电工电子学实验

2 2 U O U 2 UO
纹波电压——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）。它叠加在直流分量上。用示波器和交流毫伏表 均可测量，但交流毫伏表测量值会存在误差（因纹波电压不是正 弦波）。
K U O UO
2 2 U2 UO 0.483 UO
1-2、典型的滤波电路 ——电容滤波电路
T 3AD18 T 3DD15
R UI C1
6800uF
0.51 2W
7812 7812
U0 (12V,5A) C2
2200uF
UI
C1
6800uF
D 1N4002
C2 U0 (12V,3A)
2200uF
16V
25V
25V
16V
三、实验内容
1.整流电路的测试 ① 按实验原理图接线，用示波器分别测量电路无滤波、 稳压时u2和uI的数值及波形，将结果填入表中。
实验一
直流稳压电源
浙大城市学院现代教育技术中心 何鸿博
源
——万物皆有源
无水源——则江河枯竭
无能源——则
汽车无法开动
工厂不能开工
无知识源——则

目光短浅、思路狭窄、
直流电源
一、实验目的


熟悉整流、滤波和稳压电路的工作特性。 掌握集成稳压器的特点及主要性能指标的 测试方法。 了解集成稳压扩展性能方法。
0

IC ID
D2 D4 导 电
2
D1 D3 导 电
3
D2 D4 导 电
4
t
ID
UL IL RL
0




t
——电感滤波电路


滤波原理 电感对直流分量：相当于短路，电压大部分降到负载上。 电感对交流分量：f 越高，电抗越大，电压大部分降到电感上。 所以，在输出端可得到较平坦的直流电压。 如忽略电感线圈的直流电阻，则输出平均电压大约为：
U2
二极管的平均电流：
1 U2 I D I L 0.45 2 RL
二极管两端的最大反向电压：
0

2
3
4
t
IL
0
iD1 iD3 iD2 iD4 iD1 iD3 iD2 iD4
t
U RM 2U2
Uo的大小与全波整流
UL
0
t
电路相同，即:
UO 2 2

U 2 0.9U 2
D1 D3 D2 D4 D1 D3 D2 D4
U0
7805
470u
C1
D3 D4 470u
132 u
1
1 3 2
u2
D1 D2 K1
K2
1 2 1
7805
3
2
220V
C2 C1
0.1u
实验数据记录
② 分别用示波器和数字万用表测量电路无滤波状态时 u2和uI的数值及波形记录表中。
u2 波形 滤 波 前 滤 波 后 测量值 （有效值） 波形 uI 测量值 （直流） 测量值 （谐波）
测量在最小负载和最大负载下的负载电流电流ILmax、ILmin 及负载两端的电压UO′和UO″，填入表中
ILmax (mA) 100Ω UO′ (V) ILmin（mA） 200Ω UO″(V)
3.稳压电路的测试
将实验原理图中的开关k1从1的位置接到2的位置上。
① 用万用表直流电压挡测量输出电压UO 。负载 电阻为20Ω
D5 1N4001 U0 CW317 R1 ADJ
120 D6
0.5A
20V
2
S
1
u1
220V 50Hz
D1 ~ D4 1N4001
V2
10uF/16V
220uF/50V
0.1uF
680
RW
1K
C3
47uF/16V
C1
C2
R C4
1N4001
18V 16V
C1用于输 入滤波
0.5A
4 5
UI I1
6
1 2
U0
mA U0
7805
7805
3
51
51 470Ω mA
C2
3
51 51
K2
1 2 1
C1
470u
D4
C2
0.1u
U0 51 1 3 2
0.1u
7805
1 3 2
C1
D3 D4 470u
u1
u2
132
7805
3
2
1 3 2
51
D1 D2
K1
将电路有滤波状态时u2和uI的数值及波形记录表中。
u2 波形 滤波前 滤波后 测量值 （有效值） 波形 uI 测量值 （直流） 测量值 （谐波）
u1
220V
u2
D1 D2
K1 k 1
3
K1 K2
D2
1 2
3
K2
1
mA
0.1u
D3
D4
mA
C1
470u
uC 1 1
220V
220V
1
K1
u2
u2
D3
D4
220V 470u
D1 D2 C1 D3 D4 470u K1
D3
D1
51 C7805 2 0.1u
2
51 C22 U0 7805 7805 100Ω
直流电压挡 交流电压挡 交流电压挡
2.滤波电路的测试
将实验原理图中的接线中的开关k1合上。
首先用示波器测量变压器输出端电压u2和整 流输出端电压uI的波形及有效值。
k2 K2
u1
uI
u1
220V
u1
1 2 1
K2
1
u 7805 1 2 7805 2
2
2
D1 D2 K1
K2
1 2 1
7805
3
u2
D1 D2
二、实验原理



