1、直流穩(wěn)壓電源實驗實驗目的.熟悉三端式集成穩(wěn)壓器的主要性能。.掌握小功率直流穩(wěn)壓電源的設計方法。.學會穩(wěn)壓電源的調(diào)試及測量方法。實驗原理單相220V/50Hz交流電經(jīng)過電源變壓器、 整流、濾波和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓,其方框圖及各級電路的輸出電壓波形如圖1所示。UU圖1UU圖1直流穩(wěn)壓電源方框圖電源變壓器是將電網(wǎng) 220V的交流電壓降低到適合大小后送入整流電路，整流電路再將交流脈動的直流電壓的紋波加以濾除，得到平滑的直流電壓。 穩(wěn)壓電路的作用是當電網(wǎng)電壓波動、負載和溫度變化時，能維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。.橋式整流電路利用二極管的單向?qū)щ娞匦裕?將交流電壓變換成單向脈動直流電的電路，稱為整流

2、電路。如圖所示。220V220V50Hz圖2橋式整流電路圖3橋式整流電路輸出波形圖2中T為電源變壓器，變壓器的作用是將220V交流電壓降低為后級電路所需的工作電壓UboD1D4為整流器件。整流電路的作用是將交流電上變換成脈動的直流 Vd,他主要有半波整流、全波整流方式，可以由整流二極管構成整流橋堆來執(zhí)行，常見的整流二極管有 1N4007、1N5148等，橋堆有RS210等。Rl為整流電路的負載電阻，其兩端的電壓為整流輸出電壓。該電路在V2的正負半周都有整流電流流過負載。因此，該電路又稱為全波橋式整流電 路。其輸出電壓的平均值可由下式求出Vo 2私 0,9V2其中，V2為變壓器次邊輸出電壓有效值

3、。相應地，二極管的平均電流D/lVD/lVo2rL=0.45V2/Rl每只二極管或橋堆所承受的最大反向電壓Vrm= ：.； 2 V2在選用整流二極管時，其最大整流電流和最高反向電壓應分別大于以上兩式計算出的I D和日M值。如果是選用橋堆進行整流，那么應注意最大工作電流和最大反壓，反壓值的計算同上式，但電流是指能夠給負載的最大平均電流，應高于計算值。.濾波電路一般采用電容濾波電路。 電路如圖4所示。輸出電壓波形反映的是電路穩(wěn)態(tài)的結(jié)果。十 A十 A(c)圖4電容濾波電路從圖4波形圖中可以看出，要保持一定的輸出電壓或輸出紋波小，其放電時間長數(shù)應足夠大，應滿足關系是RC (3 5)T/2=(3 5)/

4、2f式中T和f為電網(wǎng)電壓的周期和頻率，頻率通常為50Hz。輸出電壓與輸入電壓一般可取Vo= 1.2V23.集成三端穩(wěn)壓器集成三端穩(wěn)壓器具有體積小，外圍元減少，調(diào)整簡單，使用方便且性能好，穩(wěn)定性高， 價格便宜等優(yōu)點，因而獲得越來越廣泛的應用。常見的有固定式和可調(diào)式兩類集成三端穩(wěn)壓器，內(nèi)部多以串聯(lián)型穩(wěn)壓電路為主，還有適當?shù)倪^流、過熱等保護電路。一般固定式較便宜，可調(diào)式較貴，性能也好些，功率也相對較 大。固定式三端穩(wěn)壓電路主要有7800系列(輸出正電壓)和 7900系列(輸出負電壓)。后兩位數(shù)字通常表示輸出電壓的大小。圖 5表示外形圖和電路符號。132TNMC7905 OUT132TNMC7905

5、OUT1 GND負電壓輸出圖5 7800 、 7900系列外形圖及電路符號a.基本應用電路圖6所示為7800系列基本應用電路，具體型號應根據(jù)輸出電壓大小和極性選擇。Vi和Vo間的壓差，即|Vi-Vo| =(35)V。圖中。用于抑制芯片自激，應盡量靠近穩(wěn)壓器的管腳，G用于限制芯片高頻帶寬，減少高頻噪聲。如果對輸出要求高，還應接 10 以上的電解電 容做濾波用。7800Vi14 C1 j0.33uF780079003Vo7800Vi14 C1 j0.33uF780079003Vo7900DNGC20.1uFVi2i C1 j0.33uF3VoDNGC20.1uF圖6固定式三端穩(wěn)壓器基本應用電路b.

