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

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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→R L→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

u 2的正半周 A→D 1→R L →D 3→B u 2的负半周 B →D 2→R L →D 4→ A 3） 参数选择

) (d sin 2π

1π

0 2O(AV)t t U U ωω⎰=

22

O(AV)9.022U U U ≈=

π

L

L R U R U I 2

O(AV)L(AV)9.0≈

=

2max R 2U U =

L

2

L(AV)

D(AV)45.02

R U I I ≈

=

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 I F >1.1

L

2

45.0R U

U R >1.1 2U 2

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：

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 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R L C 增加时，二极管关断时间加长，导通角减小，见曲线3；反之，R L C 减少时，导通角增加，见曲线2。显然，当ＲL 很小，即I L 很大时，电容滤波的效果不好；反之，当ＲL 很大，即I L 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：R L C=(3~5)

2T

C=(3~5)T/2R L

近似公式U L=1.2U2

电容的耐压大于1.12U2

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，U O（A V）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：