实验十五直流稳压电源的安装与调试

1、实验十五直流稳压电源的安装与调试一. 实验目的1加深理解整流、滤波与稳压电路原理。2掌握稳压电源的主要性能指标及其测试方法。3学习电路安装与调试方法，学习焊接技术。4培养实验方案设计能力。二. 实验预习1复习整流、滤波、稳压电路的工作原理，熟悉其主要指标的意义及测量方法。2根据实验原理和实验任务设计实验方案。实验方案的制定就是根据实验原理和实验任务要求选择仪器设备、测量方法及实验电路，完成实验的步骤。3按实验任务要求画好记录波形的坐标以及记录数据的表格。三. 实验原理1整流整流是把交流电变换成直流电的过程，它的基本原理是利用了晶体二极管的单向导电特性。半波整流电路及信号的输入、输出波形如图1所

2、示。 ui D iD Uim 0 t 220V ui RL uo uo Uo Uom 0 t 图 1半波整流电路及信号的输入、输出波形整流电路负载上的直流电压就是输出脉动电压的平均值。由傅里叶级数展开式可知，其输出电压可表示为： （1）式中Uom/p为直流分量，Uom/2为基波交流分量，其它为谐波分量。忽略二极管内阻时，输出直流电压为： （2） 式中Uim为变压器次级交流变压器的峰值，Ui为其有效值。 ui iD Uim 0 t 220V ui RL uo uo Uo uom 0 t图2桥式整流电路及信号的输入、输出波形 桥式整流电路及信号的输入、输出波形如图2所示。同理，其输出电压可表示为：

3、 （3） 输出直流电压为： （4） 比较公式（2）与（4）可知：桥式整流电路的输出直流电压比半波整流的高一倍。 为了衡量整流电源这一特性的好坏，常用纹波因数g来表示。即： （5） g越小，输出脉动越小，表示整流电源的性能越好。 2滤波 虽然整流电路的输出电压包含一定的直流成分，但脉动较大，须经过滤波才能得到较平滑的直流电压。常用滤波器有C型、p 型、G 型。本实验只研究C型与（RC） p型滤波器。图3为桥式整流C型滤波电路及其输出电压的波形。 uo Uom 220V ui C RL uo Uo 0 t图3桥式整流C型滤波电路及其输出电压的波形图4为桥式整流（RC）p型滤波电路及其输出电压的波形

4、。（图中：C = C1 =1000mF，C2 = 100mF，RL=1kW，R = 100W） uc R 0 t 220V ui uc C1 C2 RL uo uo Uom Uo 0 t 图4桥式整流（RC）p型滤波电路及其输出电压的波形 由图中可知，经过电容的滤波作用后，其输出电压变得比较平滑，脉动大大减小，而且直流成分增加，对C型滤波，负载RL、C的数值越大，纹波g越小，输出直流电压越接近于变压器次级交流电压的峰值Uim，其输出直流电压的范围为： UO =（0.9 1.4）Ui （6）对于p型滤波，输出脉动更小，但输出直流电压略有降低。上述整流滤波电路实际上就是一个整流电源。其优点是电路简

5、单，主要缺点是输出的直流电压不够稳定，内阻和纹波较大，只能用在要求不高的场合。3稳压为了得到高稳定度的电源，必须在整 整流 滤波 稳压流电源的输出端加稳压电路，组成直流稳 220V ui Uo压电源。直流稳压电源的方框图如图5所 电路 电路 电路示。它主要由整流电路、滤波电路、稳压电路等组成。 图5 直流稳压电源方框图 实验中直流稳压电源的电路图、印制电路板图和工作原理如下：（1） 电路图如图6所示: D6 3 LM317 2 D1 D4 1 C1 R1 D5 FUSE D2 C2 C4 Uo 220V D3 C3 Rw图6LM317组成的直流稳压电源电路图图中：D1D6采用IN4001，C1

6、=1000mF，C2=0.33mF，C3=10mF，C4=47mF， R1=240W，RW =2.2kW（2） 印制电路板图与LM317的引脚图如图7所示：D2 D3 C1 C2 C3 RW LM317 1 保险丝 2 D5 R1 3 D1 D4 LM317 D6 C4 1 2 3 （a）印制电路板图 （b）引脚图 图7 （3）工作原理220V交流电压经变压器降压后，其次级电压变为12V。二极管D1D4，电容C1实现桥式整流电容滤波。LM317为三端可调式正电压输出集成稳压器，其输出端2与调整端1之间为固定不可变的基准电压1.25V（在LM317内部）。输出电压UO由电阻R1和RW的数值决定，

