整流与稳压

3.10 整流与稳压一、实验目的1． 熟悉三端式集成稳压器的主要性能；2． 掌握变压器变压，桥式整流，电容滤波，三端式集成稳压器稳压的小功率直流稳压源的设计；3． 学会稳压电源的调试与测量方法。

二、实验原理直流稳压电源一般由电源变压器，整流，滤波和稳压电路等四部分组成。

电压变压器是将电网220V 的交流电压变为所需要的电压值送入整流电路，整流电路再将交流电压变成脉动的直流电压。

滤波电路是将脉动的直流电压的纹波加以滤除，得到平滑的直流电压。

稳压电路的作用是当电网电压波动，负载和温度变化时，能维持输出直流电压的稳定。

1． 桥式整流电路利用二极管的单向导电特性，将交流电压变换为单向脉动直流电的电路，称为整流电路。

如图3-10-1所示。

(b)波形图T r(a)原理图图3-10-1 桥式整流电路图中，T r 为电源变压器，它将电网交流电压V 1变成整流所需的交流电压V 2。

接成电桥形式的二极管D 1~D 4为整流元件，也可用整流桥堆代替，原理相同。

RL 为整流电路的负载电阻，其两端的电压V o 为整流输出电压。

由原理可知，V 2的正，负半周都有整流电流流过负载。

因此，该电路常又称作全波桥式整流电路。

其整流输出电压的平均值，我们可求出，即 2209.022V V V ==π3-10-1相应地，二极管的平均电流Lo D R V I I ⋅==2210 3-10-2二极管在截止时所承受的最大反向电压22V V RM = 3-10-3我们在选用整流二极管时，其最大整流电流和最高反向电压应分别大于以上两式计算出的I D 和V RM 值。

如果是选择桥堆，我们则应关心最大工作电流和最大反压，反压值计算同上式，但电流是指能提供给负载的最大电流，应高于计算值。

2． 滤波电路一般较常采用的是电容滤波电路，电路如图3-10-2所示，输出电压波形图反映的是电路稳态时的结果。

(a)原理图Vo(b)输出波形图图3-10-2桥式整流滤波电路从波形图上可以看出，要保持一定的输出电压，或输出纹波较小，其放电时间常数应足够大，要满足关系式fT R L 21)5~3(2)5~3(=≥ 3-10-4式中T 和f 为电网电压的周期和频率，频率通常为50Hz 。

输出电压与输入电压之间一般可取 V o ≈1.2V 23.集成三端稳压器集成三端稳压器具有体积小，外围元件少，调整简单，使用、方便且性能好，稳定性高，价格便宜等优点，因而获得越来越广泛的应用。

常见的有固定式和可调式两类集成三端稳压器，内部多以串联型稳压电路为主，加上适当的过流，过热等保护电路。

一般固定式较便宜，可调式较贵些，性能也好些，功率相对也较大。

⑴固定式三端稳压器主要以7800系列(输出正电压)和7900系列（输出负电压）为多。

型号中数字前一般都有字母数位，代表生产厂家或某中标准，后两位通常表示输出电压大小，详细说明可见附录部分。

图3-10-3是外形图和电路中表示符号。

如散热片后允许功耗7.5w ，普通最大输出电流1.5A 。

13VoV o(b)电路符号图3-10-3 固定式集成三端稳压器(a)外形图a ． 基本应用电路图3-10-4所示为基本应用电路。

具体型号应根据输出电压大小和极性选择。

V I 和V o 间的压差，即|V I -V o |≈3~5V 。

图中C 1用于抑制芯片自激，应尽量靠近稳压器管脚；C 2用于限制芯片高频带宽，减小高频噪声。

V IoVI o图3-10-4 固定式三端稳压器基本应用电路如果对输出要求高，还应接10μ以上的电解电容作滤波用。

b ． 扩展应用电路图3-10-5是正负电压输出型稳压电路。

图3-10-5正负输出稳压电路图3-10-6(a),(b)输出电压扩展电路的两种类型。

（a ）提高输出应用一（b ）提高输出应用二图3-10-6对图3-10-6(a)，有 212)1(R I R R o V V D o ++'= 3-10-5一般选择R 1和R 2使I R1>>I D ，则V o 可近似表示成)1(12R R V V o o +'≈ 3-10-6一般I D =5mA,故I R1选50~100mA 即可。

oV '是稳压器本身输出电压。

图3-10-6(b)中D 为保护二极管，其输出电压为V o =oV '+V z 3-10-7 图3-10-7为输出电压可调式稳压电路，其输出电压为o V R R R R V w o '+"+=211)1( 3-10-8+-V o改变R w ，就可调节V o 。

⑵可调式三端稳压电路常见产品有LM317,LM337等，国产型号CW317,CW337。

后二位数字为17，则为正电压输出，若是37，则为负电压输出。

其特点是输出电压可连续可调，调节范围较宽，其电压调整率，负载调整率等指标均优于固定式三端稳压器。

图3-10-8为其外形图和电路符号。

123（a）外形图VIADJ=1.25vo(b)电路符号图3-10-8 可调式集成稳压器图3-10-9为其典型应用电路，可调范围1.2~3.7V ，最大输出I o =1.5A(普通型)。

