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1、直流稳压电源电路的设计实验报告一、实验目的1、了解直流稳压电源的工作原理。2、设计直流稳压电路，要求输入电压： 220V市电，50Hz,用单变压器设 计并制作能够输出一组固定+15V输出直流电压和一组+1.2V+12V连续可调的 直流稳压电源电路，两组输出电流分别 Io500mA3、了解掌握Proteus软件的基本操作与应用。二、实验线路及原理1、实验原理(1)直流稳压电源直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电的装置, 它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤 波电路及稳压电路所组成，基本框图如下：图2-1直流稳压电源的原理框图和波形变换其中
2、：1)电源变压器：是降压变压器，它将电网 220V交流电压变换成符合需要 的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n,式中n是变压器的效率。2)整流电路：利用单向导电元件，把 50Hz的正弦交流电变换成脉动的直 流电。3)滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从 而得到比较平滑的直流电压。滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直 流电压U1。4)稳压电路：其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电 流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定 输出电压的目的。稳压电路的功
3、能是使输出的直流电压稳定， 不随交流电网电压 和负载的变化而变化。(2)整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2-2所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2RL,且方向是一致的。电路的输截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻 出波形如图2-3所示。整流二极管采用1N4007,具有正向导通电压降低，导通电流高，泄露电流 低，过载电流高，成本低等优点，其基本参数如下图所示，有黑色线圈一端表示 负极。1 0(25.4)MIN.2白国，工 .100(4.1)1,C(25+4)MIN.,0450(2,0J图2-4 1N4007基本
4、参数(3)滤波电路经过整流后的直流电幅值变化很大，会影响电路的工作性能。可利用电容的 通交流，隔直流”的特性，在电路中并入两个并联电容作为电容滤波器，滤去其 中的交流成分。利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的 特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻并联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uoi=(1.11.2)U2。直流输出电流：Io1=l2/ (1.52) (U2变压器副边电压的有效值，I2是变压器副边电流 的有效值。)(4)稳压电路集成串联型稳压电路有三个引脚，分别为输入端，输出端和公共端，因而称 为三端稳压器。按功能可分为固定式
5、稳压电路和可调式稳压电路；前者的输出电 压不能进行调节，为固定值；后者可通过外接元件使输出电压得到很宽的调节范 围，便于实时控制。本设计实现输出固定+15V输出直流电压时采用集成三端稳压 7815。X78XX 系列是三端正电源稳压电路，它的封装形式为T0-220O它有一系列的固定电压输出，应用广泛。每种类型由于内部电流的限制以及过热保护和安全工作区的保 护，使它基本不会损坏。7815可输出+15V电压。其参数及引脚如下所示。X7815电参数除将倒说明.0<Tj<l251lc500mA Vi=23V,Ci=0 33MF, Co=0.1uF) 参效符号测试条件席小情典型值最大值单位输出
6、电压VoTj=2514 415 015.6V5 CmA<l( 1 QA,Pq<15WVi=17,5VTo3DV14 251515.75V税性调整率AVoTj=25,V(=17 5V o 30V11300mVTj=250C,Vi=20U io 26n3150mV倒栽调整率AVoTp25aC.lo=5 OmA to I.5A123C0mVTj=25°CJg250mA to 750mA4150mV静态电流IOTj=25QC5.28mA静岔电施变化等aIQlo=5mA to 1 0A05mAVi=1flV to 305V0.3mA输出电田温源aVq'aTla=5mA1mV
7、输出餐音电口VNf= 10Hz to 100KHz,Ta=25忙90W，波抑制比RRr=l一 二 i二 l：5470_dB输入输加电压若Vo31 0A,Tj=252V输出F且抗Rof=ikHz19mQ短蹦电流IscVi=35VJa=25250mA峰仙电流IpkTj=25 0 C2.2A图2-5 7815参数TO-2201：输入;2：接地;3：输出图2-6 7815引脚图7815标准应用如下图所示：Vi dq VoO_I_L X78XX oC1 2s0.33m F图2-7 7815标准应用 COO.lpFLM317本设计实现输出+1.2V+12V可调电压时采用可调式三端稳压器LM317可调式三端
8、稳压器在输出电压范围 1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安 的电流，有三个引出端，分别为输入端、输出端和电压调整端（简称调整端）。调整端是基准电压电路的公共端，其典型值为1.25V。LM317可调式三端稳压依靠 外接电阻来调节输出电压的，为保证输出电压的精度和稳定性，要选择精度高的 电阻，同时电阻要紧靠稳压器，防止输出电流在连线上产生误差电压。LM317引脚图如下图所示。T后缀皇料封装外壳221A般热斯衣而也排划引脚2管脚：1,调行2.Vout3. Vin图2-8 LM317引脚图LM317标准应用如下图所示。电路中的 R1、R2组成可调输出的电阻网络。为了能使电路中的偏置电流和调整管的漏电