6、擴展應用電路圖7為正負電壓輸出穩(wěn)壓電路。圖8是輸出電壓擴展電路的兩種類型。v1Tr圖7正負電壓輸出穩(wěn)壓電路(b)v1Tr圖7正負電壓輸出穩(wěn)壓電路(b)圖8穩(wěn)壓電路擴展電路對圖8 (a),有 R2V R2VO V o 1 Ri”2般選擇R和的使I R1I D,那么Vo可近似表不成R2VoV o 12Ri通常，lD=5mA,故I ri選50 mA100 mA即可。V。是穩(wěn)壓器自身的輸出電壓。圖8 (b)中D為保護二極管，其輸出電壓為vo=v o+VZ圖9圖9輸出電壓可調(diào)試穩(wěn)壓電路圖9為輸出電壓可調(diào)試穩(wěn)壓器，其輸出電壓為VoRiVoRiRi R2Vo改變即就可以調(diào)節(jié)VO的大小。可調(diào)試三端穩(wěn)壓電路可調(diào)

7、試三端穩(wěn)壓電路，其中LM117, LM337就是有代表性的產(chǎn)品，國內(nèi)產(chǎn)品的前綴是W即W117 W337。后兩位數(shù)字17表示為正電壓輸出，37表示負電壓輸出?？烧{(diào)試三端穩(wěn)壓 電路除了帶有各種保護電路之外，還把采樣放大電路也集成到芯片之中，內(nèi)部電路的原理框圖如圖10虛線所示。它有三個引腳，分別接輸入端、輸出端和調(diào)整端。調(diào)整端是基準電壓 電路的公共端。內(nèi)部用兩個三級管構成復合管；基準電壓電路為能隙基準電壓電路，基準值Uef為1.25V ,準確度和穩(wěn)定度都非常高。R和用為外接取樣電阻，調(diào)整端接在它們的連接點上。由于放大電路的兩個輸入端電位差近似等于零，所以 R1兩端電壓近似等于 URep圖10圖10可

8、調(diào)試三端穩(wěn)壓電路內(nèi)部電路原理框圖當輸出電壓升高時，放大電路反相輸入端的電位隨之升高，其輸出端（直接接在晶體管的基極）電位必然降低，使兩只晶體管的 時，各部分的變化與上述相反，因而輸出電壓U管的基極）電位必然降低，使兩只晶體管的 時，各部分的變化與上述相反，因而輸出電壓Ube下降，從而抑制 UO的上升；當輸出電壓降低UO穩(wěn)定。輸出電壓為UoR2U refUoR2U refR1Ui +DLM317BD2T 3IN OUTADJRiCiR2RlhUoC2圖11 LM117/LM217/LM317的典型應用電路圖11所示電路為LM117/LM217/LM317的典型實用電路，根據(jù)所選型號的不同，其封裝

9、形式和引腳排列也會有區(qū)別，使用時要查閱使用手冊才能確定具體接線方法。圖CiR2RlhUoC2圖11 LM117/LM217/LM317的典型應用電路圖11所示電路為LM117/LM217/LM317的典型實用電路，根據(jù)所選型號的不同，其封裝形式和引腳排列也會有區(qū)別，使用時要查閱使用手冊才能確定具體接線方法。圖11中所選型號為LM317BD2T其調(diào)整端的引腳號為 這類可調(diào)穩(wěn)壓器的內(nèi)部沒有泄放電阻,要在外部加接 R來維持可調(diào)穩(wěn)壓器的正常工作,根據(jù)參數(shù)可知，LM317中，lomin為10mA輸出端和調(diào)整端之間白基準電壓最大為1.3V,由此可得U REF,max 1.3R1:130O min 0 .0

10、1可實取R=120 或120240之間。R2使用多圈電位器, 圖11所示電路的輸出電壓為,R2.U o 1U refR1LM117/217/317的Uef典型彳1為1.25V。確定最大輸出電壓 UO后，即可確定 R。當R2=0時，圖11所示電路就變成了高穩(wěn)定1.25V基準電壓源，輸出電流可達可調(diào)電壓范圍1.2V37V。4.穩(wěn)壓器主要性能指標在穩(wěn)壓電源實驗中， 除需要掌握電路原理之外， 更重要的是要對電源的技術指標進行測 量。穩(wěn)壓電路的技術指標主要有如下幾項：穩(wěn)壓系數(shù)Sr 負載不變時，輸出電壓相對變化量與輸入電壓的相對變化量之比稱為穩(wěn)壓系數(shù)。Q Uo/UoSrUi UiRl C式中AU為輸入電壓

