1、直流穩壓電源電路的設計實驗報告一、實驗目的1、了解直流穩壓電源的工作原理。2、設計直流穩壓電路，要求輸入電壓：220V市電，50Hz，用單變壓器設 計并制作能夠輸出一組固定+15V輸出直流電壓和一組+1.2V+12V 連續可調 的直流穩壓電源電路，兩組輸出電流分別 lo500mA 03、了解掌握Proteus軟件的基本操作與應用。二、實驗線路及原理1、實驗原理(1)直流穩壓電源直流穩壓電源是一種將220V工頻交流電轉換成穩壓輸出的直流電的裝置, 它需要變壓、整流、濾波、穩壓四個環節才能完成。一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩壓電路所組成，基本框圖如下:U圖2-1直流穩壓電源的原理框圖和波形變換

2、其中:1) 電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網220V交流電壓變換成符合需要 的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定， 變壓器 副邊與原邊的功率比為P2/P仁n，式中n是變壓器的效率。2）整流電路：利用單向導電元件，把 50Hz的正弦交流電變換成脈動的直 流電。3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從 而得到比較平滑的直流電壓。濾波電路濾除較大的波紋成分，輸出波紋較小的直 流電壓U1 04 ）穩壓電路：其工作原理是利用穩壓管兩端的電壓稍有變化，會引起其電 流有較大變化這一特點，通過調節與穩壓管串聯的限流電阻上的壓降來達到穩定 輸出電壓的目的。穩

3、壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩定， 不隨交流電網電壓 和負載的變化而變化。（2 ）整流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖2-2所示。在u2的正半周內,二極管D1、D2導通，D3、D4截止；u2的負半周內，D3、D4導通，D1、D2截止。正負半周內部都有電流流過的負載電阻RL,且方向是一致的。電路的4輸出波形如圖2-3所示。+ orv220V4D 町KI 7圖2-3輸出波形圖4U圖2-2整流電路整流二極管采用1N4007，具有正向導通電壓降低，導通電流高，泄露電流 低，過載電流高，成本低等優點，其基本參數如下圖所示，有黑色線圈一端表示 負極。077).niiOCn)圖2-4 1N400

4、7 基本參數（3 ）濾波電路經過整流后的直流電幅值變化很大，會影響電路的工作性能。可利用電容的“通交流，隔直流”的特性，在電路中并入兩個并聯電容作為電容濾波器，濾去 其中的交流成分。利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點，將電容器和負載電容并聯或電容器與負載電阻并聯，以達到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uoi=（1.11.2）U2。直 流輸出電流：1。1=12/（ 1.52）（ U2變壓器副邊電壓的有效值，I2是變壓器副邊 電流的有效值。）（4 ）穩壓電路集成串聯型穩壓電路有三個引腳，分別為輸入端，輸出端和公共端，因而稱 為三端穩壓器。按功能

5、可分為固定式穩壓電路和可調式穩壓電路；前者的輸出電 壓不能進行調節，為固定值；后者可通過外接元件使輸出電壓得到很寬的調節范圍，便于實時控制。7815。本設計實現輸出固定 +15V 輸出直流電壓時采用集成三端穩壓X78XX系列是三端正電源穩壓電路，它的封裝形式為T0-220。它有一系列的固定電壓輸出，應用廣泛。每種類型由于內部電流的限制以及過熱保護和安全工作區的保護，使它基本不會損壞。7815可輸出+15V電壓。其參數及引腳如下所示。圖 2-5 7815參數X78帖電參數（除打別說胡.血71門2刃匚lo=5CQmAM：23認CT 3罪匚8=0.訕町持鶯執卜伯*型悄lTi-25'X：14.

6、415.0156VVoQniA-lo-d 0A,Pt>-15vyVi=l7 5VtO 30V14151575V婕性訓巫t-.NoTj/25'X： Vi 17 5V1O30V11300nnVrj,-2£i*Cyi=J0V la 2GV3低0nnViVotj=2t>*CJo=5.0rTiA Id 1I2300mVT|25*C ff>250mA to 750mA4150ITiV祁嵌電血IOT>25吃5.2&mAnol0=5nnA to LOA0.5mAVriavto305VOPmA倫山電肘席蔗如Ia芻m戡1mV/X榆出曲慮VNW'OHz tn

