直流稳压电源实验报告-模拟电 子技术 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术 实 验 报 告 实验题目： 集成直流稳压电源的设计 学 院： 电子信息工程学院 专 业： 通信工程 学生姓名： 王斯宇 学 号： 任课教师： 佟毅老师 2013 年 6 月 2 日 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 目 录 1、实验题目及要求…………………………………………………………………… 1 1.1 实验题目……………………………………………………………………… 1 1.2 设计的基本要求……………………………………………………………………… 1 2 实验目的与知识背景……………………………………………………………1 2.1 实验目的……………………………………………………………………1 2.2 知识点……………………………………………………………………… 1 3 实验过程…………………………………………………………………………6 3.1 选取的实验电路及输入输出波形…………………………………………6 3.2 每个电路的讨论和方案比较……………………………………………… 8 3.3 分析研究实验数据………………………………………………………11 4 总结与体会……………………………………………………………………… 12 4.1 通过本次实验能力得到提高，处理问题印象非常深刻，创新点…………… 12 4.2 对本课程的意见与建议…………………………………………………13 5 参考文献………………………………………………………………………… 13 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 2 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 1、实验题目及要求 1.1实验题目：集成稳压电源的设计 1.2设计的基本要求 （1）设计一个双路直流稳压电源。 （2）输出电压 Vo=±12V，+5V 最大输出电 流 Iomax=1A （3）输出纹波电压 ΔVop-p≤5mV, 稳压系 数 Sv≤5×10-3。 2 实验目的与知识背景 2.1 实验目的 （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。 （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。 3 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 2.2 知识点 （1）实验设计思想 本实验基本设计思想是根据设计要 求，从后向前依次设计电路。小功率稳压 电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电 路四部分电路组成。变压器将220V 电压转 换为所需低电压，整流桥可将正负交流电 转换为只有正向，而滤波电路通过利用电 容充放电的功能使电压趋向于平滑。最后 再由三端稳压器，使输出电压稳定为所需 值。 设计过程根据要求选择三端稳压器。 确定电源变压器副边电压 V2 的值根据稳 压器的输入电压和桥式整流滤波电路的电 压关系，设计、计算出变压器付边的电压 值。滤波电容的选用可根据技术要求和电 网变化情况，设计、计算其电容量和耐压 4 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 值，然后查有关手册选定电容的标称值和 耐压值以及电容型号。 桥式整流二极管的型号确定： 根据桥式整流和电网变化情况，计算 或估算出二极管的最高反向电压 VRM 和最 大工作电流 Iomax，再查有关手册确定所 选用的二极管型号。电源变压器的选择根 据付边电压和输出电流选择变压器。 （2）直流稳压电源的基本原理 直流稳压电源一般由电源变压器 T、 整流滤波电路及稳压电路所组成。 基本框图如下。各部分作用： 5 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 直流稳压电源的原理框图和波形变换 （3）各单元电路原理： ①电源变压器T 的作用是将220V 的交流 电压变换成整流滤波电路所需要的交流 电压 U 。变压器副边与原边的功率比为 i P/P=n，式中n是变压器的效率。 2 1 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。 由于输出有±12V，因此变压器择双输出， 如下图。 6 国家电工电子实验教学中 模拟电子技术实验 实验报告 ②整流电路：整流电路将交流电压U 变换 i 成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较 大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压 U 。常用的整流滤波电路有全波整流滤 1 波、桥式整流滤波等。 7 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 8 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 全桥的正向电流有0.5A、1A、1.5A、2A、 2.5A、3A、5A、10A、20A等多种规格，耐 压值（最高反向电压）25V、50V、100V、 200V、300V、400V、500V、600V、800V、 1000V等多种规格。 长脚对应1。 整流电路参数： 输 出 电 压 平 均 值 ： 1 2 2U   2 U  2U sin td(wt) 0.9U 0(AV) 2 0 2  2 9 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 U 0.9U I  0(AV)  2 输出电流平均值： 0(AV) R R L L I U U I  0(AV)  0(AV) 0.45 2 平均整流电流： D(AV) 2 2R R L L 最大反向电压：U  2U RM 2 整流二极管的选择（考虑电网 %波动）： 10  1.1U I 0.45 2  F R  L U 1.1 2U R 2 ③滤波电路： 各滤波电路C满足R-C=(3~5)T/2，式 L 中T 为输入交流信号周期，R 为整流滤波 L 电路的等效负载电阻。 