直流稳压电源电路的设计实验报告

1、直流稳压电源电路的设计实验报告一、实验目的1、了解直流稳压电源的工作原理。2、设计直流稳压电路，要求输入电压：220V市电，50Hz,用单变压器设计 并制作能够输出一组固定+15V输出直流电压和一组+1.2厂+12V连续可调的直流 稳压电源电路，两组输岀电流分别h$500mA。3、了解掌握Proteus软件的基本操作与应用。二、实验线路及原理1、实验原理（1）直流稳压电源直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电的装置， 它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤 波电路及稳压电路所组成，基本框图如下：IAaaautt图2-1直流稳压电源的原理框图

2、和波形变换其中：1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的 交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定，变压器副 边与原边的功率比为P2/Pl=g式中n是变压器的效率。2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流 电。3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从 而得到比较平滑的直流电压。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。4）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。稳

3、压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压 和负载的变化而变化。（2）整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2-2所示。在u2的正半周，二 极管DI、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周，D3、D4导通，DI、D2截止。正 负半周呼都有电流流过的负载电阻RL,且方向是一致的。电路的输出波形如图 2-3所示。整流二极管釆用1N4007,具有正向导通电压降低，导通电流高，泄露电流低, 过载电流高，成本低等优点，其基本参数如下图所示，有黑色线圈一端表示负极。图2-4 1N4007基本参数（3）滤波电路经过整雳后的直流电幅值变化很大，会影响电路的工作性能。可利用电容的 “通交流，隔

4、直流”的特性，在电路中并入两个并联电容作为电容滤波器，滤去 其中的交流成分。利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变 的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻并联，以达到使输出波形 基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：IL产（1.11.2）5。直 流输出电流：IOI=I2/（1.52） （U2变压器副边电压的有效值，I?是变压器副边电 流的有效值。）（4）稳压电路集成串联型稳压电路有三个引脚，分别为输入端，输出端和公共端，因而称 为三端稳压器。按功能可分为固定式稳压电路和可调式稳压电路；前者的输出电 压不能进行调节，为固定值；后者可通过外接元件使输出电压得到

5、很宽的调节围， 便于实时控制。本设计实现输出固定+15V输出直流电压时釆用集成三端稳压7815。X78XX 系列是三端正电源稳压电路，它的封装形式为TO-220。它有一系列的固定电压 输出，应用广泛。每种类型由于部电流的限制以及过热保护和安全工作区的保护,使它基本不会损坏。7815可输出+ 15V电压。其参数及引脚如下所示。X7815电参数（除持别说明，0<Tj<125oCJo=500mA.Vi=23V,Ci=0.33nF, Co=0.1叶）参数符号测试条件最小值典型值最大值单位倫岀电压VOTj 二 25吃I4.415.015.6V5 0mA<lo<1.0A,Po<

6、;15W Vi=17 5V to 30V14 25151575V找性调整率AVOTj=25<C,Vi=17.5Vto 30V11300mVTj=25°C?Vi=20V to 26V3150mV负裁调蔡率AVOTj=25°CJo=5.0mA to 1.5A12300mVTj=25°C.lo=250mA to 750mA4150mV静态电流IQTj=25©C5.28mA静念电流变化率IQlo=5mA to 1 0A0.5mAVi= I8V to 305V0.8mA输出电压温冷aVozaTlo=5mAmV/°C输岀噪音电压VNf=10Hz to

7、 IOOkHzJa=25°C90PV紋波抑制比RRf=120Hz. W二18 5V to 28 5V5470dB输入術出电压并Volo=1.0A.Tj=25°C2V输出阻抗Rof=1kHz19mQ包路电流IscVi=35V.Ta=25oC250mA蜂伍电流IpkTj=25°C2.2A图2-5 7815参数TO-2201:输入;2:接地;3:输出图2-6 7815引脚图7815标准应用如下图所示：Vio-C10.33pFX78XXVo-ocoO.lpF图2-7 7815标准应用本设计实现输出+12V+12V可调电压时釆用可调式三端稳压器LM317o LM317可调式

8、三端稳压器在输出电压围1.2伏到37伏时能够提供超过15安的电流，有三个引出端，分别为输入端、输出端和电压调整端（简称调整端）。调整 端是基准电压电路的公共端，其典型值为1.25VO LM317可调式三端稳压依靠外 接电阻来调节输岀电压的，为保证输出电压的精度和稳定性，要选择精度高的电 阻，同时电阻要紧靠稳压莽，防止输出电流在连线上产生误差电压。LM317引脚 图如下图所示。T后缀塑料封装外壳221A散热器农面连接刘引脚2管脚；4调节2.Vout 3Vin图2-8 LM317引脚图LM317标准应用如下图所示。电路中的Rl、R2组成可调输出的电阻网络。 为了能使电路中的偏置电流和调整管的漏电流