7、 1QQkHEm=25%；»jVRRf=130Hz, V»=1i0 WToZfl 5V154珂«Vo10= l.OA Tj=25=C2VRdMkHz19mnIscVi-55V.Ta-25C250mA峰傅電喘IpkTj=25吃2.2ATO-220'圖 2-6 7815引腳圖7815標準應用如下圖所示:ViOX78XXVoO斗COOJpF圖2-7 7815 標準應用本設計實現輸出+1.2V+12V 可調電壓時采用可調式三端穩壓器LM317 。LM317可調式三端穩壓器在輸出電壓范圍1.2伏到37伏時能夠提供超過1.5安的電流，有三個引出端，分別為輸入端、輸出端

8、和電壓調整端（簡稱調整端）。調整端是基準電壓電路的公共端，其典型值為1.25V。 LM317可調式三端穩壓依 靠外接電阻來調節輸出電壓的，為保證輸出電壓的精度和穩定性，要選擇精度高 的電阻，同時電阻要緊靠穩壓器，防止輸出電流在連線上產生誤差電壓。LM317引腳圖如下圖所示。衣啲連技出卜川腳21. 調節2. Vout3 Vin圖2-8LM317引腳圖LM317標準應用如下圖所示。電路中的R1、R2組成可調輸出的電阻網絡。為了能使電路中的偏置電流和調整管的漏電流被吸收，所以設定R1為120-240 歐姆。通過R1瀉放的電流為510mA。標淮應用LN3tTSoJ Fni L器稱吃舊戀凹就ii %川，

9、議吋C n韭備北ITJICo時F3 咗IN I !|,. h啦，咗屮吐込虬仃削ZV,-1.257（1+ #時帕肉他血比昱:血化十丨loop*一匸 円.的*"壬芒圖2-9 LM317 標準應用（5）單相變壓器變壓器是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置，主要構件是初級線 圈、次級線圈和鐵心（磁芯）。在電器設備和無線電路中，常用作升降電壓、匹 配阻抗，安全隔離。2 .實驗線路下圖為+15V固定穩壓電源的線路圖。采用三端式穩壓器 7815構成單電源 電壓輸出串聯型穩壓電源，220V的市電經變壓器變壓后變成電壓值較小的交流, 再經橋式整流電路和濾波電路形成直流。濾波電容C1 一般選取幾百幾

10、千微法。當穩壓器距離整流濾波電路比較遠時，在輸入端必須接入電容器C2（數值為0.33mF ），以抵消線路的電感效應，防止產生自激振蕩。輸出端電容C3（0.1療）用以 濾除輸出端的高頻信號，改善電路的暫態響應。= m辱斗4. nJ 皿箜1T 1=2 -圖2-10 +15V 穩壓電源線路圖下圖為+1.2+12V可調穩壓電源的線路圖。輸入電容器C1用于抑制紋波 電壓，輸出電容器C2用于消震，緩沖沖擊性負載，保證電路工作穩定，調節滑動變阻器的阻值即可得到相應的電壓。1:-O+VD41N4001血3 7D：UoiT-r 0,1 liF P 240山丄 dZS+IS22C0UK/25V圖2-11 +1.2

11、 +12V可調穩壓電源線路圖三、實驗內容及步驟1、根據搭接的仿真原理圖領取相應的電阻電容等元器件，根據原理圖以及 芯片引腳圖布置電路結構，同時注意走線平整、美觀。2、開始焊接電路，按照布局好的電路焊接。焊接時需要注意（1）電解電 容的極性不能接反，否則要爆炸。（2）凡電路板上要流過較大電流的連線，都要 換上線徑稍粗的導線。由于實驗室提供變壓器（二次側 2*15V ）和假負載（050 Q/2A的可調電 阻Rw和防止調節不慎而限流保護的電阻 R），接線圖如下所示。220V15VU 1O 2157-O 31'2'3'"-+15可調電壓*1 RW R:壬M2O 6圖3

12、-1接線圖在電路板上分別焊接大電流三針接線座子，1'、和4、5、6。在1 -2 ' 間焊接整流橋，3懸空，以便與變壓器二次側的一組15V引出線相連。3、焊接完成后，使用萬用表測試焊點是否牢固，防止虛焊。將萬用表調至 蜂鳴檔，用兩個探針接觸整流橋正端引腳與 1000uF電容正端，發出蜂鳴聲說明 焊點牢固，其余焊點之間也同樣測試。測試完成后連接電路，驗證效果，連接好的電路如下圖所示。焊接好的電路圖3-2 A9 駅 * = 0 a f ® * *鼻*4、焊接完畢后開始測試并記錄實驗數據。(1)首先測試輸出電路能否實現相應功能。將變壓器接到大電流三針接線座子 1'、2

