模电实验集成直流稳压电源.docx

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模电实验集成直流稳压电源

《模拟电子技术》课程实验报告

集成直流稳压电源

班级：

组员：

指导教师：

一、设计目的

（1）掌握集成稳压电源的实验方法。

（2）掌握用变压器、整流二极管、滤波电容和集成稳压器来设计直流稳压电源的方法。

（3）掌握直流稳压电源的主要性能参数及测试方法。

（4）进一步培养工艺素质和提高基本技能。

（5）为下一个综合实验——语音放大电路提供电源。

二、设计要求及技术指标

（1）设计一个双路直流稳压电源。

（2）输出电压Uo=±12V，最大输出电流Iomax=1A

（3）输出纹波电压ΔUop-p≤5mV,稳压系数SU≤5×10-3

（4）选作：

加输出限流保护电路；输出一路+5V直流电压

三、总电路框图及总原理图

图1直流稳压电源电路的总电路框图和波形变换

图2仿真总原理图

四、设计思想及基本原理分析

（1）电源变压器

电源变压器的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需的低电压。

（2）整流电路

整流电路一般由具有单向导电性的二极管构成，经常采用单相半波、单相全波和单相桥式整流电路。

我们采用4个二极管组成单相桥式整流电路。

整流过程中，4个二极管轮流导通，无论正半周和还是负半周，经过负载的电流方向是一致的，形成全波整流，将变压器输出的交流电压变成了脉动的直流电压。

（3）滤波电路

在整流电路输出端并联电容即可形成滤波电路。

加入电容滤波电路后，由于电容是储能元件，利用其充放电性，使输出波形平滑，减少脉动成分，以达到滤波目的。

为了使滤波效果更好，可选用大容量的电容滤波电容。

（4）稳压电路

经过滤波后输出的直流电压依然存在较大的波纹，而且交流电网电压容许有10%的起伏，随着电网电压的起伏，输出电压也会变化。

此外，经过滤波的电压也与负载的大小有关，当负载加重的时候，由于输出电流能力有限，导致输出电压下降。

因此，在本实验中，我们选用LM7805，LM7812，LM7912进行稳压。

同时在稳压芯片后端加入0.1uf左右的小电容防止高频噪声，并且可以防止负载对芯片的影响。

前端加入电容可以减小自激。

五、单元电路分析，元件介绍和元件参数计算

1.电源变压器

电源变压器的连接电路如图所示

在仿真过程中，为了改变匝数比，我们使用变压器的型号为TS-AUDIO-VIRTUAL,在调试multisim中变压器匝数比的时候需要编辑元件的需要说明文件。

这里我们为了输出15v的交流电压，调整匝数比为15:

