实验十整流与稳压.docVIP

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。图中，Tr为电源变压器，它将电网交流电压V1变成整流所需的交流电压V2。接成电桥形式的二极管D1D4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Vo为整流输出电压。由原理可知，V2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 3-10-1相应地，二极管的平均电流 3-10-2二极管在截止时所承受的最大反向电压 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ID和VRM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。 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 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 Vo1.2V2 3.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。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。 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。VI和Vo间的压差，即|VI-Vo|35V。图中C1用于抑制芯片自激，应尽量靠近稳压器管脚；C2用于限制芯片高频带宽，减小高频噪声。 如果对输出要求高，还应接10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3-10-6(a),(b)输出电压扩展电路的两种类型。对图3-10-6(a)，有 3-10-5一般选择R1和R2使IR1ID，则Vo可近似表示成 3-10-6一般ID=5mA,故IR1选50100mA即可。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 Vo=+Vz 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 3-10-8 改变Rw，就可调节Vo。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。图3-10-9为其典型应用电路，可调范围1.23.7V，最大输出Io=1.5A(普通型)。 在忽略调整脚电流IA(0.050.1mA)时，可得 3-10-9式中，1.25是输出与调整端之间的参考电压VREF。R1的选择应使流过其自身的电流远大于IA。一般取R1=120240,RW使用多圈电位器，C2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，C2上的电压损坏稳压器。4 稳压器主要性能指标稳压系数s 又称输入稳定系数，反映输入电压Vi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= 电压调整率sv 仅考虑输入电压变化所引起的输出电压相对变化量，即 3-10-10电流调整率 sI 仅由输出电流的变化引起的输出电压的相对变化量，即 3-10-11纹波抑制比sR 在输入输出条件不变时，输入纹波电压的峰-峰值Vip-p与输出纹波电压的峰-峰值Vop-p之比，即 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sR.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，Io1A，其设计过程如下，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VI=（35V）+15V取VI=20V确定输入变压器 由式（3-10-5）可知 VI=1.2V2=20V, 由此可得V2=20/1.2=16V 式中，V2为交流有效值。再根据输出电流Io1A，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1518V范围内，功率约为2025w即可。电源变压器可查相关手册，一般给出相应的标称系列。确定整流二极管或桥堆二极管或桥堆耐压应最好VRM ,一般耐压以50V为进阶单位。故选择满足Io=1A ,VRM50V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。滤波电容器由式（3-10-4）和Io=1A 可得 取C=2000, 取标称值C=2200.如果负载变动频繁，在7815输出也可接-10100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UO=12V输出电流IO0.5A2 预习要求参照教材有关内容，熟悉稳压电路工作原理依据实例，设计出符合技术要求的稳压电源初步拟定一般的调试过程3 完成要求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