直流稳压电源实验报告

《模拟电子技术》课程设计报告设计题目：直流稳压电源电路

任务：

设计一个直流稳压电源。指标要求如下：

（1）输出直流电压在5~25V间连续可调，相对误差<±5% V

（2）负载电阻为240Ω

器材：

（1）元器件：

整流二极管（IN4007）

集成稳压器（78XX）

电容（470uF、0.33uF、0.01uF）电阻自选

（2）仪器：

示波器，万用表

物联网1302

21-明坤 28-王艺骁

2015.5

原理分析

直流稳压电源一般由变压器，整流电路、滤波电路及稳压电路所组成。

基本框图和波形变换如下：

变压器把市交流电压220V变为所需要的低压交流电。

整流电路把交流电变为脉动的直流电。

一般由具有单向导电性的二极管构成

有半波整流（只利用了交流的一半周期，效率低）

全波整流（需要变压器有中心抽头，利用了交流的全部周期）和桥式整流（需要的整流管更多，效率与全波整流相同）

应用最为广泛的是桥式整流电路，4个二极管轮流导通，无论正半周还是负半周，流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。我们也决定采用这种方案。

下图为桥式整流

输入波形：输出波形：

滤波电路可以减小电压的脉动程度。

加入电容滤波电路后，由于电容是储能元件，利用其充放电特性，使输出波形平滑，减小直流电中的脉动成分，以达到滤波的目的。为了使滤波效果更好，可选用大电容的电容为滤波电容。因为电容的放电时间常数越大，放电过程越慢，脉动成分越少，同时使得电压更高。

输出波形：

加入滤波电路后，经粗略计算2)(03.1U U AV

缺点是整流二极管在短暂的时间内将流过一个很大的冲击电流为电容充电，会减少整流管的使用寿命，且需要选择最大整流平均电流I F 大于负载电流的2~3倍

除此之外，还有电感滤波，复式滤波等 比较如下：

对于稳定性要求不高的电子电路，此时的电源可以直接使用

但由于使用无源滤波，负载变化时，滤波效果也会变化，从而影响输出,同时如果电网电压波动，输出电压也会受到影响

所以还需要最后一级的稳压电路，把有一定脉动程度的直流电压变为稳定

的直流电压输出，同时利用负反馈使输出直流电压不再受电网电压波动和负载变化的影响。

稳压电路种类很多，包括稳压管，串联稳压，集成稳压器等。

1）分立元件串联型稳压电路

典型的串联型稳压电路由调整环节,比较放大环节,基准环节和取样环节组成。

2）集成稳压块稳压电路

集成稳压器多采用串联型稳压电路。除基本稳压电路外，常接有各种保护电路，当集成稳压器过载时，使其免于损坏。

串联型稳压电路三端集成稳压器电路框图

实验电路设计

电路目标：通过变压，整流，滤波，稳压，将220V交流电变成稳定的直流电，并实现电压在5V~25V；连续可调。

设变压器原边电压为220V，副边电压有效值为u2,经整流、滤波后的电压为U3集成稳压芯片的选择

最大输出电压为25V，集成稳压器工作需要输入输出端有一定的压差，查阅datasheet所需压差取 2.5V，则输入端最少需要27.5V。

即U3 5.

V

27

考虑到长时间输入端电压较高，我们最终选择了LM7815（7805的输入电压

<20V）又考虑到集成稳压器上压降太大发热量较大，所以我们又使用LM7805 作为5V~15V的电源。

所以在PCB上，我们把滤波后的电压加在7815输出端，7805接入前者输出端。分别负责15~25V和5~15V的供电。

事后证明这个想法比较糟糕，因为其实通过在集成稳压器的输

出和GND端加电位器(如左图)，就可以起到调节基准电压的作用，

从而只需一个稳压芯片。又因为每个集成稳压器上都有压降，我们

的原方案增大了消耗，降低了效率。另外加上散热片可以部分解决

发热问题，所以只用一片LM7824就可以了，电路图见下一部分

变压器的选择

由于选择了桥式整流和电容滤波，考虑电网电压波动10%，还有两个整流管的正向导通压降，由以前的推算公式得

u 2 =

V V

V BE 7.2417

.14.15.279.03.1U *2U 3MIN ≈+=⨯+

(最后选择了24V 5W 变压器 所以U 3 = V V 8.297.023.124=⨯-⨯)

滤波电容的选择

电容容值已经给定C=470uF,所以我们只需考虑它的耐压值。

U Cmax = (1+10％)2U 3 = 1.1⨯2 27.5 V ≈ 43 V

最终取 470uF 50V 的电解电容

整流管的选择

U RM = (1+10％)

2U 2 = 1.1⨯2 23.50 V ≈ 37 V

I F ≥ 1.144.0Ω

2402529.43.132

=⨯

=⨯⨯⨯V

R U L

A

所以上述二极管应该都可以，按照老师所给，使用了IN4007。

另外跨接在稳压管输入输出端的二极管的最大反向电压为U 3-5V = 25.25V ，所以可以选择

IN4001(最后为了方便使用4007)

电压调节部分

做可调电源，比较合适的是117系列集成稳压器，它I W0小，只需要外接可调电阻即可，不过要求使用78XX ，所以不再考虑W117。

利用固定式集成稳压芯片做可调电源主要是利用它们输出端的标准电压来实现，有使用运放和不用运放两类方案。

方案一：不用运放

2,8,9I 1U R U R R W O o +∙⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛+= ≤,o

U U O ≤,

o 8

99w ,o U U R R R I ++

方案二：使用运放

,

,012

1211131211O

U R R R R R R U ++++=

,O U ≤ U O ≤

,

12

11131211O U R R R R R +++

其中，

O U 是集成稳压器的基准电压，,

12R 是上半部分电阻

不使用运放时，I W 的变化会影响输出电压。运放做电压跟随器可以将稳压器与采样电阻隔离，减小负载变化对输出电压的影响

由于做板子没有借到运放，最终选择了方案一

电压调节部分-电阻值

利用方案一，需要知道集成稳压器的I W ，经过测试7815，7805的I W 分别为

2.5mA 和2.9mA 若连接集成稳压器Vout 和 GND 的电阻选择10K 欧姆，则R I 分别为 1.5mA 0.5mA ，那么流过可调电阻的电流为4.0mA(7815)

3.4mA(7805)

为了满足7805输出5V~15V 7815输出15V~25V 的目标，把测试得到的参数带入由上面方案一的整理得到的公式

8

,

,

9I U R U U R O W O oMAX +

-=

解得：7805:9R = 2.94 KΩ 7815:9R = 2.50 KΩ

以上是理论计算的参数，最后为了方便，改动了一些数值

借到了24V 5W 的变压器，集成稳压器输出端的旁路电容改为1uF ，最后都选择了5K 的电位器，但需要注意7815的电位器不可以转到满5K (会使集成稳压器不在工作状态)