（a）正电压输出电路（b）负电压输出电路图3-10-9 可调式集成稳压器典型应用在忽略调整脚电流I A (≈0.05~0.1mA)时，可得)1(25.11R R V wo += 3-10-9式中，1.25是输出与调整端之间的参考电压V REF 。

R 1的选择应使流过其自身的电流远大于I A 。

一般取R 1=120~240Ω,R W 使用多圈电位器，C 2可进一步减小输出电压的纹波。

二极管D 是防止输出端与地短路时，C 2上的电压损坏稳压器。

4． 稳压器主要性能指标⑴稳压系数s 又称输入稳定系数，反映输入电压V i 变化时输出电压维持不变的能力。

s 越小，说明稳压性能越好。

一般 s= 4210~10--⑵电压调整率s v 仅考虑输入电压变化所引起的输出电压相对变化量，即100⨯∆=oov V V S ﹪ 3-10-10⑶电流调整率 s I 仅由输出电流的变化引起的输出电压的相对变化量，即100⨯∆=ooI V V S ﹪ 3-10-11⑷纹波抑制比s R 在输入输出条件不变时，输入纹波电压的峰-峰值V ip-p 与输出纹波电压的峰-峰值V op-p 之比，即 pop p ip R V V S --=lg20 3-10-12实验中用测量的各交流分量代替输入输出纹波电压，求出s R .5． 电源的一般设计方法通常直流稳压电源设计以使用为主，采用模块化设计。

尽量采用现成的元器件。

例如，一稳压电源要求输出15V 的正电压，Io ≤1A ，其设计过程如下，⑴先选择稳压器，采用固定输出式三端集成稳压器7815，其输入直流电压V I =（3~5V ）+15V 取V I =20V ⑵确定输入变压器由式（3-10-5）可知 V I =1.2V 2=20V , 由此可得V 2=20/1.2=16V 式中，V 2为交流有效值。

再根据输出电流I o ≤1A ，算出变压器的功率P=16w 。

实际可选择220V 的电源变压器输出电压15~18V 范围内，功率约为20~25w 即可。

电源变压器可查相关手册，一般给出相应的标称系列。

⑶ 确定整流二极管或桥堆二极管或桥堆耐压应最好V RM >V V 45222= ,一般耐压以50V 为进阶单位。

故选择满足I o =1A ,V RM >50V 要求即可。

就是高一档，价格基本一样。

整流管用IN4001或IN4002就能满足。

⑷滤波电容器由式（3-10-4）和I o =1A 可得15001)5~3(15121)5~3(⨯=⋅≥f C取C=150013⨯=2000μ, 取标称值C=2200μ. 如果负载变动频繁，在7815输出也可接-10μ~100μ的电解容。

电路可参考图3-10-5。

三、 设计任务1．技术要求输出电压U O=±12V输出电流I O≥0.5A2．预习要求⑴参照教材有关内容，熟悉稳压电路工作原理⑵依据实例，设计出符合技术要求的稳压电源⑶初步拟定一般的调试过程3．完成要求⑴基本要求调试并完成正电压输出或负电压输出稳压电源，指标符合要求⑵一般要求调试并完成稳压电源的正负电压输出，指标符合要求⑶提高要求调试并完成正负锻压可在12V左右连续可调的稳压电源，输出电流应大于105A。

四、调试步骤电源电路由于元件少，线路简单，所以应力求保证连线正确，特别是桥堆，要分清交流输入端和直流输出，否则会引起变压器短路。

三端稳压器要检查三个脚不能接错。

7800系列和7900系列1，2脚连线刚好相反，切忌弄错。

滤波电解电容一定要分清正负极性，否则会产生爆炸。

一般是正端接高电位，负载接低电位。

接通电源后，首先静态几分钟，如无异常，无怪味，方可进入正常测试。

否则应断开220V电源，排除故障。

电路无故障，测量相应点波形，一般为变压器输出或桥堆输入交流波形及大小，整流滤波输出或稳压器输入波形及电压大小，最后输出电压大小及纹波电压大小，测量时在额载荷下进行，速度要快。

若要观察滤波电容变化对输出影响，可在断开电源后更换。

五、实验报告要求1．写出调试报告，并给出各点波形和电压值。

2．完成最终调试好的稳压电源电路图3．问题讨论与分析六、思考题1．集成稳压器不加散热片，能否正常工作？为什么？2．桥堆输入端和输出端接反时有什么现象？请分析。

七、仪器及器件1．仪器设备⑴双踪示波器一台⑵数字三用表一只⑶电源变压器一只⑷实验板一块2．主要元器件⑴7812，7912各一只⑵桥堆一只⑶电解电容2200μ一只⑷电阻，电容和导线等若干。