实验313 整流滤波稳压电路.doc

第3章 低频电子线路实验实验3.13 整流、滤波、稳压电路一、实验目的（1）熟悉直流稳压电源的组成及各部分电路（整流、滤波、稳压）的工作原理。（2）掌握直流稳压电源的主要性能指标的测量方法。二、实验设备及材料万用表、双踪示波器、交流毫伏表、交流调压器、线绕可变电阻器、实验电路板。三、实验原理1、直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成包括电源变压器、整流、滤波和稳压四个部分。电源变压器把220V交流电变换为整流所需的合适的交流电压。整流电路利用二极管的单向导电性，将交流电压变成单向的脉动电压。滤波电路利用电容、电感等储能元件，减少整流输出电压中的脉动成分。稳压电路实现输出电压的稳定。常用整流电路有半波整流、全波整流和桥式整流三种。经过半波整流后的直流电压约为：0.45U2，经过全波或桥式整流后的直流电压约为：0.90U2（U2为电源变压器副边电压的有效值，下同）。常用的滤波电路有C型、RC或LC倒型和型滤波电路。结构最简单的是C型滤波电路，在整流电路后加上滤波电容组成。滤波电容的选择要满足RLC（35）T/2，此时输出纹波电压峰峰值Urp-pILT/2C，其中：T为输入交流电周期；RL为负载电阻；IL为负载电流。一般情况下，全波整流电容滤波电路输出电压约为（1.11.2）U2。稳压电路可采用分立元件或集成稳压器。集成稳压器输出电压有固定与可调之分。固定电压输出稳压器常见的有：LM78（CW78）系列正电压输出三端稳压集成块和LM79（CW79）系列负电压输出三端稳压集成块。可调式三端集成稳压器常见的有：LM317（CW317）系列正电压输出稳压集成块和LM337（CW337）系列负电压输出稳压集成块。图3.13.1 LM7812典型应用电路本实验采用固定三端稳压集成块LM7812，输出电压12V，输出电流0.11.5A（TO-220封装），稳压系数为0.005% 0.2%，纹波抑制比为56 68dB，输入电压为14.5 40V。三个端子分别为输入端IN、接地端COM和输出端OUT。典型应用电路如图3.13.1所示。图中Ci可防止由于输入引线较长带来的电感效应而产生的自激。Co用来减小由于负载电流的瞬间变化而引起的高频干扰。C2为较大容量的电解电容，用来进一步减小输出脉动和低频干扰。2、直流稳压电源的主要性能参数及其含义（1）输出电压Uo和输出电压调节范围Uomin Uomax （2）最大输出电流IomaxIomax是指稳压电源输入不变的情况下，因为负载减小使输出电压下降5%时的输出电流。（3）输出电阻RoRo定义为：当输入电压Ui（稳压电路输入）保持不变的情况下，由于负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流变化量之比，即 （3-13-1）（4）稳压系数S（电压调整率K）。稳压系数S定义为：当负载保持不变时，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比，即 （3-13-2）由于工程上常常把电网电压波动10% 作为极限条件，因此也有将输入电压（220V）变化10% 时输出电压的相对变化Uo/Uo作为衡量指标，称为电压调整率K。 （3-13-3）（5）纹波电压Ur纹波电压是指在额定负载条件下，输出电压中所含交流分量的有效值（或峰峰值）。3、实验电路图3.13.2 直流稳压电源实验电路实验电路图3.13.2所示。其中D1D4构成桥式整流电路。C、C1是滤波电容，C2用来防止输入引线可能产生的自激振荡，C3用来抑制高频干扰，C4减小输出电压中的纹波电压。D5为保护二极管，防止输入端短路时C4的放电损坏稳压集成块，正常工作时D5处于截止状态。图3.13.2实验电路中的T1、T2、R1、R2、R3组成输出电流扩展电路，可使输出电流达到2A。