7、UO1.25(1+RW/R1)，改变RW的数值，可以调节输出电压的大小。C2用来抑制高频干扰，C3用来提高稳压器纹波抑制比，减小输出电压中的纹波电压。C4用来克服LM317在深度负反馈工作下可能产生的自激振荡，还可进一步减小输出电压中的纹波分量。D6的作用是防止输入端短路时，电容C4放电而损坏稳压器。D5的作用是防止输出端短路时，C3放电损坏稳压器。在正常工作时，保护二极管D5、D6都处于截止状态。 4直流稳压电源的主要技术指标 稳压电源的输出电压UO（或电压可调范围UOmin UOmax）和最大输出电流IOmax是它的特性指标，这两个指标决定了该电源的适用范围，同时也决定了稳压器的特性指标以

8、及如何选择变压器、整流管和滤波电容。而输出电阻、纹波电压、温度系数是稳压电源的质量指标，它们决定了稳压器的稳压系数、输出阻抗、温度系数和滤波电容的选择。下面简要介绍这些指标的含义。（1） 最大输出电流指稳压电源正常工作的情况下能输出的最大电流，用IOmax表示。一般情况下的工作电流IO<IOmax。（2） 输出电压 指稳压电源的输出电压，用UO表示。 （3）输出电阻稳压电源的输出电阻RO用来表明负载电流IO变化时，引起输出电压UO变化的程度。当输入电压不变时，由于负载电流变化DIO，而引起输出电压变化DUO，则： （8）显然，RO越小负载变化时对输出电压的影响就越小。说明该稳压电源的性能

9、越好。 （4）电压调整率KV它表示负载电流和环境温度保持不变，输入电压UI（220V）变化±10%时，输出电压的相对变化值。 （9） （5）稳压系数SS是指负载电流和环境温度T保持不变时，输入电压Ui的相对变化引起输出电压的相对变化，即： （10） 显然，电压调整率越小表示该电源的性能越稳定，其值应是越小越好。5直流稳压电源主要技术指标的测试方法 （1）输出电压可调范围的测量 直流 按图8所示接线。输入端接220V交流电压，输出端 220V ui 稳压 Uo 接万用表或数字万用表，调节图6电路中RW的大小，使 电源其值为最大和最小，测出对应的输出电压UOmin和UOmax。则该稳压电

10、源输出电压的可调范围为UOmin UOmax。 图8 Uo可调范围的测量图 （2）最大输出电流的测量 Io按图8接线。稳压电源的输入端接220V的 直流 A交流电压，将稳压电源的输出电压调到10V， 220V ui 稳压 RW Uo然后在稳压电源的输出端接滑线变阻器RWL， 电源 如图9所示。RWL的值应调到1k以上。用万用表或数字万用表测出对应的UO。然后逐渐减 图9 最大输出电流的测量框图小RWL的值，直到UO的值下降5%，此时流经负载RWL的电流就是IOmax。记下IOmax后应迅速增大RWL的值，以减小稳压电源的功耗。（3） 纹波因数g的测量用晶体管毫伏表测量电源输出端的交流电压分量的

11、有效值，用万用表（或数字万用表）的直流档测量电源输出端的直流电压分量，按式（5）就可算出电源的纹波因数。 （4）输出电阻RO的测量 Io按图10接线。在不接负载电阻RL时测得 直流 A 开路电压UO1，这时IO10，接上负载电阻RL 220V ui 稳压 RL Uo时，测得UO2和IO2，则 电源 （11） 图10输出电阻测量框图 （5）电压调整率电源不接负载，输入交流电压220V，将电源的输出电压调至一定值UO1，然后再把输入的交流电压调为240V或180V时，测出电源的输出电压UO2，则 （12） （6）稳压系数可由电压调整率计算而得。四. 实验仪器名 称型 号 或 规 格数 量 示波器日

12、立V2521函数信号发生器GFG8016G1晶体管毫伏表DA16D2万用表YX960TR或其它型号1面包板1电阻、电容若干五. 实验内容（实验方案自拟）本实验内容分两次时间完成，其中整流与滤波部分在面包板上进行，稳压部分则在安装好的电路板上进行。1比较半波整流与桥式整流的特点1)比较和记录两者的输出直流电压，并与理论值相比较。2)比较和记录两者的输出电压波形。3)测量两者的纹波因数。2比较C型与p型滤波器的特点1)比较和记录两种滤波电路的输出直流电压并与理论值相比较。2)比较和记录两者的输出电压波形。3)测量两者的纹波因数g值。3根据LM317组成的直流稳压电源电路图和印制电路板图焊接、安装、调试直流稳压电源，使其满足输出端电压可调的要求。4直流稳压电源主要技术指标的