11、變化量，A U0為輸出電壓變化量，C為常數(shù)(下同)。電壓調(diào)整率Su式中AU為輸入電壓變化量，A U0為輸出電壓變化量，C為常數(shù)(下同)。電壓調(diào)整率Su工程上把電網(wǎng)電壓波動 10%故為極限條件，將輸出電壓的相對變 化做為衡量指標，稱為電壓調(diào)整率。SuUoUoRl C輸出電阻R 輸入電壓不變而負載變化時,穩(wěn)壓電路輸出電壓保持穩(wěn)定的能力。RoUo1U；RlUi C(4電流調(diào)整率 S工程上把輸出電流 變化稱為電流調(diào)整率So從零變到額定輸出值時，輸出電壓的相對SiUoUSiUoUi C紋波系數(shù)一一定義穩(wěn)壓電路輸入電壓U中的交流分量Udi和輸出電壓U中的交流分量Udo之比為紋波系數(shù) 丫。丫 Udi / U

12、do5.電源的一般設計方法直流電源通常采用模塊化設計方法，盡量采用現(xiàn)成的元件。例如，一個穩(wěn)壓電源要求輸出15V的正電壓，Io50V要求即可。整流管選用1N4001或1N4002。濾波電容器由公式 R-C (35)T/2=(35)/2f 和I o= (3 5)/15002f 15可按C=3/1500=2000口計算，并取標稱值 C=2200科F,耐壓為50V的電解電容器。如果負載變動頻繁，在 7815輸出端也可接一直10100 的電解電容器。電路可參照圖7。三實驗內(nèi)容設計穩(wěn)壓電源，技術要求：輸出電壓Vo=12V,輸出電流Io 0.5A。（選用78系列和79系列等器件）設計穩(wěn)壓電源，技術要求：輸出

13、電壓Vo=12V左右連續(xù)可調(diào)，輸出電流Io 0.5A。（選用 LM117/217/317 等器件）設計包括整流、濾波及穩(wěn)壓電路在內(nèi)的直流穩(wěn)壓電源。測量及仿真要求如下：（只測量+12V電源指標）進行理論設計、選擇元器件。連接、調(diào)試電路，測量技術指標，如不滿足設計要求，調(diào)整參數(shù)，直至滿足要求為止。分別用示波器觀察整流部分（斷開濾波和穩(wěn)壓電路，直接連接負載電阻）輸出波形、 測量其平均值；再測量濾波后的波形和平均值（斷開穩(wěn)壓電路，直接連接負載電阻）；最后 測量穩(wěn)壓后的波形和電壓值，檢驗是否符合理論設計的要求。結(jié)果記錄在表1中。表1整流濾波測試數(shù)據(jù)U2 （后效值）（V）U （平均值，V）測量值理論值誤差

14、（為波形全波整流實驗整流濾波實驗穩(wěn)壓電路實驗測量穩(wěn)壓系數(shù) S及電壓調(diào)整率 Su：保持R-不變（FI-20Q）,變壓器原邊保持 220V 不變，用萬用表測量次邊lb實際值，再調(diào)節(jié)變壓器原邊電壓， 使次邊電壓分別0.9 U2、和1.1 U2 端，用萬用表測量 U2實際值。同時測量穩(wěn)壓電路的輸入電壓U和輸出電壓 U的變化。再計算穩(wěn)壓系數(shù)及電壓調(diào)整率，結(jié)果記錄在表2中。表2穩(wěn)壓系數(shù)及電壓調(diào)整率測試數(shù)據(jù)（計算S和&時U和U均取中間值）U1 （有效值）0.9 U2U2U21.1 U 2U (V)U (V)兩次測定的U之差 山（V）兩次測定的u之差&L （V）SSu測量輸出電阻 R及電流調(diào)整率 S:保持負載 R不變（20Q）,保持變壓器原邊電壓 為220V,測量輸出電壓 U,然后斷開R,測量輸出電壓 U的變化。再計算輸出電阻及 電流調(diào)整率。結(jié)果記錄在表 3中。表3輸出電阻及電流調(diào)整率測試數(shù)據(jù)