四、实验内容 按图3.13.2连接电路，把交流调压器Tr旋到零位置。在实验过程中注意按要求连接电路，经检查无误方可接通交流电源，再把调压器Tr旋到需要位置；更换电路时应切断电源后再接线，以确保安全。1、整流滤波电路测量（验证性实验）（1）连接A、D，接成桥式整流电路。调节调压器，用万用表交流电压档监测变压器Tr次级输出，使变压器次级输出交流电压U2 =24V。万用表直流电压档测量全波整流电路在负载为纯电阻（RL=50）时的输出电压Uo1（即A点电压），并用示波器测量u2及uo1波形，记入表3-13-1。（2）连接A、C、D，即接上滤波电容C（=1 000 F/50V），测量全波整流、电容滤波电路在负载为纯电阻时的输出电压Uo2（即A点电压），并用示波器测量uo2和输出纹波电压Urp-p（峰峰值）。记入表3-13-1，比较两次测量结果，并与理论计算值比较。表3-13-1 整流滤波电路测量数据记录整流电路（连接A、D）工 作 波 形测量值理论值相对误差U2 / V24Uo1 / V(纹波电压)Ur /mVp-p整流滤波电路（连接A、C、D）测量值理论值相对误差U2 / V24Uo2 / V(纹波电压)Ur /mVp-p 理论计算公式：Uo1 0.90 U2 Uo2 1.2 U2Urp-p ILT / 2C2、稳压电路的性能测试（验证性实验）进行稳压电路的性能测试时，按图3.13.2连接A、B端，并连接E、F端（短接R1），接入线绕可变电阻器作为负载电阻RL，不接入输出电流扩展电路（断开虚线部分）。（1）测量输出电压Uo、输出电流IO和输出电阻Ro 将变压器交流输入电压调至220V，并使RL=50，测量输出电压Uo。 断开负载（不接可变电阻器），保持220V交流输入电压不变，测量此时的输出电压Uo、输出电流IO，记入表3-13-2，计算Ro。表3-13-2 输出电压、输出电阻测量数据记录测 试 条 件RL /Uo /VIO/mARo = (Uo /Uo -1) RL交流输入电压220V50 Uo=Uo= （2）测量最大输出电流Iomax保持220V交流输入电压不变，用万用表测量稳压器输出电流出Io。调节减小负载RL，测量出使输出电压下降5%时的输出电流，即为最大输出电流Iomax。完成表3-13-3中的数据测量（其中稳压器输入电压Ui即为A点电压），并将测量结果记入。表3-13-3 最大输出电流测量数据记录测 试 条 件U2 /VUi /VUo /VIo /mARL /交流输入电压220V500.95Uo=Iomax=（3）测量稳压系数S 输入交流电压220 V、负载50 ，稳压输出Uo=12V时测量稳压电路的输入电压Ui（即A点电压） 保持50负载不变，改变输入交流电压，变化10 % ，即调节交流输入电压分别为198V和242V时，测量稳压输出Uo和稳压电路的输入电压Ui（即A点电压）。结果记入表3-13-4并计算S。表3-13-4 稳压系数测量数据记录测试条件交流输入电压测 量 值稳 压 系 数S = (Uo /Uo)/( Ui /Ui) 100%Uo / VUi / VRL = 50 220 V12198 V242 V（4）测量纹波电压Ur用示波器测量稳压输出Uo=12V，Io= 0.60.7A时的纹波电压幅度Urp-p，同时用毫伏表测量纹波电压Ur的大小。Io可通过改变RL直接用万用表测量。表3-13-5 纹波电压测量数据记录Uo /VIo /AUrp-p /mV（示波器测量值）Ur /mV（毫伏表测量值）3、输出电流扩展测试（验证性实验）如图3.13.2所示连接A、B端，拆除E、F端之间的连接（接入R1），接入线绕可变电阻器作为负载电阻RL，接入输出电流扩展电路（虚线部分）。测量接入输出电流扩展电路后，稳压电源的最大输出电流Iomax。比较电流扩展前后稳压集成块的发热状况。