直流稳压电源设计实验

成都信息工程学院电子基础实验中心1实验原理1.串联型晶体管稳压电源直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图9.1所示。图9.1直流稳压电源框图第1页/共20页第一页，共21页。成都信息工程学院电子基础实验中心2

电网供给的交流电压u1(220V,50Hz)经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压u2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压u3，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压u4。但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定；第2页/共20页第二页，共21页。成都信息工程学院电子基础实验中心3图9.2串联型稳压电源实验电路图9.2是由分立元件组成的串联型稳压电源的电路图。其整流部分为单相桥式整流、电容滤波电路。稳压部分为串联型稳压电路，它由调整元件（晶体管T1）；比较放大器T2、R7；取样电路R1、R2、RW，基准电压DW、R3和过流保护电路T3管及电阻R4、R5、R6等组成。第3页/共20页第三页，共21页。成都信息工程学院电子基础实验中心4

整个稳压电路是一个具有电压串联负反馈的闭环系统，其稳压过程为：

当电网电压波动或负载变动引起输出直流电压发生变化时，取样电路取出输出电压的一部分送入比较放大器，并与基准电压进行比较，产生的误差信号经T2放大后送至调整管T1的基极，使调整管改变其管压降，以补偿输出电压的变化，从而达到稳定输出电压的目的。第4页/共20页第四页，共21页。成都信息工程学院电子基础实验中心5

由于在稳压电路中，调整管与负载串联，因此流过它的电流与负载电流一样大。当输出电流过大或发生短路时，调整管会因电流过大或电压过高而损坏，所以需要对调整管加以保护。在图9.2电路中，晶体管T3、R4、R5、R6组成减流型保护电路。此电路设计在I0P＝1.2I0时开始起保护作用，此时输出电流减小，输出电压降低。故障排除后电路应能自动恢复正常工作。在调试时，若保护提前作用，应减少R6值；若保护作用迟后，则应增大R6之值。

图9.2串联型稳压电源实验电路第5页/共20页第五页，共21页。成都信息工程学院电子基础实验中心62.

集成稳压器

随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件。由于集成稳压器具有体积小，外接线路简单、使用方便、工作可靠和通用性等优点，因此在各种电子设备中应用十分普遍，基本上取代了由分立元件构成的稳压电路。集成稳压器的种类很多，应根据设备对直流电源的要求来进行选择。对于大多数电子仪器、设备和电子电路来说，通常是选用串联线性集成稳压器。而在这种类型的器件中，又以三端式稳压器应用最为广泛。第6页/共20页第六页，共21页。成都信息工程学院电子基础实验中心7

78XX、79XX系列三端式集成稳压器的输出电压是固定的，在使用中不能进行调整。78XX系列三端式稳压器输出正极性电压，一般有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V七个档次，输出电流最大可达1.5A（加散热片）。同类型78M系列稳压器的输出电流为0.5A，78L系列稳压器的输出电流为0.1A。若要求负极性输出电压，则可选用79XX00系列稳压器第7页/共20页第七页，共21页。成都信息工程学院电子基础实验中心8

图9.3为78XX系列的外形和接线图，有三个引出端：输入端---1公共端---2输出端---3

除固定输出三端稳压器外，尚有可调式三端稳压器，后者可通过外接元件对输出电压进行调整，以适应不同的需要。本电路所用集成稳压器为三端固定正稳压器7812，它的主要参数有：输出直流电压U0＝＋12V，输出电流L:0.1A，M:0.5A，电压调整率10mV/V，输出电阻R0＝0.15Ω，输入电压UI的范围15～17V。因为一般UI要比U0大3～5V，才能保证集成稳压器工作在线性区。图9.378XX00系列外形及接线图第8页/共20页第八页，共21页。成都信息工程学院电子基础实验中心9

图9.4是用三端式稳压器7812构成的单电源电压输出串联型稳压电源的实验电路图。其中整流部分采用了由四个二极管组成的桥式整流器成品（又称桥堆），内部接线和外部管脚引线如图9.3所示。滤波电容C1、C2一般选取几百～几千微法。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C3（数值为0.33μF），以抵消线路的电感效应，防止产生自激振荡。输出端电容C4(0.1μF)用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态响应。

