直流穩(wěn)壓電源電路的設計實驗報告

1、直流穩(wěn)壓電源電路的設計實驗報告一、實驗目的1、了解直流穩(wěn)壓電源的工作原理。2、 設計直流穩(wěn)壓電路，要求輸入電壓： 220V市電，50Hz,用單變壓器設 計并制作能夠輸出一組固定+15V輸出直流電壓和一組+1.2V+12V連續(xù)可調的 直流穩(wěn)壓電源電路，兩組輸出電流分別 Io 500mA3、了解掌握Proteus軟件的基本操作與應用。二、實驗線路及原理1、實驗原理(1) 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉換成穩(wěn)壓輸出的直流電的裝置， 它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成。一般由電源變壓器、整流濾 波電路及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖如下：圖2-1直流穩(wěn)壓電源的原理框圖和波形變

2、換其中：1) 電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網 220V交流電壓變換成符合需要 的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定， 變壓器 副邊與原邊的功率比為P2/P仁n式中n是變壓器的效率。2) 整流電路：禾U用單向導電元件，把 50Hz的正弦交流電變換成脈動的直 流電。3) 濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。濾波電路濾除較大的波紋成分，輸出波紋較小的直 流電壓U1。4) 穩(wěn)壓電路：其工作原理是利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會引起其電流有較大變化這一特點，通過調節(jié)與穩(wěn)壓管串聯的限流電阻上的壓降來達到穩(wěn)定 輸出電壓的目的。

3、穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網電壓和負載的變化而變化。(2) 整流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖2-2所示。在u2的正半周內,二極管D1、D2導通，D3、D4截止；u2的負半周內，D3、D4導通，D1、D2RL，且方向是一致的。電路的輸uo圖2-2整流截止。正負半周內部都有電流流過的負載電阻 出波形如圖2-3所示。圖2-3輸出波整流二極管采用1N4007,具有正向導通電壓降低，導通電流高，泄露電流 低，過載電流高，成本低等優(yōu)點，其基本參數如下圖所示，有黑色線圈一端表示 負極。1.0(25.4)MIN.衛(wèi)0熨呂”右60（4.11,0(25,4)MIN.,0450(

4、：2,0j圖2-4 1N4007基本參數（3）濾波電路經過整流后的直流電幅值變化很大，會影響電路的工作性能?？衫秒娙莸?通交流，隔直流”的特性，在電路中并入兩個并聯電容作為電容濾波器，濾去其 中的交流成分。利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的 特點，將電容器和負載電容并聯或電容器與負載電阻并聯，以達到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uoi=（1.11.2）匕。直流輸出電流：Io1=b/ （ 1.52） （ U2變壓器副邊電壓的有效值，I2是變壓器副邊電流 的有效值。）（4）穩(wěn)壓電路集成串聯型穩(wěn)壓電路有三個引腳，分別為輸入端，輸出端和公共端，因而

5、稱 為三端穩(wěn)壓器。按功能可分為固定式穩(wěn)壓電路和可調式穩(wěn)壓電路；前者的輸出電 壓不能進行調節(jié)，為固定值；后者可通過外接元件使輸出電壓得到很寬的調節(jié)范 圍，便于實時控制。本設計實現輸出固定+15V輸出直流電壓時采用集成三端穩(wěn)壓 7815。X78XX 系列是三端正電源穩(wěn)壓電路，它的封裝形式為T0-220。它有一系列的固定電壓輸出，應用廣泛。每種類型由于內部電流的限制以及過熱保護和安全工作區(qū)的保 護，使它基本不會損壞。7815可輸出+15V電壓。其參數及引腳如下所示。圖2-5 7815參數圖2-6 7815引腳圖7815標準應用如下圖所示：圖2-7 7815標準應用本設計實現輸出+1.2V+12V可調

