模拟电子技术综合设计型实验报告

模拟电子技术设计性实验报告

实验题目：集成直流稳压电源

班级：物理学2011级（2）班

学号：2011433188

姓名：肖吉万

指导教师：潘金福

凯里学院物理与电子工程学院

2013 年12月

集成直流稳压电源

一、实验目的

（1）通过实验培养学生的市场素质、工艺素质、自主学习的能力、分析问题解决问题的能力以及团队精神。

（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。

二、实验原理

集成直流稳压电源一般是由电源变压器、整流、滤波和稳压等四部分电路组成。其基本电路框图及经各电路变换后，输出的波形如图所示：

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，本实验中约为15V。

2整流电路

整流电路一般采用具有单向导电性的二极管组成，经常采用单相半波、单相全波和单相桥式整流电路。下图所示的整流电路为应用广泛的桥式整流电路。电路中采用了四个二极管，组成单相桥式整流电路。整流过程中，四个二极管轮流导通，无论正半周或负半周，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。

3滤波电路

在整流电路的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，利用其冲放电特性，使输出波形平滑，减少脉动成分，以达到滤波的目的。为了使滤波效果更好，可选用大容量的电容为滤波电容。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。 4稳压电路

经过滤波后输出的直流电压仍然存在较大纹波，而且交流电网电压容许有±10%的起伏，随着电网电压的起伏，输出电压也会随之变动。此外，经过滤波后输出的直流电压也与负载的大小有关，当负载加重时，由于输出电流能力有限，使得输出的直流电压下降。因此，当需要稳定的直流电源时，在整流、滤波电路后通常需要配有稳压电路。在此我们选用7812和7912分别作为+12V 和-12V 的稳压芯片。

5、实验原理图及参数确定

（1）整流元件参数的计算

在桥式整流电路中，二极管VD1、VD3和VD2、VD4是轮流导通的，所以经过每个二极管的平均电流为：

20.451

2D L L U I I R =

=

二极管在截止时管子两端承受的最大反向电压即为U2的最大值，即：

2RM U =

一般电网电压的波动范围为±10%，所以实际选择的二极管的最大整流电流IDM 和最高

反向电压URM应留有大于10%的余量。

桥式整流电路的优点是输出电压高，波纹电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时在正、负半周内都有电流供给，效率较高。因此，桥式整流电路得到了广泛应用。目前市场上已有桥式整流堆出售。

（2）滤波电路参数的计算

整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的直流和交流成分(称为纹波电压)。这样的直流电压作为电镀、蓄电池充电的电源还是允许的，但作为大多数电子设备的电源，将会产生不良影响，甚至不能正常工作。在整流电路之后，需要加接滤波电路，尽量减小输出电压中交流分量，使之接近于理想的直流电压。滤波电路的类型有电容滤波电路、电感滤波电路、复式滤波电路等等。我们采用电容滤波电路：

假定在t=0时接通电路，u2为正半周，当u2由零上升时，VD1、VD3导通，C被充电，因此uO=uC≈u2，在u2达到最大值时，uO也达到最大值，见图(b)中a点。然后u2下降，此时uC>u2，VD1、VD3截止，电容C向负载电阻RL放电。由于放电时间常数τ=RLC一般较大，电容电压uC按指数规律缓慢下降。当uO(uC)下降到图(b)中b点后，u2>uC，VD2、VD4导通，电容C再次被充电，输出电压增大。以后周期重复上述充、放电过程。

从理论上讲，滤波电容越大，放电过程越缓慢，输出电压就越平滑，平均值也越高。但在实际中，电容量越大不仅会使滤波电容体积过大，还会使整流二极管流过的冲击电流过大。所以，对于桥式整流电路，滤波电容的选择一般满足：

(35)

2L T R C ≥

整流电路接入滤波电容后，不仅使输出电压变得平滑、纹波显著减小，同时输出电压的平均值也增大了。

输出电压的平均值近似为：

21.2O U U ≈

故二极管的导通时间缩短，一个周期的导通角θ<π。由于电容C 充电的瞬时电流很大，形成了浪涌电流，容易损坏二极管，故在选择二极管时，必须留有足够电流裕量。

经过讨论，我们决定C 取150nF 。

6、稳压电路参数的计算

三端式稳压器只有三个引出端子，具有应用时外接元件少、使用方便、性能稳定、价格低廉等优点，因而得到广泛应用。三端式稳压器有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器；另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳压器。它们的基本组成及工作原理都相同，均采用串联型稳压电路。典型电路如下图所示。

本实验中，我们采用7812和7912两个稳压器。电容C1可防止自激震荡，还可以抑制电源的高频脉冲干扰，一般取0.1—1uF ，实验中采用100nF 电容。输出端电容用以改善负载的瞬态响应，消除电路的高频噪声，同时也具有消除自激震荡的作用。本实验中采用100nF 电容。C3采用220uF 电容。

7、实验原理图

由以上分析可以得出如下图所示电路图：

U1

三、计算机仿真

1、整流电路

原理图：

整流后波形：

原理图：

整流后波形：

原理图：

整流后波形：

四、安装焊接调试

（1）测量稳压电源输出的稳压值及稳压范围

首先使调压器的输出为0V，通过示波器或万用表观测稳压电路的输出，然后调节调压器的输出，使输入到变压器的交流电压逐渐增加，当稳压电路输出的直流电压值不再随着调压器输出电压的增加而改变时，此时电路输出的直流电压值

即为稳压电源的稳压值。

使稳压器输出在稳压值上的

输入电压范围为稳压电路的稳压

范围。

（2）经过测试，7812的稳压值为

12.540V，稳压范围是14.9——18.1V。

7912的稳压值为-12.450V，稳压范围为15.2——17.8V。

五、实验结论

本次实验，我们充分理解并掌握了集成直流稳压电源设计的过程方法，特别是在实验过程中我们相互帮助学习，提高了自我学习的能力，也提高的团队协作的能力，在试验中，我们自己学会去解决问题，发现问题，相信对以后的学习会有很大帮助。另外，通过本实验，我们学会了直流电压源的设计方法，也对Multisim这个软件有了初步的认识和了解，为以后其他后续课程提供了帮助。在实验过程中我们也获得了很多的经验教训。通过本次不仅对我们知识水平有很大帮助，更重要的是提高了我们自我学习的能力和团队协作的能力。

实验元器件