直流稳压电源实验报告模拟电子技术

国家电工电子实验教学中心

模拟电子技术

实验报告

实验题目：集成直流稳压电源的设计

学院：电子信息工程学院

专业：通信工程

学生姓名：王斯宇

学号：

任课教师：佟毅老师

2013 年 6 月 2 日

目录

1、实验题目及要求 (1)

实验题目 (1)

设计要求 (1)

2 实验目的与知识背景 (1)

实验目的 (1)

知识点 (1)

3 实验过程 (6)

选取的实验电路及输入输出波形 (6)

每个电路的讨论和方案比较 (8)

分析研究实验数据 (11)

4 总结与体会 (12)

通过本次实验能力得到提高，解决问题印象深刻，创新点 (12)

对本课程的意见与建议 (13)

5 参考文献 (13)

1、实验题目及要求

实验题目：集成稳压电源的设计

设计要求

（1）设计一个双路直流稳压电源。

（2）输出电压Vo=±12V，+5V最大输出电流Iomax=1A

（3）输出纹波电压ΔVop-p≤5mV, 稳压系数Sv≤5×10-3。

2 实验目的与知识背景

实验目的

（1）掌握集成稳压电源的实验方法。

（2）掌握用变压器、整流二极管、滤波电容和集成稳压器来设计直流稳压电源。

（3）掌握直流稳压电源的主要性能参数及测试方法。

（4）进一步培养工艺素质和提高基本技能。

知识点

（1）实验设计思想

本实验基本设计思想是根据设计要求，从后向前依次设计电路。小功率稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分电路组成。变压器将220V电压转换为所需低电压，整流桥可将正负交流电转换为只有正向，而滤波电路通过利用电容充放电的功能使电压趋向于平滑。最后再由三端稳压器，使输出电压稳定为所需值。

设计过程根据要求选择三端稳压器。确定电源变压器副边电压V2的值根据稳压器的输入电压和桥式整流滤波电路的电压关系，设计、计算出变压器付边的电压值。滤波电容的选用可根据技术要求和电网变化情况，设计、计算其电容量和耐压值，然后查有关手册选定电容的标称值和耐压值以及电容型号。

桥式整流二极管的型号确定：

根据桥式整流和电网变化情况，计算或估算出二极管的最高反向电压VRM和最大工作电流Iomax，再查有关手册确定所选用的二极管型号。电源变压器的选择根据付边电压和输出电流选择变压器。

（2）直流稳压电源的基本原理

直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成。

基本框图如下。各部分作用：

直流稳压电源的原理框图和波形变换

（3）各单元电路原理：

①电源变压器T的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压U i。变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n，式中n是变压器的效率。

电源变压器的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需的低电压。由于输出有±12V，因此变压器择双输出，如下图。

②整流电路：整流电路将交流电压U i变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。

全桥的正向电流有、1A、、2A、、3A、5A、10A、20A等多种规格，耐压值（最高反向电压）25V、50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、800V、1000V等多种规格。长脚对应1。

整流电路参数：

输出电压平均值：

2

2

02

)

(0

9.

2

2

)

(

sin

2

2

1

U

U

wt

td

U

U

AV

≈

=

=?π

ω

π

π

输出电流平均值：L

L

AV

AV R

U

R

U

I2

)

(0

)

(0

9.0

≈

=

平均整流电流：L

L

AV

AV

AV

D R

U

R

U

I

I2

)

(0

)

(0

)

(

45

.0

2

2

≈

=

=

最大反向电压：2

2U

U

RM

=

整流二极管的选择（考虑电网10

±%波动）：??

?

?

?

>

>

2

2

2

1.1

1.1

45

.0

U

U

R

U

I

R

L

F

③滤波电路：

各滤波电路C满足R L-C=(3~5)T/2，式中T为输入交流信号周期，R L为整流滤波电路的等效负载电阻。

滤波电路参数

二极管导通角θ：

滤波电容的选择：

2)(02.1,2)

