践研究报告(目的、原理及方法、数据测试、分析及总结)。表4-4-3可调输出开关集成稳压器的调压【模块理论指导】

1.模块基本要求

掌握开关集成稳压器的应用。

理解直流稳压集成电路的性能参数。

了解稳压集成电路的功能与应用;开关电源的工作原理。

2.模块重点和难点

重点集成稳压器的应用电路;开关电源的工作原理与特点。

难点直流稳压电路的应用。

3.模块知识点

1)开关稳压电源的特点

与线性稳压电路相比，开关稳压电路的特点是调整管工作在开关状态，调整管的功耗很小，故有效率高、体积小、重量轻、对电网电压要求不高(即稳压范围宽)等优点。其主要缺点是输出电压中纹波、噪声成分较大，调整管的控制电路比较复杂等。

2)开关稳压电源的基本工作原理

开关稳压电源的基本组成如图4-4-3所示，图中，V1为开关调整管，VD2为续流二极管，LC构成滤波器，R1、R2组成取样电路，控制电路由基准电压、误差放大器、电压比较器及信号发生器等组成。在控制电路的作用下，调整管V1工作在开关状态，将UI变成矩形波，由于VD2的续流作用和LC的滤波作用，将其变为平稳的直流电压输出。输出电压通过取样电路反馈到控制电路，控制调整管的开通和关断时间，可自动调