9、被吸收，所以设定R1为12CP240 欧姆。通过R1泻放的电流为5"10mAoN为ly控100pA.ik皿的以签©r&byftJ P可忽皑图2-9 LM317标准应用（5）单相变压器变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线 圈、次级线圈和铁心（磁芯）。在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹 配阻抗，安全隔离。2. 实验线路卡图为+；5V固定稳压电源的线路图。采用三端式稳压器7815构成单电源电 压输岀串联型稳压电源，220V的市电经变压器变压后变成电压值较小的交流， 再经桥式整流电路和滤波电路形成直流。滤波电容C1 一般选取几百几千微法。

10、当稳压器距离整流滤波电路比较远时，在输入端必须接入电容器C2 （数值为0. 33 u F ）,以抵消线路的电感效应，防止产生自激振荡。输出端电容C3（0. 1 nF） 用以滤除输出端的髙频信号，改善电路的暂态响应。下图为+ 12、+12V可调稳压电源的线路图。输入电容器C1用于抑制纹波电 压，输岀电容器C2用于消震，缓冲冲击性负载，保证电路工作稳定，调节滑动 变阻器的阻值即可得到相应的电压O+18图2-11 +12+12V可调稳压电源线路图三、实验容及步骤1、根据搭接的仿真原理图领取相应的电阻电容等元器件，根据原理图以及 芯片引脚图布置电路结构，同时注意走线平整、美观。2、开始焊接电路，按照布

11、局好的电路焊接。焊接时需要注意（1）电解电容 的极性不能接反，否则要爆炸。（2）凡电路板上要流过较大电流的连线，都要换 上线径稍粗的导线。由于实验室提供变压器（二次侧2*15V）和假负载（050Q/2A的可调电阻 甌和防止调节不慎而限流保护的电阻R）,接线图如下所示。22OV123在电路板上分别焊接大电流三针接线座子，1和4、5、6。在1 -2间焊接整流桥，3悬空，以便与变压器二次侧的一组15V引出线相连。3、焊接完成后，使用万用表测试焊点是否牢固，防止虚焊。将万用表调至 蜂鸣档，用两个探针接触整流桥正端引脚与lOOOuF电容正端，发出蜂鸣声说明焊点牢固，其余焊点之间也同样测试。测试完成后连接

12、电路，验证效果，连接好 的电路如下图所示。72农：HL，nJ图3-2焊接好的电路4、焊接完毕后开始测试并记录实验数据。(1) 首先测试输岀电路能否实现相应功能。将变压器接到大电流三针接线座子1、丫、3上，测+15V输出(4)与 参考地(5)的电压是否为一固定输出15V。测可调电压(6)与参考地(5)的 电压能否按要求可调？(2) 测试输出电流是否D500mA。将变压器接到大电流三针接线座子1、2、3上，将+15V输出(4)与 一可变电阻相连，并串联一电流表，电流表负端接参考地(5),测量电流能否输 出00. 5Ao同样方法测试+1.2V、+12V连续可调的直流稳压电源电路。四、仿真运用prot

13、ues软件对其进行系统仿真，仿真原理图如下图所示：TwsrzsU1图4-1直流稳压电源仿真图1、固定+15V输出直流稳压电源仿真图中上部分为固定+15V输出直流稳压电源。输入为220V, 50Hz市电, 经变压器降压为AC24V,如下图所示。:TR1TR/XN-2P2S <TEXT>图4-2 220V市电降压为24V变压器参数设置如下图所示。图4-3变压器参数设置降压后24V电压经过桥式整流后变为直流电压，如下图所示:图4-4桥式整流最后经过滤波电容Cl、C2、C3和稳压器7815输出15V的直流电压，如下图 所示：图4-5输出15Y直流电压使用示波器观测整体波形，A观测220V市

14、电（黄色），B观测降压后的波形 （蓝色），C观测整流后的波形（红色），D观测输出的直流电压（绿色），如下图 所示。Digital OscilloscopeE3图4-6整体波形观测2、+1.2V+12V连续可调的直流稳压电源仿真图中下半部分为+ 1.2V、+12V连续可调的直流稳压电源。采用LM317可 调稳压器，D5、D6起保护稳压器的作用。当可调电阻短路时，输出电压为1.26V,如下图所示：图4-7可调电阻短路时，输出直流电压当可调电阻的86%接入电路时，输出电压为12. IV,如下图所示:图4-8可调电阻的86%接入电路时，输出直流电压五、实验设备实验时所用的仪器设备如下表所示。表5-1实

15、验设备序号设备数量1变压器（二次侧2*15V）12假负载（050Q/2A的可调电阻RW和防止调节 不慎而限流保护的电阻R）13数字万用表24銀子15剪刀16导线若干7洞洞板18电烙铁19焊锡丝若干10一字起1六、元器件清单表6-1元器件清单序号元器件数量1三端稳压器781512三端稳压器LM31713整流桥141000uF电容150. 33uF电容3610uF电容17散热片282k可调电阻19120欧电阻110大电流三针接线座子2七、实验数据及分析1、仿真数据记录分析(1) +15V固定直流稳压电源电路可实现输出+15V固定电压的功能。(2) +1. 2V、+12V连续可调的直流稳压电源电路数据记录表7-1仿真数据记录序号滑动变阻器阻值(k)理论计算值(Y)仿真数据(V)101.251.2620.355. 0330.57.57. 5540.71010. 150. 861212. 1分析仿