5~3(U U T

C R AV L ≈=

一般选择几十至几千微法的电解电容，耐压值应大于2256.121.1U U =。

④稳压电路：

常用的稳压电路有两种形式：一是稳压管稳压电路，二是串联型稳压电路。二者的工作原理有所不同。稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。它一般适用于负载电流变化较小的场合。串联型稳压电路是利用电压串联负反馈的原理来调节输出电压的。集成稳压电源事实上是串联稳压电源的集成化。实验中为简化电路，我们选择集成稳压器（三端稳压器）作为电路的稳压部分。集成稳压器的W7800系列输出正电压5V 、6V 、9V 、12V 、15V 、18V 、24V ，输出电流为1.5A （W7800）、0.5A （W78M00）、0.1A （W78L00）；W7900系列输出负电压-5V 、-6V 、-9V 、-12V 、-15V 、-18V 、-24V ，输出电流为1.5A （W7900）、0.5A （W79M00）、0.1A （W79L00）。

T/2

L78、79系列集成稳压器是一种有广泛用途的三端集成稳压器。W78系列三端集成稳压电路具有固定输出正电压，L79系列三端集成稳压电路具有固定输出负电压。这两个系列稳压器都具有较完善的短路和限流保护、过热保护和调整管安全工作区保护电路，因而他的工作是比较可靠的。字母后面的数字表示输出电压，电压等级：5V、

6V、8V、12V、15V、18V、24V 。如设计一个输出

A

1

,

12最大电流

V

的线性直流稳

压电源，选择L7812、L7912。

实物示意图以及管脚接法

3 实验过程

选取的实验电路及输入输出波形（1）备选方案一：

（2）备选方案二：

每个电路的讨论和方案比较

一共列出两个备选方案，其整流电路、滤波电路相同，稳压电路二者有所不同。备选方案一设计较为简单，运用两个三端稳压电路芯片；备选方案二设计较为复杂，运用了三个三端稳压电路并加入了辅助二极管元件，可以保证电路的安全。

（1）先计算并确定元件参数：

①变压器选择：变压器选择双15V变压，考虑到电流不需要太大，最大电流为2A，实际选择变压器输出功率为30W，可以很好地满足要求。

②整流桥：考虑到电路中会出现冲击电流，整流桥的额定电流时工作电流的2~3倍。选取RS301（100V,3A）即可，实际购买过程中选择了2W10也符合设计要求。

③滤波电路：考虑到对纹波电压要求比较高，所以选择了2200uF、耐压值为25V的电解电容。

④为了防止负载产生冲击电流，故在输出端加入220uF、耐压值为25V的电解电容。

⑤为防止电源输出端短路，需安装保险管；为防止W芯片因过热而烧坏，需加装散热片。

（2）在焊电路板之前先对整流电路、滤波电路以及方案一的稳压电路进行仿真。结果如下：

①整流电路输出

V1220 Vrms 50 Hz 0°

D1

3N259

1

2

4

3

C12.2mF

C32.2mF

T1

TS_AUDIO_VIRTUAL*

C7330nF

C8330nF

10

8

4

0XSC1

A

B

Ext Trig

+

+

_

_

+

_

9

7

②滤波电路输出

③稳压电路输出

V1220 Vrms 50 Hz 0°

D1

3N259

1

2

4

3

C12.2mF

C32.2mF T1

TS_AUDIO_VIRTUAL C7330nF

C8330nF

U1LM7812CT

LINE VREG

COMMON

VOLTAGE

LM7912CT

LINE

VREG

COMMON VOLTAGE 6

3

2

5

1

A B

Ext Trig

+

+

_

_

+

_

4

7

可以看到输入的正弦信号经过整流、滤波、稳压后最终得到我们所需要的直流电压

所以选取方案一便可满足设计要求。

（3）实验中遇到的问题：

但是在真实实验过程中，电解电容发生了击穿现象。

（4）现象出现原因分析：

其整流电路部分的保护部分欠缺，

（5）解决方案：

最后选取了备选方案二，使用三个三端整流电流，并在每个电路两端加上一个二

极管进行保护作用。实验后未再出现击穿烧毁现象。辅助二极管元件起到了作用。分析研究实验数据

（1）测量稳压电源输出的稳压值及稳压范围

首先使调压器的输出为0V，通过示波器或万用表观测稳压电路的输出，然后调节调压器的输出，使输入到变压器的交流电压逐渐增加，当稳压电路输出的直流电压值不再随着调压器输出电压的增加而改变时，此时电路输出的直流电压值即为稳压电源的稳压值。