很多电子设备都需要直流电源供电， 但往往需把交流电整流稳压后，才 能获得低压直流电源。即 一般直流电源：市电 —— 变压器 — —整流——滤波——稳压 开关电源：市电 —— 整流 —— 超音 频振荡——整流——稳压
1、直流稳压电源的组成
电源变压器
整流电路 滤波电路 稳压电路
v1
2
Ci
0.33uF
A
3
R1
1k
C0
0.1uF
R2
扩大集成三端稳压器输出电流的电路

常用的塑料封装集成三端稳压器，其最大输 出电流（1.5A）实际上只能达到1.2A以下。 如需要较大输出电流时，可直接选用电流容 量较大的稳压器件，也可采用大功率三极管 扩流方法来实现大电流输出。如图所示电路 可以将电流扩展到5A（或3A）。
0 t 0
v2
t 0
vR
t 0
vF
t 0
vo
t
1-1、典型的整流电路 ——半波整流电路
Tr U1 U2 D U2 RL Uo 0

2
3
4
t
二极管的平均电流：
Uo
0
t
ID IL
二极管两端的最大反向电压：
U RM 2U2
输出电压平均平均值：
1 UO 2


0
2U 2 sin t dt
——正的稳压电路
+Vi
7805
1
W7805
2
3
+Vo
0.33F
0.1F
IN
1 2 3
GND OUT
——负的稳压电路
-Vi
7905
2
W7905
1
3
-Vo
0.33F
0.1F
GND IN OUT
1 2 3
2、稳压电源的主要性能指标


输出电压U O
指稳压电源输出的直流稳压电压。


最大输出电流I Omax
指稳压电源在正常工作情况下能输出的最大电流。一般情况下的 工作电流I O ，受稳压电路内部保护电路的限制，以免输出过载或 短路损坏稳压器。

温度系数
U o ST T
U I 0 I o 0
(m V / C )


稳压系数S
稳压系数S反映电压波动时对稳压电路的影响。定义为当附在固 定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。


输出电阻R O
U o U I / Uo U I
输出电阻输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。定义为 当输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量之比。它实 际上就是电源戴维南等效电路内阻。
U o R0 I o
U I 0 T 0
3）实验参考电路
（1）.固定正输出稳压电源
作用：使整流电路输出的脉动电压、电 流变得比较平滑，使之成为含交变成份 很小的直流电压、电流。 典型的滤波类型： 1、 电容滤波；电感滤波； L型滤波电 路； 型滤波电路
RL未接入
UZ, UL, UC
C放电
RL接入后
a
c
b
D1 D3 导 电
d
e
C充电
UC=UL
UC 2U2
U2 2Ui sin t
UO 0.9U 2
——电感滤波电路
1-3、典型的稳压电路 ——稳压管稳压电路

稳压原理 经电容滤波后，得到的直流电压稳定性较差，易受到 电网电压波动和负载变化及温度的影响。为此，利用 稳压二极管的反向击穿特性，使电压稳定在某个定值。 如图。
限流电阻 稳压管
UI =33V
78X
U I
=33V
I0
RL
C2用以吸收输入端的 瞬态变化电压
C3用以旁路 纹波电压
C4用于输出 滤波
输出电压可调扩展电路

为了使三端固定输出集成稳压器的输出电压 可变，可以采用下图所示的电路形式组成可 调扩压电路，通过改变运算放大器输入端参 考电位，实现三端稳压器的输出电压可变。
UI =33V
78XX 7 6 4
U0 = 7~ 30V
78XX
Ci
0.33uF
C i 0.33uF
——三端稳压器稳压电路



