分立元件搭建±5V的直流稳压源

分立元件搭建±5V直流电压源

一．实现思路：

在本次试验中，通过一个搭建一个直流稳压源，将220V~50Hz的交流电压转换成为±5的直流电压源。做成能够使用的电路板，并对该电路进行测试。测试的项主要有如下：输出电压Vo、纹波抑制比RR、短路电流Isc、带负载的能力Rload。

二．实现的元器件：

表二所用仪器及型号

三．实现方案及原理分析：

±5直流电压的原理框架如图一所示，基本上的实现思路如下：通用的照明电压通过一个变压器，其输出电压为12V的交流电。在变压器输出的电压通过有四根整流二极管组成的桥式整流电流后可以得到噪声较大的直流电压。然后利用滤波电路将噪声滤去之后输入到三端稳压器LM7905CT、LM7805CT，其稳幅输出电压分别为-5V、+5V。

图一电路的总体框架

（1）整流电路的原理依据：

图一桥式整流电路

桥式整流电路的工作原理如下:在电源电压V2的正负半周期（设a端为正，b端为负时是正半周期）内电流通路分别用实箭头和虚箭头表示。假设a端为正半周时,对D1、D3加正向电压,Dl、D3导通;对D2、D4加反向电压,D2、D4截止。电路中构成a、Dl、RL 、D3、b的通电回路,在RL 上形成上正下负的半波整流电压,a为负半周时,对D2、D4加正向电压,D2、D4导通;对D1、D3加反向电压,D1、D3截止。电路中构成b、D2、RL 、D4、a通电回路,同样在RL 上形成上正下负的另外半波的整流电压。如图二所示为整流的过程：

图二整流的结果

由图二可知，正弦波1、3分别为a、b端的波形。半波2、4分别为负载上下两端的波形。

（2）滤波电路的原理依据：

滤波电路用来滤去输出电压中的波纹，本次试验中采用的滤波方式是电容输入式。滤波电路如图三所示为：

图三桥式整流、电容滤波电路

在V2从0到正半周期内对电容C充电同时S闭合接入负载。由于电容在负载接入之前充了电，因此当接入负载时V2

τ=R C

d L

当V2>Vc时，二极管D1、D3受正向电压作用而导通，此时经二极管D1、D3一方面向负载RL提供电流，另一方面向电容C充电。电容C如此周而复始的进行充放电，负载上便得到如图四所示的锯齿波，锯齿波的上坡为充电过程、下坡为放电过程。其中1为负载上的电压，2为a端的电压：

图四电容滤波后的电压

（3）稳压电路的原理依据：

通过整流滤波电路所获得的直流电源电压是比较稳定的，当电网电压波动或负载电流变化时，输出电压会随之改变。本次试验中采用的是三端集成稳压器LM7805CT、LM7905来稳定电压。这两块芯片的大致工作过程如图五所示，通过滤波后的电压从Ui输入经调整后到输出电压Uo同时对Uo进行采样，并且将采得的电压与基准电压比较放大后在调整输出，这样就能够上输出电压在一个稳定的值附近小幅波动。

图五稳压过程

（4）试验原理依据

如图六所示为本次试验的原理图：

LM7905CT

图六 ±5直流稳压电源原理图

图七 实物图

整流桥与滤波电路在前面已经做了详细的介绍，从图看有两个220uF 、1uF 的电容，其中220uF 的电容是用来抵消输入端因接线较长而产生的电感效应，1uF 的电容是用来改善负载的瞬态响应，其作用是减少高频噪声。两组250Ω、发光二极管是用来显示电路是否正常工作的，其事物如图七所示。

四． 电路性能的测试：

本次试验主要测试电路在输入电压AC 为220V 、50Hz 下输出电压Vo 、纹波抑制比RR 、短路电流Isc 、带负载的能力Rload 的指标。

（1）输出电压及纹波抑制比的测试，测试电路如图八所示：

AC

图八输出电压及纹波抑制比的测试

纹波电压是指稳压电路输出端交流分量的有效值，表输出电压的微小波动。纹波抑制比RR 表示为

RR=IP-P

OP-P

V 20lg

V 式中V IP-P 和V OP_P 分别表示纹波输入电压的峰峰值遇纹波输出电压的峰峰值。

（2）短路电流Isc 的测试，测试电路如图九所示：

AC

图九 短路电流Isc 的测试

（3）带负载的能力Rload 的测试。 带负载能力是指，外接器件后，输出的电压或电流大小不受影响的能力测试电路如图十所示。通过改变R1、R2的大小，观察示波器上直流电压源输出电压的变化来判断直流电压源的带负载能力。

AC

图十 带负载的能力Rload 的测试。

（4）测试结果如表三所示：

表三 直流稳压电源的系能指标