使稳压器输出在稳压值上的输入电压范围为稳压电路的稳压范围。

测得：

输出端正电压Uo1= Uo2= ；输出端负电压Uo3=

实验数据与预期的“输出端正电压Uo1=+ Uo2=+ ；输出端负电压Uo3=”有较小的差值，而Uo1、Uo3均有向下偏移现象。

（2）测量稳压电源的纹波电压和纹波因数

纹波电压是指在额定负载条件下，稳压电源输出直流电压中所含的交流分量。

在交流电压为220V，负载电流最大（额定输出电流）的条件下，用示波器分别测量稳压电源的输入纹波电压和输出纹波电压。

输出纹波电压(正)ΔUop-p1= mV ΔUop-p2=

（负）ΔUop-p3=

波纹电压偏大，而仿真电路中比较正常，其原因可能是焊接技术不够精准，导致误差。

4 总结与体会

通过本次实验那些能力得到提高，那些解决的问题印象深刻，有那些创新点。

本学期一开学，模拟电子技术这门课就成为我的心头第一件事。以前经常听学长学姐说：“模电”就是“电魔”，学不好就容易死。刚刚接触这门课的时候，感觉跟上学期学的“电路分析”有相通之处，进一步解释了二极管、三极管的原理，后来又引入了运算放大器等上学期十分神秘的器件，难度也随之增大。

从第七周开始就开始了有模拟电子技术实验，怀着忐忑的心理来到实验室，发现示波器的调节是最基本的一项技能，第一次负反馈实验就令我焦头烂额，没出波形令人十分苦恼，在之后的补做实验中才得以出现。之后两次的实验，我都做了十分充分的预习，结果也是一喜一忧，模拟电子技术实验的可怕之处已经深深烙印到我的心上。

经过三次实验之后，就到了设计性试验。一开始得到的消息是做两个设计性实验，一个是本次论文的主角“集成直流稳压电源”，另一个是“语音放大器”。可是后来又将第二个实验改成了“非线性失真的研究”。

集成直流稳压电源是我们所做的第一个设计性实验，所以刚开始时都有些无从下手，总觉得有很多问题，比如电路如何设计，需要哪些元件，参数如何选取等等。

后来，我们整理了下思绪，首先非常仔细的研究了下老师给的PPT里的内容，借助老师所给的电路结构，确立了变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路四个部分，然后查阅模电实验的教材，拟定了所需要的元件及元件的的参数。

其中不得不要说一句，网上查找资料确实为我们提供了很多便利，许多参数前人都已有相关总结，再加上电子信息工程学院科学技术协会有模拟电子技术实验所需的元件库。

元件库中的元件型号也并不太多，这是我们眼前一亮。

大一的时候曾经学习过“电类工程素质训练”，焊接过电路板以及万用表，对焊接的基本知识还是比较了解的。但此次电源设计的焊接并不理想。

起初买电路板时听别人说有单联板和三联板，感觉三联板更高级，但是买的时候买成了单联板，曾经很是郁闷。但是焊接后期听到许多同学抱怨三联板总是短路，一不细心就出问题，方知自己傻人有傻福，买单联板踏踏实实焊接才是硬道理。

此次焊接与万用表焊接差别很大。需要自己布线。我一一将元件焊接好后选择布线，总是把线弄得很长很不美观，只好拆掉重新焊接。

有了一些布线的经验后，电源焊接基本结束。但是发现买的芯片和散热片无法紧密连接，于是就强行用焊锡、胶带使他俩连接在一起。最后接上220V电压进行测试。测试途中未断掉电源就拔掉了示波器与导线相连的部分，结果产生大量电火花，电路中的元器件异常发热，重新连接之后波形全部异常，我们了解到元件被烧坏了。也为我们提醒：连接电源时不能随意拆卸导线。并且散热器需要正确安装。

经过这次教训之后，我们改进了电路，加入了二极管辅助，并且加入了保险管。最终测得了论文中的较令人满意的数据。这才大功告成。

此次电源设计，让我们亲身体验了如何用空白的电路板，进行自己所需的电路设计。虽然过程十分艰辛，但是经过老师的指导和伙伴的努力，终于完成了，同时对我们模拟电子技术这门课的学习有更好的帮助。

对本课程的意见与建议

本课程对学生的实验操作锻炼有十分重大的帮助。前三个实验感觉比课程进度稍微提前了些，可能对原理还不太清楚。并且模拟电子技术实验期末焊电路板等工作工程量有些大，对期末复习相对有些影响，建议将焊电路、设计电路等工程训练类课程放到小学期踏踏实实训练。

5 参考文献

1、《电子电路实验及仿真》路勇北京交通大学出版社清华大学出版社

2、《电子技术基础实验与课程设计》高吉祥电子工业出版社