为了提高稳压性能指标，现广泛采用单片集成 稳压器。单片集成稳压器内具有稳压电路的调 整管、误差放大器、取样电路、启动电路、保 护电路等。它是把这些功能电路集成在一个芯 片上的专用集成电路。 单片集成稳压器品种繁多，在这我们了解 一种：固定输出的三端集成稳压器。 固定输出的三端稳压器有输出正压和输出 负压两在系列，分别用CW78××和CW79××表 示。
D1 D2 C1 D3 D4 470u K1
D3
D1
51 C7805 2 0.1u
2
51 C22 U0 7805 7805 20Ω
1 2
U0
mA
7805
K2
1 2 1
3
51
mAu151
220V
3
C2
u2 51
51
U0
D1 D2
7805
7805
3
2
C1
470u
D4
C2 51
0.1u
0.1u U 0 7805 3 2 1
D2 2
K2
1
C2
0.1u
1
稳压系数S的数据记录
在IO =250mA，变压器输出电压分别为9V、15V、 18V时，用万用表直流电压挡分别测量测量输入电压 UI 、输出电压UO 。
测试值 U2 （V） U I（ V ） UO（V） 5 S
计算值
6V
9V 12V
S（1-2） = S（2-3） =
2

U 2 0.45U 2
——全波整流电路
Tr
U1 U2 U2 0 D2 二极管的平均电流： D1 Uo
U2

2
3
4
t
ID
1 IL 2
Uo 0
t
二极管两端的最大反向电压：
U RM 2 2U 2
输出电压平均平均值：
UO 0.9U 2
——桥式整流电路
使变压器 简单化
桥式整流电路波形图
u1
220V
220V
10uF/16V
u2
7805
UI
U0
50Hz
0.1uF/25V
（2）.固定负输出稳压电源
u1
220V
u2
7905
UI
U0
50Hz
220uF/25V 0.1uF/25V
10uF/16V
（3）三端正输出可调稳压电源
D5用于防止输入 短路而损坏IC
3
D6用来防止输出 短路而损坏IC
k2 K2
u1
uI
u1
220V D3 D4
1 2 1
K2
1
u 7805 1 2 7805 2
2
2
D1 D2 K1
K2
1 2 1
7805
3
u2
D1 D2
u1
220V
u2
D1 D2 K1
K1
3
3
mA
0.1u
D3
D4
mA
C1
470u
C1
220V
来自百度文库
51 C2 0.1u 51
C2 U0 780551
51 470Ω
导 通 导 通 导 通 导 通
纹波系数的计算

用傅里叶级数分解输出电压uo得：
4 4 2 4 uO 2U 2 cos 2t cos 4t cos6t 15 35 3

式中恒定分量（U O）与谐波分量（UO ）为：
UO

2 2U 2

0.9U 2
7805 1 2 7805 2
u2
2
D1 D2 K1
K2
1 2 1
7805
3
K1 k 1
3
K1 K2
D2
1 2
3
K2
1
mA
0.1u
D3
D4
mA
C1
470u
uC 1 1
220V
220V
1
K1
u2
u2
D3
D4
220V 470u
D1 D2 C1 D3 D4 470u K1
D3
D1
51 C7805 2 0.1u
2
51 C22 U0 7805 7805 20Ω
1 2
U0
mA
7805
K2
1 2 1
3
51
mAu151
220V
3
C2
u2 51
51
U0
D1 D2
7805
7805
3
2
C1
470u
D4
C2 51
0.1u
0.1u U 0 7805 3 2 1
2 1 K3 1
3 2
C1
u1
u1
D3
u21
51
C1 D1
Du 4 2 470u
2 1 K3 1
3 2
C1
u1
u1
D3
u21
51
C1 D1
Du 4 2 470u
D2 2
K2
1
C2
0.1u
1
②
稳压系数S的测试
在IO =250mA时，用万用表直流电压挡分别测量测 量输入电压UI 、输出电压UO 。
uI
u1
220V
u1
k2K2
u1
1 2 1
K2
1
u2
D1 D2
u1
220V
u2
D1 D2
uI
u1
220V
u1
k2K2
u1
1 2 1
K2
1
u2
D1 D2
u1
220V
u2
D1 D2
7805 1 2 7805 2
u2
2
D1 D2 K1
K2
1 2 1
7805
3
K1 k 1
3
K1 K2
D2
1 2
3
K2
1
mA
0.1u
D3
D4
mA
C1
470u
uC 1 1
220V
220V
1
K1
u2
u2
D3
D4
220V 470u