稳压直流电源实验报告1

可调直流稳压电源

信院电子系

2011-11-7

摘要

可调直流稳压电源由电源变压器，桥式整流电路，滤波器，稳压电路四部分电路组成。城市电网提供的一般为220V（或380V）/50HZ的正弦交流电，电源变压器的作用是将电网交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压。然后再将其次级输出电压去整流、滤波和稳压，最后得到所需要的直流电压幅值。本次实训通过可调直流稳压电源的设计、安装和调试，要求学会：（1）选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压源；（2）掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。且输出电压在1.5V-12V范围内连续可调，输出电流最大可达1A;输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于3%，输出电阻小于。整个电路采用可调三端集成稳压器W7805和W7905。

关键字：变压器，滤波器，稳压块

一、 实验原理

（1）实验原理图

如下图1所示为整个电路设计的原理框图，220v 交流电通过变压器，整流器，滤波器和稳压电路之后，就变可以提供连续可调的直流输入电压。

图1 原理框图

（2） 电路原理图

下图2为整个电路的原理图。

12J1IN

12

J2OUT

T1

220V/15V 1

2

3

4

D0

C1

1200u F

C310u F

C4100u F

C20.33uF

Vin 3

G N D

1

Vo ut

2V1LM317D1

D2

R1240

11

2

2

W

3

RP12.2K

RP2220

.

.

.

图2 电路原理图

（3 ）工作原理

城市电网提供的一般为220V （或380V ）/50HZ 的正弦交流电，电源变压器的作用是将电网交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压。然后再将其次级输出电压去整流、滤波和稳压，最后得到所需要的直流电压幅值。 下图3为变压器符号图。

电源变压器整流电路

滤波电路稳压电路

图3 变压器符号

变压器部分参数介绍 a ）电压比

初、次级电压和线圈圈数具有以下关系，即:

b ）效率

在额定功率时，变压器的输出功率和输入功率的比值称为变压器的效率，即:

变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系，通常功率越大，损耗就越小，效率也就越高；反之，功率越小，效率也就越低。 c ）额定电压

指在变压器的初级线圈上所允许施加的电压，正常工作时，变压器初级绕组上施加的电压不得大于规定值。 d ）额定功率

额定功率是指变压器在规定的频率和电压下能长期工作，而不超过规定温升时次级输出的功率。 e ）调整率

变压器的调整率=（空载电压-满载电压）/满载电压。一般10W 以下变压器的调整率在20%以上，要想在使用中降低变压器的调整率，只有选大一些的功率变压器，如3W 的变压器的调整率为28%，使用功率为1.5W 。

（4） 整流电路

桥式整流电路的作用是利用单向导电性的整流元件二极管，

将正负交替的正

.

.

.

...

...

...

.

.

..

.

.22

11

U N K U N ==21

100%

P P η=?

弦交流电压整流成为单向脉动电压。但是，这种单向电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差得很远。下图4为整流电路。

图4 整流电路

（5）滤波电路

滤波电路由电容、电感等储能元件组成。它的作用是尽可能地将单向脉动电压中交流成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。如下图5所示为滤波电路。

图5 滤波电路

（6）稳压电路

稳压电路的作用是采取某些措施，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。

随着集成技术的发展，稳压电路也迅速实现集成化。目前已能大量生产各种型号的单片集成稳压电路。集成稳压器具有体积小，可靠性高以及温度特性好等优点，而且使用灵活，价格低廉，被广泛应用于仪器，仪表及其它各种电子设备中，特别是三端集成稳压器。如下图6为稳压块实物图。

二、元器件选择

1、输出电压调整

2、确定R2’值 由设计性能知

即： (粗调)

(细调)

2、R1的选定(180Ω ~250Ω)

1) LM317稳定工作要求的最小电流为： Iomin 〞=1.5mA~5mA （安全）

'max 2'

11o o U R U R ∴-=C310uF

C4100uF

C20.33uF

Vin

3

GND 1

Vout

2

V1LM317D1

D2

R1240

RP12.2K

RP2220

o I }

2R L

R ''

o I o

U 1 1.5p R k =Ω2220p R =Ω'

max 21'

12

(

1)(1)20017201.25

o o U R R U =-=-?=Ω

R 2'

R p1R p2

1500220

'

'

2max 1

12(1)o o R U U R ==+?''''''''

