直流稳压电源设计(模拟电路课程设计3)

实验八集成直流稳压电源电路设计实验
实验类别：专业实验类型：设计实验要求：必修
实验目的：掌握常用的直流稳压电路的设计；
熟悉稳压电路的有关的参数与测试。

实验主要内容：
（1）设计、组装和调试直流稳压电源。

已知条件：集成稳压器CW7812、CW7912及CW317，带中心抽头的±15V 对称输出变压器。

性能指标要求：输出电压V O及最大输出电流I Omax（I档：V O=±12V对称输出，I Omax=500mA；发挥：II档：V O=（+1.25~+15）V连续可调，I Omax=200mA）；纹波电压∆V OP-P≤5mV，稳压系数S V≤5×10-3。

（2）测试直流稳压电源的性能指标。

测试I档及II档的最大输出电流、纹波电压。

实验提示与思考
1、整流电路可共用一个电桥。

具体如何接？请想一想。

2、先装变压器，再装整流滤波电路，最后装集成稳压器，安
装一级测试一级。

3、应在变压器的副边接入保险丝FU，以防电路短路损坏变压
器或其它器件，其额定电流要略大于I omax，选FU的熔断电流
为1A，（想一想可否接在变压器的原边，为什么？）
4、78XX、79XX和317要加适当大小的散热片。

5、再接通电源，输出电压V为规定值，说明各级电路均正常
工作，可以进行稳压器的输入电压（有效值）、输出电压、纹
波电压等的测量。

测量纹波电压时要加负载（如l8Ω滑线变阻
器）到78XX或79XX的输出端（想一想为什么？）。

6、用示波器分别测变压器的副边输出电压
2
V 、二极管桥式整流的输出电压V D（断开滤波电容）、整流滤波电路的输出电压V i及稳压器输出电压V o的波形，并测量其电压值，画出它们的波形关系图。

7、集成稳压器的输入、输出端接电容C i及C o有何作用？
8、当7812输出端接18Ω负载时，则三端稳压器7812本身的功耗是多大？
实验主要仪器：示波器、万用表、毫伏表
实验主要元件：7805、7812、7912、LM317，1N4001,或1N4007,高频旁路电容等
实验报告要求
1.根据设计要求，计算并选择元件
2.画出电路原理图
3.列出元件清单
4.写出测试所需的仪器名称及型号
5.写出测试步骤并记录每步的数据及观察到的现象
6.分析实验数据与实验现象，谈谈实验的收获与体会。

理论基础
一．直流电源的组成及各部分的作用
变压器整流
电路
滤波
电路
稳压
电路
~220
V
50Hz
Uo
+
-
图1 直流稳压电路的方框图
二．整流电路
A. 整流的概念
整流电路是将交流电流转变为方向单一的直流电流，主要通过单
向导通元件：如二极管及其集成的桥堆，单向可控硅，IGBT 等实现。

电子电路中常用的是二极管与桥堆，在大功率电路中则常用可控硅或IGBT.
整流电路分为半波整流和全波整流，分析整流电路要弄清电路的工作原理，求出主要参数，确定二极管的极限参数。

B. 单相半波整流电路
图2 单相半波整流电路
设变压器的副边输出电压有效值为U2,则其瞬时值为：
222sin u U t ω=
输出电压的平均值为U O(A V)：
2
()
220
21
2sin ()0.452O AV U U U td t U π
ωωπ
π
==
≈⎰
负载电流的平均值I O(A V)为： ()
()0.452
O AV O AV L
L
U U I R R =
= 输出电压的脉动系数S 为整流输出电压的基波峰值U O1M 与输出电压平均值U O(A V)之比。

由于半波整流电路输出电压u o 的周期与U 2相同，u o 的基波角频率与u2相同，通过谐波分析可得12/2O M U U =,
故：
12()2/2 1.572
2/O M O AV U U S U U π
π=
==≈ 二极管的选择：最大反向电压U Rmax 和最大平均整流电流I F 交流电网电压允许有±10%的波动，变压器原边电压为198-242V ,因此两个参数至少应留有10%的余地。

22()
1.1221.1 1.1
RM F O AV L
U U U I I R π≥≥=
C. 单相全波整流电路
图3 桥式全波整流电路
输出电压的平均值：
2
()220
221
2sin ()0.9O AV U U U td t U π
ωωπ
π
=
=
≈⎰
输出电流的平均值：
()
()0.92
O AV O AV L
L
U U I R R =
=
根据谐波分析，桥式整流电路的基波U O1M 的角频率是U2的二倍，即100Hz,则U O1M 为：
122
22/3
o M U U π=⨯, 故脉动系数为：
1()2
0.673
O M O AV U S U =
=≈
三． 滤波电路
滤波电路分为电容滤波电路，LC 滤波电路及π型滤波电路，电容滤波电路是最简单的滤波电路，就是在整流电路输出端并联电容，如图3所示。

LC 滤波则是并联一个电容，再串联一个电感，π型滤波电路如图4所示。

图4 π型滤波电路
使用电容滤波以后：()21.2O AV U U ≈ 脉动系数：4L T
S R C T
=
- T 为交流电的周期0.02S.
四． 稳压电路
A. 稳压电路的技术指标
稳压电源的技术指标：1.特性指标：输入电源、输出电压及输出调节范围，2.质量指标：稳压系数、输出电阻、温度系数及纹波电压
输出电压(,,)O I O V f V I T =,输出电压的变化表示为：
O O O
O I O I O O V I O O T V V V V V I T V I T V K V R I S T
∂∂∂∆=
∆+∆+∆∂∂∂∆=∆+∆+∆ 因此：
输入调整因数：|0,0O
V O I
V K I T V ∆=
∆=∆=∆ 反映输入电压波动对输出电压的影响 电压调整率：/100%|0,0O O
V O I
V V S I T V ∆=
⨯∆=∆=∆, 输入电压变化时引起输出电压的相对变化。

稳压系数：/100%|0,0/O O
O I I
V V I T V V γ∆=
⨯∆=∆=∆，在温度和负载恒定的条件下，输入电压变化10%,输出电压的变化，单位mV .
输出电阻：100%|0,0O
O I O
V R V T I ∆=⨯∆=∆=∆, 反映负载电流变化I O 对V O 的影响
温度系数：|0,0O
T I V S V I T
∆=∆=∆=∆
纹波电压：是稳压电路输出端交流分量的有效值，它表示输出电源的微小波动。

上述指标愈小，输出电源愈稳定。

B. 稳压管整流电路
图5 稳压二极管稳压电路
设计要求： I R O V V V =+, Z
R D L I I I =+, Z
Z D ZM I I I ≤≤,
(2~3)I O V V =, max min ZM L Z I I I ≥+, 对于电阻R 的选择：（理论书P533）:
Z
I Z
R D R V V I R I I I
-==- 得R 的最大值：
Im max m in Z Z L IN V V R I I -=+，下限值：Im max m in Z ZM L IN
V V
R I I -=+ C ．串联型稳压电路
图6 具有放大环节的串联型稳压电路
D ．三端集成稳压电源
图7 TI公司uA78L00系列内部电路原理图E. 集成稳压电源电路设计
图8常用的三端稳压电源电路设计
图9 输出可调的三端稳压电路实验电路图：见实验教材P177。