9、流被吸收，所以设定R1为120240欧姆。通过R1泻放的电流为510mA。0牌惠电源法波跳有一定用离肘G是必需的,Co时性til向n gw此（改机贿念响用VM.25M1+甩因* g跑期100淖仓 颂的试中fi肺用中可黏在图2-9 LM317标准应用（5）单相变压器变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线 圈、次级线圈和铁心（磁芯）。在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹 配阻抗，安全隔离。2.实验线路下图为+15V固定稳压电源的线路图。采用三端式稳压器7815构成单电源电 压输出串联型稳压电源，220V的市电经变压器变压后变成电压值较小的交流，再经桥式整流电路和滤波
10、电路形成直流。滤波电容C1 一般选取几百几千微法。当稳压器距离整流滤波电路比较远时，在输入端必须接入电容器C2 （数值为0.33 pB,以抵消线路的电感效应，防止产生自激振荡。输出端电容 C3（0.1 pF） 用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态响应。图2-10 +15V稳压电源线路图下图为+1.2+12V可调稳压电源的线路图。输入电容器 C1用于抑制纹波电 压，输出电容器C2用于消震，缓冲冲击性负载，保证电路工作稳定，调节滑动 变阻器的阻值即可得到相应的电压。2200UF/25V图2-11 +1.2+12V可调稳压电源线路图三、实验内容及步骤1、根据搭接的仿真原理图领取相应的电阻电容等元
11、器件，根据原理图以及 芯片引脚图布置电路结构，同时注意走线平整、美观。2、开始焊接电路，按照布局好的电路焊接。焊接时需要注意（1）电解电容 的极性不能接反，否则要爆炸。（2）凡电路板上要流过较大电流的连线，都要换 上线径稍粗的导线。由于实验室提供变压器（二次侧2*15V）和假负载（050Q /2A的可调电阻在电路板上分别焊接大电流三针接线座子，1'、2'、3'和4、5、6。在1-2'间焊接整流桥，3'悬空，以便与变压器二次侧的一组 15V引出线相连。3、焊接完成后，使用万用表测试焊点是否牢固，防止虚焊。将万用表调至蜂鸣档，用两个探针接触整流桥正端引脚与
12、1000uF电容正端，发出蜂鸣声说明 焊点牢固，其余焊点之间也同样测试。测试完成后连接电路，验证效果，连接好 的电路如下图所示。图3-2焊接好的电路4、焊接完毕后开始测试并记录实验数据。（1）首先测试输出电路能否实现相应功能。将变压器接到大电流三针接线座子 1'、2'、3'上，测+15V输出（4）与 参考地（5）的电压是否为一固定输出15V。测可调电压（6）与参考地（5）的 电压能否按要求可调？（2）测试输出电流是否500mA将变压器接到大电流三针接线座子 1'、2'、3'上，将+15V输出（4）与 一可变电阻相连，并串联一电流表，电流表负端接参
13、考地（5）,测量电流能否输 出00.5A。同样方法测试+1.2V+12V连续可调的直流稳压电源电路。四、仿真运用protues软件对其进行系统仿真，仿真原理图如下图所示：图4-1直流稳压电源仿真图1、固定+15V输出直流稳压电源仿真图中上部分为固定+15V输出直流稳压电源。输入为220V, 50Hz市电, 经变压器降压为AC24V,如下图所示。TRAN-2P2S图4-2 220V币电降压为24V变压器参数设置如下图所示图4-3变压器参数设置降压后24V电压经过桥式整流后变为直流电压，如下图所示图4-4桥式整流最后经过滤波电容C1、C2、C3和稳压器7815输出15V的直流电压，如下 图所示：图
14、4-5输出15V直流电压使用示波器观测整体波形，A观测220V市电（黄色），B观测降压后的波 形（蓝色），C观测整流后的波形（红色），D观测输出的直流电压（绿色），如 下图所示。Clhiliiiel -n-_AcDCrjlDigital Oscilloscope图4-6整体波形观测2、+1.2V+12V连续可调的直流稳压电源仿真图中下半部分为+1.2V+12V连续可调的直流稳压电源。采用 LM317可调稳压器，D5、D6起保护稳压器的作用。当可调电阻短路时，输出电压为1.26V,如下图所示：图4-7可调电阻短路时，输出直流电压当可调电阻的86%接入电路时，输出电压为12.1V,如下图所示:图4
15、-8可调电阻的86%接入电路时，输出直流电压五、实验设备实验时所用的仪器设备如下表所示。表5-1实验设备序号设备数量1变压器（二次侧 2*15V）12假负载（050Q/2A的可调电阻 RW和防止调 节不，真而限流保护的电阻R）13数子力用表24镣子15男力16导线八7洞洞板18电烙铁19焊锡丝八10一字起1六、元器件清单表6-1元器件清单序号兀器件数量1二端稳压器781512二端稳压器LM31713整流桥141000uF电容150.33uF电容3610uF电容17散热片282k可调电阻19120欧电阻110大电流三针接线座子2七、实验数据及分析1、仿真数据记录分析(1) +15V固定直流稳压电
16、源电路可实现输出+15V固定电压的功能(2) +1.2V+12V连续可调的直流稳压电源电路数据记录表7-1仿真数据记录序号滑动变阻器阻值(k)理论计算值(V)仿真数据(V)101.251.2620.355.0330.57.57.5540.71010.150.861212.1分析仿真数据与理论数据误差极小，可以验证仿真结果的正确性。2、实验数据记录及分析(1) +15V固定直流稳压电源电路空载时输出电压为15.190V。接可调负载，输出电流为0.5A时，输出电压为14.952V。(2) +1.2V+12V连续可调的直流稳压电源电路空载时输出电压最小为1.233V,输出电压可达到12V。接可调负载输出12V电压，当输出电流为0.499A时，测得实际输出电压为11.866V。输出1.2V电压，当输出电流为0.587A时，测得实际输出电压为1.225V。