1212''

''

212 1.25

11

()()()(1)o o o o o o R o o U U U U I R I R R R I U R

R R U R R ==+=+=+=+=+

2) 证明

3) R1取值过小会使LM317的

电流分流过多,导致IL 下降 ，所以R1的下限取为180Ω。

4、LM317性能

LM317 是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。

（1）输出电压范围是1.2V

至37V ，负载电流最大为1.5A ，

典型线性调整率0.01%，典型负载调整率0.1%，80dB 纹波抑制比，输入输出电压差≥2V 。

（2）使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。

（3）内置有多种保护电路，如过载保护，输出短路保护，过流、过热保护，调整管安全工作区保护。

（4）通常不需要外接电容，除非输入滤波电容到LM317 输入端的连线超过 6 英寸（约 15 厘米）。使用输出电容能改变瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。

（5）另有许多特殊的用法。比如把调整端悬浮到一个较高的电压上，可以用来调节高达数百伏的电压，只要输入输出压差不超过LM317的极限就行。当然还要避免输出端短路。还可以把调整端接到一个可编程电压上，实现可编程的电源输出。

'31max

''min 1.25()102505

o o U R I ==?=Ω.

C1

1200u F

C3

10u F

C4100u F

C20.33uF

Vin

3

G N D

1

Vo ut

2V1

LM317D1

D2

R1240

11

2

2

W

3

RP12.2K RP2220

.

.

5、整流桥

由于整流电路通常为桥式整流电路，故一些公司将4个整流二极管封装在一起，这种组件通常称为整流桥（Bridge Rectifier ）或者整流全桥（简称全桥）。 整流桥选用型号：平均电流为 2A （2W10，2W06等）。

注：在选取元件时，若没有全桥，也可用4个整流二极管连接代替。 6、电容的选取

C1：滤波，C1=1200 μF ； C2：抑制自激振荡， C2=(0.1～0.3)μF/63V ；

C3：滤波，用以

减小输出电压的波纹电压(即输出电压中的交变电

压分量)。

C3=10uF/16V ；

C4：滤波作用，使Uo 中的波动减小;C4=100μF/16V 。 6.二极管及电位器的选取

D1：选用1N4001或1N4007。

作用：无D1时，C3上的电压UC3>U1时, C3的放电回路是：C3→R1→D2→C2→ C3，即在R1上将建立一个下正上负的电压UR1’，在LM317的公共端产生一个反向倒灌电流I 反使其损坏。接入D1后，使UR1’=UD ≈0.7V ,I 反↓→保护LM317。

1

2

3

4

D1

B R I DGE1

AC

1

V+

2

AC

3

V-4

D2B R I DGE2

.

.

.

.

D2：选用1N4001或1N4007。作用：无D2，当LM317输入端元件短路时，出现UI

①电解电容的引脚(C1,C3,C4)

正负极引脚的判定：长脚为正极，短脚为负极，在电解电容的表面还印有负标志。

应用时：正极→接直流高电位，负

极→接直流低电位；

容量，耐压应满足电路要求；

安装时：应将引脚拉直，直插入焊孔内，紧贴电路板.

注：其有效期大约三年左右，以后C 值会下降。

②使用电容器注意事项

(1)电解电容器的正、负极不能接反。当电压高于2V 时，若电解电容器上

的电压极性接反，则氧化层将裂解，电解质显著发热，导致形成气体而可能引起爆炸。

.

C1

1200u F

C310u F

C4100u F

C20.33uF

Vin

3

G N D

1

Vo ut

2V1

LM317D1

D2

R1240

11

2

2

W

3RP12.2K RP2220

.

.

(2)电路工作电压不能高于电容器额定电压。根据电路工作电压的有效值，计算出峰值电压，峰值电压不能高于电容器额定电压。否则引起爆炸。

(3)铝电解电容器滤波时应并联一个0.1-1uF的独石电容，因为铝电解电容器的固有电感大，高频滤波效果差，所以应并联一个0.1-1uF的电容，滤除高频分量。铝电解电容器当温度低于-20℃时，容量将随温度的下降而急剧地减小，损耗则急剧上升；当温度超过+40℃时漏电流迅速增加。使用时应注意温度范围。