图9.3图9.478XX00系列外形及接线图由7812构成的串联型稳压电源

第9页/共20页第九页，共21页。成都信息工程学院电子基础实验中心10

图9.5(a)为正、负双电压输出电路，例如需要U01＝＋15V，U02＝－15V，则可选用78xx和79xx三端稳压器，这时的UI应为单电压输出时的两倍。当集成稳压器本身的输出电压或输出电流不能满足要求时，可通过外接电路来进行性能扩展。图9.5(b)是一种简单的输出电压扩展电路。如7812稳压器的3、2端间输出电压为12V，因此只要适当选择R的值，使稳压管DW工作在稳压区，则输出电压U0＝12＋Uz，可以高于稳压器本身的输出电压。

图9.5（a）正、负双电压输出电路输出电压扩展电路图9.5(b)第10页/共20页第十页，共21页。成都信息工程学院电子基础实验中心11

3.稳压电源的主要性能指标:

（1）输出电压U0和输出电压调节范围

调节RW可以改变输出电压U0。（2)最大负载电流I0m（3）纹波电压输出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（或峰值）。第11页/共20页第十一页，共21页。成都信息工程学院电子基础实验中心12（4）输出电阻R0输出电阻R0

定义为：当输入电压UI（指稳压电路输入电压）保持不变，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

（5）.稳压系数S（电压调整率）稳压系数定义为：当负载保持不变，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比，即

由于工程上常把电网电压波动±10％做为极限条件，因此也有将此时输出电压的相对变化△U0／U0做为衡量指标，称为电压调整率。第12页/共20页第十二页，共21页。成都信息工程学院电子基础实验中心134.DC-DC变换电路:

在电源电路中，出于温升、效率以及其它因素的考虑，DC-DC变换应用很多，本节介绍一种低成本的DC-DC变换实现方案，它可以实现降压、升压与电压反转应用，其电路简单、成本低廉、效率高、温升低，这些电路被广泛应用。

DC/DC变换器通常可分为超低功率(1W以下)、小功率(1~9W)、中功率(10～150W)和大功率(150W以上)等类别；大多数输入电压是12V或24V输出端有单路、双路、三路等形式。第13页/共20页第十三页，共21页。成都信息工程学院电子基础实验中心14MC34063实现低成本DC-DC变换电路:（参考图9.6）电路的核心元件是MC34063，它是一种单片双极型线性集成电路，专用于直流-直流变换器控制部分，片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器驱动器和大电流输出开关，能输出1.5A的开关电流。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器图9.6MC34063内部图第14页/共20页第十四页，共21页。成都信息工程学院电子基础实验中心15升压式的DC-DC转换应用

（参考图9.7）图9.7升压式的DC-DC电路第15页/共20页第十五页，共21页。成都信息工程学院电子基础实验中心16

其输出电压值也是通过改变R4、R5电阻值来进行调整，其输出电压符合以下公式：Vout=(1+R4/R5)*1.25V，电路中限流电阻R3取值为0.3Ω,因此输入电流被限流在0.3V/0.3Ω=1A。

降压式的DC-DC转换应用图9.8降压式的DC-DC电路第16页/共20页第十六页，共21页。成都信息工程学院电子基础实验中心17反转式的DC-DC转换应用图9.9反转式的DC-DC电路第17页/共20页第十七页，共21页。成都信息工程学院电子基础实验中心18三设计任务

1.直流稳压电源的设计：

(1)当输入电压在220V±10%时，输出电压从3

－12V可调，输出电流大于1A；

(2)输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于

5×10-3，输出内阻小于0.1欧。

2.DC-DC电路的设计：

(1)输入电压为5V，输出电压为3.5V或12V或

8V。

(2)输出纹波电压小于20mV，稳压系数小于5×10-3。

(3)输出电流大于100mA。第18页/共20页第十八页，共21页。成都信息工程学院电子基础实验中心19四设计要求

1.电源变压器只做理论设计；

2.合理选择电路形式；

3.完成全电路理论设计、计算机辅助分析与仿真、安装调试、绘制电路图，自制印刷板；

4.撰写设计