10 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 滤波电路参数 T/2 二极管导通角θ： 11 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 T 滤波电容的选择：R C(3~5) ,U 1.2U L 2 0(AV) 2 一般选择几十至几千微法的电解电容，耐 压值应大于1.1 2U 1.56U 。 2 2 ④稳压电路： 常用的稳压电路有两种形式：一是稳 压管稳压电路，二是串联型稳压电路。二 者的工作原理有所不同。稳压管稳压电路 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 12 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 达到稳定输出电压的目的。它一般适用于 负载电流变化较小的场合。串联型稳压电 路是利用电压串联负反馈的原理来调节输 出电压的。集成稳压电源事实上是串联稳 压电源的集成化。实验中为简化电路，我 们选择集成稳压器（三端稳压器）作为电 路的稳压部分。集成稳压器的 W7800 系列 输出正电压5V、6V、9V、12V、15V、18V、 24V，输出电流为 1.5A （W7800）、0.5A （W78M00）、0.1A （W78L00）；W7900 系列 输出负电压-5V、-6V、-9V、-12V、-15V、 -18V、-24V，输出电流为1.5A （W7900）、 0.5A （W79M00）、0.1A （W79L00）。 13 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 L78、79系列集成稳压器是一种有广泛 用途的三端集成稳压器。W78 系列三端集 成稳压电路具有固定输出正电压，L79 系 列三端集成稳压电路具有固定输出负电 压。这两个系列稳压器都具有较完善的短 路和限流保护、过热保护和调整管安全工 作区保护电路，因而他的工作是比较可靠 的。字母后面的数字表示输出电压，电压 等级：5V、6V、8V、12V、15V、18V、24V 。 如设计一个输出 12V,最大电流1A 的线性直流稳 压电源，选择L7812、L7912。 实物示意图以及管脚接法 14 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 3 实验过程 3.1 选取的实验电路及输入输出波形 （1）备选方 案 一 （2）备选方案二 15 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 16 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 3.2 每个电路的讨论和方案比较 一共列出两个备选方案，其整流电路、滤波 电路相同，稳压电路二者有所不同。备选方 案一设计较为简单，运用两个三端稳压电路 芯片；备选方案二设计较为复杂，运用了三 个三端稳压电路并加入了辅助二极管元件， 可以保证电路的安全。 （1）先计算并确定元件参数： ①变压器选择：变压器选择双 15V变压，考 虑到电流不需要太大，最大电流为 2A，实 际选择变压器输出功率为30W，可以很好地 满足要求。 ②整流桥：考虑到电路中会出现冲击电流， 整流桥的额定电流时工作电流的2~3倍。选 取 RS301 （100V,3A）即可，实际购买过程 中选择了2W10也符合设计的基本要求。 ③滤波电路：考虑到对纹波电压要求比较 高，所以选择了 2200uF、耐压值为 25V 的 17 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 电解电容。 ④为了防止负载产生冲击电流，故在输出端 加入220uF、耐压值为25V的电解电容。 ⑤为防止电源输出端短路，需安装保险管； 为防止 W 芯片因过热而烧坏，需加装散热 片。 （2）在焊电路板之前先对整流电路、滤波电 路以及方案一的稳压电路进行仿真。结果如 下： ①整流电路输 XSC1 Ext Trig + _ A B + _ + _ 4 V1 1 3 T1 2 D1 220 Vrms 50 Hz 4 1 0° 0 TS_AUDIO_VIRTUAL 0 3 3N259 2 18 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 19 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 ②滤波电路输出 XSC1 Ext Trig + _ A B + _ + _ 10 V14 9 T1 2 D1 C3 C7 220 Vrms 2.2mF 330nF 50 Hz 4 1 0° 0 TS_AUDIO_VIRTUAL* 0 3 3N259 8 C1 C8 2.2mF 330nF 7 20 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 21 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 ③稳压电路输出 XSC1 Ext Trig + _ U1 A B LM7812CT + _ + _ 3 4 6 LINE VREG VOLTAGE V1 1 T1 2 D1 C3 C7 COMMON 220 Vrms 2.2mF 330nF 50 Hz 4 1 0° TS_AUDIO_VIRTUAL 0 7 3 3N259 0 5 C1 C8 2.2mF 330nF COMMON 2 VOLTAGE LINE VREG U2 LM7912CT 22 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 可以看到输入的正弦信号经过整流、滤波、 稳压后最终得到我们所需要的直流电压 所以选取方案一便可满足设计的基本要求。 （3）实验中遇到的问题： 但是在真实实验过程中，电解电容发 生了击穿现象。 （4）现象出现缘由分析： 其整流电路部分的保护部分欠缺， （5）解决方案： 最后选取了备选方案二，使用三个三 端整流电流，并在每个电路两端加上 一个二极管进行保护作用。实验后未 再出现击穿烧毁现象。辅助二极管元 件起到了作用。 3.3 分析研究实验数据 （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 23 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 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。 测得： 输出端正电压 Uo1=11.91V Uo2=5.05V ；输出端负电压Uo3=-12.05V 实验数据与预期的“输出端正电压 Uo1=+12.0V Uo2=+5.0V ；输出端负电压 Uo3=-12.0V”有较小的差值，而Uo1、Uo3 均有向下偏移现象。 （2）测量稳压电源的纹波电压和纹波因数 纹波电压是指在额定负载条件下，稳压电源输出直流电压中所含的交流分量。 在交流电压为 220V，负载电流最大（额定输出电流）的条件下，用示波器分别 测量稳压电源的输入纹波电压和输出纹波电压。 输出纹波电压 (正) ΔUop-p1=5.0 mV ΔUop-p2=0.06mV （负）ΔUop-p3=0.78uV 波纹电压偏大，而仿真电路中比较正常，其原因可能是焊接技术不够精准，导 致误差。 4 总结与体会 4.1 通过本次实验那些能力得到提高，那些解决的问题印象非常深刻，有那些创新 点。 本学期一开学，模拟电子技术这门课就成 为我的心头第一件事。以前经常听学长学姐 说：“模电”就是“电魔”，学不好就容易死。 刚刚接触这门课的时候，感觉跟上学期学的 “电路分析”有相通之处，进一步解释了二极 管、三极管的原理，后来又引入了运算放大器 24 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 等上学期十分神秘的器件，难度也随之增大。 从第七周开始就开始了有模拟电子技术 实验，怀着忐忑的心理来到实验室，发现示波 器的调节是最基本的一项技能，第一次负反馈 实验就令我焦头烂额，没出波形令人十分苦 恼，在之后的补做实验中才得以出现。之后两 次的实验，我都做了十分充分的预习，结果也 是一喜一忧，模拟电子技术实验的可怕之处已 经深深烙印到我的心上。 经过三次实验之后，就到了设计性试验。 一开始得到的消息是做两个设计性实验，一个 是本次论文的主角“集成直流稳压电源”，另 一个是“语音放大器”。可是后来又将第二个 实验改成了“非线性失真的研究”。 集成直流稳压电源是我们所做的第一个 设计性实验，所以刚开始时都有些无从下手， 总觉得有很多问题，比如电路如何设计，需要 哪些元件，参数如何选取等等。 25 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 后来，我们整理了下思绪，首先非常仔细 的研究了下老师给的PPT里的内容，借助老师 所给的电路结构，确立了变压电路、整流电路、 滤波电路、稳压电路四个部分，然后查阅模电 实验的教材，拟定了所需要的元件及元件的的 参数。 其中不得不要说一句，网上查找资料确实 为咱们提供了很多便利，许多参数前人都已有 相关总结，再加上电子信息工程学院科学技术 协会有模拟电子技术实验所需的元件库。 元 件库中的元件型号也并不太多，这是我们眼前 一亮。 大一的时候曾经学习过“电类工程素质训 练”，焊接过电路板以及万用表，对焊接的基 本知识还是比较了解的。但此次电源设计的焊 接并不理想。 起初买电路板时听别人说有单联板和三 联板，感觉三联板更高级，但是买的时候买成 26 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 了单联板，曾经很是郁闷。但是焊接后期听到 许多同学抱怨三联板总是短路，一不细心就出 问题，方知自己傻人有傻福，买单联板踏踏实 实焊接才是硬道理。 此次焊接与万用表焊接差别很大。需要自 己布线。我一一将元件焊接好后选择布线，总 是把线弄得很长很不美观，只好拆掉重新焊 接。 有了一些布线的经验后，电源焊接基本结 束。但是发现买的芯片和散热片无法紧密连 接，于是就强行用焊锡、胶带使他俩连接在一 起。最后接上 220V 电压来测试。测试途中 未断掉电源就拔掉了示波器与导线相连的部 分，结果产生大量电火花，电路中的元器件异 常发热，重新连接之后波形全部异常，我们了 解到元件被烧坏了。也为我们提醒：连接电源 时不能随意拆卸导线。并且散热器需要正确安 装。 27 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 经过这次教训之后，我们改进了电路，加 入了二极管辅助，并且加入了保险管。最终测 得了论文中的较令人满意的数据。这才大功告 成。 此次电源设计，让我们亲身体验了如何用 空白的电路板，进行自己所需的电路设计。虽 然过程十分艰辛，但是经过老师的指导和伙伴 的努力，终于完成了，同时对我们模拟电子技 术这门课的学习有更好的帮助。 4.2 对本课程的意见与建议 本课程对学生的实验操作锻炼有十分重大 的帮助。前三个实验感觉比课程进度稍微提 了些，可能对原理还不太清楚。并且模拟电子 技术实验期末焊电路板等工作工程量有些大， 对期末复习相对有些影响，建议将焊电路、设 28 国家电工电子实验教学中心 模拟电子技术实验 实验报告 计电路等工程训练类课程放到小学期踏踏实 实训练。 5 参考文献 1、《电子电路实验及仿真》 路勇 北京 交通大学出版社 清华大学出版社 2、《电子技术基础实验与课程设计》 高吉 祥 电子工业出版社 29

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