(4)试验用的大容量电容器，当试验电压较高时，做完试验要及时放电。因为其自身放电较慢，防止触模时遭电击。

使用电阻注意事项

(1) 阻值及允许偏差

所选电阻器的电阻值应接近应用电路中计算值的一个标称值，应优先选用标准系列的电阻器。一般电路使用的电阻器允许偏差为±5％-±10％。精密仪器及特殊电路中使用的电阻器，应选用精密电阻器。

(2)功率

电阻的额定功率应大于电阻的实际功率，否则电阻容易被烧毁。额定功率应为实际功率的1.5-3倍。线绕电阻器的功率较大，电流噪声小，耐高温，但体积较大。普通线绕电阻器常用于低频电路或电源电路中作为限流电阻器、分压电阻器、泄放电阻器或大功率管的偏压电阻器。精度较高的线绕电阻器多用于固定衰减器、电阻箱、计算机及各种精密电子仪器中。

(3) 电压

电阻在电路中两端的电压应小于电阻的最大工作电压，否则电阻将发生电击穿，导致电阻损坏。

(4)湿度、温度

当环境温度高于额定温度时，应降负荷使用，当环境湿度较大时，应选用耐湿性好的玻璃釉电阻器。

(5)频率

高频电路应选用分布电感和分布电容小的非线绕电阻器，如碳膜电阻器、金属膜电阻器和金属氧化膜电阻器等。

(6)噪声

高增益小信号放大电路应选用低噪声电阻器，如金属膜电阻器、碳膜电阻器和线绕电阻器，而不能使用噪声较大的合成碳膜电阻器和有机实心电阻器。

③整流桥

☆应用时注意其允许通过的最大电流和允许外接的最高反压。

规格:0.5A,1A,1.5A,2A,3A,5A,10A,20A,35A,50A.

耐压:25V,50V,100V,200V,300V,400V,500V,600V,800V,1000V ☆全桥好坏的管判别

将万用表置R×10k挡，交换表笔分别测l、2（交流）之间的电阻，若示值均为无穷大．则说明四只子没有短路的。万用表置R×1k挡，测量3、4（+、-）间的正向电阻，一般为8-I0k。若测得的正向电阻小于5k或大于l0k，则桥中的二极管可能有损坏的。

注：整流桥是四个二极管的小规模集成电路，小巧方便，占用空间小，但功率不可能过高，适用于对功率要求不高的小型用电设备。对于大功率用电设备，常采用四个二极管组成的桥型整流电路，该电路应用范围更为广泛，本实验中也可用该电路进行整流。

④二极管

二极管：IN4001,IN4007

注：用数字万用表的二极管挡检测二极管，将数字万用表挡位开关放置在二极管挡，然后将二极管的负极与数字万用表的黑表笔相接，正极与红表笔相接，此时显示屏上即可显示二极管正向压降值。不同材料的二极管，其正向压降值不同：锗二极管为0.1～0.3V，硅二极管为0.4～0.7V。

用数字万用表的二极管挡检测二极管时，若表笔接反（正极与黑表笔相接，负极与红表笔相接），则屏幕上会显示“OL”或者“超载”（在二极管正常的情况下），该数值为二极管的反向压降。

⑤三端可调稳压器

应用注意事项:

(1)在装入电路前，一定要清楚各端子的作用，避免接错。

(2)稳压器的输入端要尽量靠近滤波电容C1，以免线路受分布参数影响，

引起输入端的高频自激。

(3)R1应紧靠输出端②脚，否则输出电流在引线上的压降改变R1上的电压，使其偏离1.25v，影响输出电压稳定。

(4)使用时．对要求加散热装置的，必须加装符合要求尺寸的散热装置。

(5)严禁超负荷使用。

(6)为确保输出电压的稳定性，应保证最小输入输出压差，为确保安全，又要注意最大输入输出压差范围不超出规定范围。

(7)安装焊接要牢固可靠，避免有大的接触电阻而造成压降和过热。

三、测量结果

最大输出电压为12.60V。

最小输出电压为1.24V。

随机为8.12V，电流为0.16A。

纹波电压1.3mv。

四、总结

通过本次可调直流稳压电源的设计，使我们了解了电路板制作的一般流程，同时也使我们理论联系实际，使我们更加深刻的学习了理论知识，另外，通过运用Protel99se软件画原理图，不但使我们熟悉了绘图技巧，而且也使我们PCB 板的制作，加强了我们的动手能力。