13、 '、3 '上，測15V輸出(4)與參考地（5）的電壓是否為一固定輸出15V。測可調電壓（6）與參考地（5）的電壓能否按要求可調?（2）測試輸出電流是否500mA。將變壓器接到大電流三針接線座子 1'、2 '、3 '上，將15V輸出（4）與一可變電阻相連，并串聯一電流表，電流表負端接參考地（5）,測量電流能否輸出 0 0.5A。同樣方法測試+1.2V+12V 連續可調的直流穩壓電源電路。四、仿真運用Protues軟件對其進行系統仿真，仿真原理圖如下圖所示:IJ1'BW- - - - - -T- r 1 ;- LI"- I F r F.屮

14、 mu: 幸？ i Ns 片 /am : : L 跆* : J - . U . LH lET I Ml/Ul卜X：.LHdXT- Lvrr P - P1-1- r1 n r' 'Litt-'3VtfZ.F2."丄-占.U . .1. - ( .1X .Ryi- lAJvay. . LI J- rmL 1 ij?. y BE.-“r= idi匸圖4-1直流穩壓電源仿真圖1、固定+15V輸出直流穩壓電源仿真圖中上部分為固定+15V輸出直流穩壓電源。輸入為 220V, 50Hz市 電，經變壓器降壓為AC24V，如下圖所示。TR1TRAN-2P2S圖4-2 220V市

15、電降壓為24V變壓器參數設置如下圖所示。圖4-3變壓器參數設置降壓后24V電壓經過橋式整流后變為直流電壓，如下圖所示圖4-4橋式整流最后經過濾波電容C1、C2、C3和穩壓器7815輸出15V的直流電壓，如 下圖所示:7315' <TEXT>-0-,33uF -> -圖4-5輸出15V直流電壓使用示波器觀測整體波形，A觀測220V市電（黃色），B觀測降壓后的波 形（藍色），C觀測整流后的波形（紅色），D觀測輸出的直流電壓（綠色），如 下圖所示。DhgiLAl OsdIloSCGpeQiWMH 血比 IISArr-陽由linn - -u,廠bjl- A- fiCreb-M

16、JF F.隔皿相TDCUHU1“y1F7 F_L3心阪MH副KE血血騙V(?:住InnIIm-VACECUHDMUIM申3吟三-環一IZKJ 2 ?S 1?3''&F jF回僑|叫PF'IIf .enJ圖4-6整體波形觀測2、+1.2V+12V連續可調的直流穩壓電源仿真圖中下半部分為+1.2V+12V 連續可調的直流穩壓電源。采用LM317 可調穩壓器，D5、D6起保護穩壓器的作用。當可調電阻短路時，輸出電壓為1.26V，如下圖所示:'RV1g：0FEW£ 10uF -0.33UF-三托罠“R2 ,300 - -TE 訂.圖4-7可調電阻短路時

17、，輸出直流電壓當可調電阻的86%接入電路時，輸出電壓為12.1V，如下圖所示:圖4-8可調電阻的86%接入電路時，輸出直流電壓五、實驗設備實驗時所用的儀器設備如下表所示。表5-1實驗設備序號設備數量1變壓器（二次側 2*15V）12假負載（050 Q/2A的可調電阻 RW和防止調1節不慎而限流保護的電阻R）3數子萬用表24鑷子15剪刀16導線若干7洞洞板18電烙鐵19焊錫絲若干10一字起1六、元器件清單表6-1元器件清單序號元器件數量1二端穩壓器781512三端穩壓器LM31713整流橋141000UF電容150.33UF電容3610uF電容17散熱片282k可調電阻19120歐電阻110大電流三針接線座子2七、實驗數據及分析1、仿真數據記錄分析（1） +15V固定直流穩壓電源電路可實現輸出+15V固定電壓的功能。（2）+1.2V+12V 連續可調的直流穩壓電源電路數據記錄表7-1仿真數據記錄序號滑動變阻器阻值（k）理論計算值（V）仿真數據（V）101.251.2620.355.