1。

2.整流电路

（1）半波整流

1）电路原理图及波形图

波形如下

2）工作原理：

u2的正半周，D导通，A→D→RL→B。

u2的负半周，D截止。

3）电路优缺点

优点：

电路简单

缺点：

输出电压波动太大

（2）全波整流

1）电路原理图和波形图

2）电路优缺点：

优点：

输出电压波动减小

缺点：

变压器绕线太多

（3）桥式整流

1）电路原理图和波形图

波形图

2）电路原理

u2的正半周A→D1→RL→D3→B

u2的负半周B→D2→RL→D4→A

3）参数选择

考虑到电网电压波动范围为正负10%，二极管的极限参数应该满足

IF>1.1

UR>1.1U2

根据以上几种整流电路的分析，我们决定使用桥式整流电路

电路连接如下：

我们选用的型号为RS507L，波形如下：

3.滤波电路

先分析一下几种滤波器种类

电容滤波LC滤波阻容p型滤波

对于电容滤波：

电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。

对于LC滤波：

电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。

阻容p型滤波电路滤波效果最好，但其带载能力小，虽然电容滤波电路滤波效果一般，但其结构简单，因此选用电容滤波电路，因为滤波电路要求容值很大，所以选用电解电容

（1）电容滤波

1）工作原理和波形图

原理图

波形图

当电容两端的电压增大到大于变压器付边的电压时，二极管D2截止，电容又开始通过负载电阻放电，重复前述的过程。

当放电时间常数RLC增加时，二极管关断时间加长，导通角减小，见曲线3；反之，RLC减少时，导通角增加，见曲线2。

显然，当ＲL很小，即IL很大时，电容滤波的效果不好；反之，当ＲL很大，即IL很小时，电容滤波的效果好，所以电容滤波适合输出电流较小的场合。

2）电容滤波的计算

电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。

工程上有详细的曲线可供查阅。

一般常采用以下近似估算法：

使用条件：

RLC=（3~5）C=（3~5）T/2RL

近似公式UL=1.2U2

电容的耐压大于1.1U2

输入电阻法测电阻，选电容

1.+12V输出支路

利用仿真软件采用输入阻抗法测得整流电路部分输入阻抗为10.6Ω，∴取滤波电容4700μF。

2.-12V输出支路

利用仿真软件采用输入阻抗法测得整流电路部分输入阻抗为1.26Ω，∴取滤波电容10000μF。

3.+5V输出支路

利用仿真软件采用输入阻抗法测得整流电路部分输入阻抗为17kΩ，∴取滤波电容3.3μF。

3）优越点

简单易行，UO（AV）高，C足够大时交流分量较小；不适于大电流负载。

（2）LC滤波

1）原理图和波形图

当回路电流减小时，感生电动势的方向阻止电流的减小，从而增大二极管的导通角。

电感对直流分量的电抗为线圈电阻，对交流分量的感抗为ωL。

经过分析,我们决定采用电容滤波，电路连接如下：

图中除了使用电解电容滤波之外，在每一路电压输出的后面又加了一个匹配电容，是为了防止变压器自激震荡。

4.稳压电路

稳压电路的种类很多，我们采用三端集成稳压器。

图2三端稳压器固定输出的典型接法

电路连接如下：

六、调试过程中所遇故障的分析

1．电路中输入电阻的测量

要得到符合要求的电路，滤波电路中的电容要有取值合理，而由

RLC=（3~5）

计算电容是，必须要知道负载电阻的值，开始不知道应该怎么样去求得负载电阻的阻值，我们这里所说的负载电阻实际上是指滤波电路后面的所有电路部分。

通过小组讨论我们采用输入电阻法来测得滤波电路后面的负载电路的阻值，进而求得所需滤波电容的容值。

用输入电阻法来测电阻的方法如下

图3

2．+5V的输出

开始我们不知道怎么去引出+5V输出，开始用了电阻分压的方法，后来查阅有关稳压器知识的时候了解到只要在稳压器允许的电压输入范围内，就可以得到确定幅值的直流电压。

电源变压器输出然后经过整流和滤波出来的电压幅值在LM7805稳压器的电压输入允许范围内，所以可以直接从整流电路之后引出该支路。

3．稳压器要正确连接

LM7812，LM7912，LM7805连接方法分别如下图所示：

LM7812和LM7805LM7912

78系列的稳压管1、2、3号管脚腿分别接输入、地、输出；

79系列的稳压管1、2、3号管脚腿分别接地、输入、输出。

4．焊点的虚焊

焊完电路测试的时候-12V不能输出，我们检查了电路原理连接，发现没有错误，我们讨论后猜想应该是虚焊，我们用万用表一个焊点一个焊点的检查，结果真的是虚焊造成的。

七、测试结果分析

仿真图：

将电源变压器、整流电路、滤波电路、整流电路顺序级联。

图7仿真电路图

仿真结果：

+12V输出12.471V；-12V输出-12.551V；+5V输出5.002V。

实际测试结果

（1）+12V输出端电压12.03V，纹波5.6mV。

（2）-12V输出端电压-11.74V，纹波4.9mV。

（3）+5V输出端电压5.13V，纹波2.3mV。

八、设计过程的体会与创新点，建议

九、附录

1．元件清单

名称

规格

数量

变压器

双15V输出，30W

1

整流桥

RS705L

1

电解电容

4.7mF

1

10mF

1

3.3uF

1

220uF

3

独石电容

0.33uF

2

2.2uF

1

0.1uF

2

1uF

1

稳压器

LM7812

1

LM7912

1

LM7805

1

导线

若干

插座

1

焊锡丝

若干

散热片

3

2．仿真报告

图8第一级电源变压器输出波形：

图9第二级整流桥输出波形：

1端口

图10第三级滤波输出波形：

1端口

图11整体输出波形：

+12V

图12整体输出波形：

-12V

图13整体输出波形：

+5V

十、参考文献

【1】路勇.电子电路实验及仿真【M】.北京：

北京交通大学出版社，2010.

【2】杨贵恒，张瑞伟，钱希森，罗洪君等.直流稳定电源【M】.北京：

化学工业出版社，2010.

【3】张建生.电源技术教程【M】.北京：

电子工业出版社，2007.

【4】童诗白，华成英.模拟电子技术基础.第3版.北京：

高等教育出版社，2001.