6、電壓時采用可調式三端穩(wěn)壓器LM317。LM317可調式三端穩(wěn)壓器在輸出電壓范圍 1.2伏到37伏時能夠提供超過1.5安 的電流，有三個引出端，分別為輸入端、輸出端和電壓調整端（簡稱調整端）。調整端是基準電壓電路的公共端，其典型值為1.25V0 LM317可調式三端穩(wěn)壓依靠 外接電阻來調節(jié)輸出電壓的，為保證輸出電壓的精度和穩(wěn)定性，要選擇精度高的 電阻，同時電阻要緊靠穩(wěn)壓器，防止輸出電流在連線上產生誤差電壓。LM317引腳圖如下圖所示。圖2-8LM317引腳圖LM317標準應用如下圖所示。電路中的 R1、R2組成可調輸出的電阻網絡。 為了能使電路中的偏置電流和調整管的漏電流被吸收，所以設定R1為1

7、20240歐姆。通過R1瀉放的電流為510mA。圖2-9 LM317標準應用（5）單相變壓器變壓器是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置，主要構件是初級線 圈、次級線圈和鐵心（磁芯）。在電器設備和無線電路中，常用作升降電壓、匹 配阻抗，安全隔離。2 實驗線路下圖為+15V固定穩(wěn)壓電源的線路圖。采用三端式穩(wěn)壓器7815構成單電源電 壓輸出串聯型穩(wěn)壓電源，220V的市電經變壓器變壓后變成電壓值較小的交流， 再經橋式整流電路和濾波電路形成直流。濾波電容C1 一般選取幾百幾千微法。 當穩(wěn)壓器距離整流濾波電路比較遠時，在輸入端必須接入電容器C2 （數值為0.33 uF，以抵消線路的電感效應，防止產生自

8、激振蕩。輸出端電容C3（0.1卩F）用以濾除輸出端的高頻信號，改善電路的暫態(tài)響應。圖2-10 +15V穩(wěn)壓電源線路圖下圖為+1.2+12V可調穩(wěn)壓電源的線路圖。輸入電容器C1用于抑制紋波電壓，輸出電容器C2用于消震，緩沖沖擊性負載，保證電路工作穩(wěn)定，調節(jié)滑動 變阻器的阻值即可得到相應的電壓。圖2-11 +1.2+12V可調穩(wěn)壓電源線路圖三、實驗內容及步驟1、根據搭接的仿真原理圖領取相應的電阻電容等元器件，根據原理圖以及 芯片引腳圖布置電路結構，同時注意走線平整、美觀。2、開始焊接電路，按照布局好的電路焊接。焊接時需要注意（1）電解電容 的極性不能接反，否則要爆炸。（2）凡電路板上要流過較大電流

9、的連線，都要換 上線徑稍粗的導線。由于實驗室提供變壓器（二次側2*15V）和假負載（050Q /2A的可調電阻 FW和防止調節(jié)不慎而限流保護的電阻 R）,接線圖如下所示。220V315V1215V12_3+15M2可調電壓6RW R3-1接線圖在電路板上分別焊接大電流三針接線座子，T、2、3和4、5、6。在1-2間焊接整流橋，3懸空，以便與變壓器二次側的一組 15V引出線相連。3、焊接完成后，使用萬用表測試焊點是否牢固，防止虛焊。將萬用表調至 蜂鳴檔，用兩個探針接觸整流橋正端引腳與 1000uF電容正端，發(fā)出蜂鳴聲說明 焊點牢固，其余焊點之間也同樣測試。測試完成后連接電路，驗證效果，連接好 的

10、電路如下圖所示。圖3-2焊接好的電路4、焊接完畢后開始測試并記錄實驗數據。（1）首先測試輸出電路能否實現相應功能。將變壓器接到大電流三針接線座子1、2、3 上，測+15V輸出（4）與 參考地（5）的電壓是否為一固定輸出15V。測可調電壓（6）與參考地（5）的 電壓能否按要求可調？（2）測試輸出電流是否 500mA將變壓器接到大電流三針接線座子1、2、3 上，將+15V輸出（4）與 一可變電阻相連，并串聯一電流表，電流表負端接參考地（5），測量電流能否輸 出00.5A。同樣方法測試+1.2V+12V連續(xù)可調的直流穩(wěn)壓電源電路。四、仿真運用protues軟件對其進行系統仿真，仿真原理圖如下圖所示：

11、圖4-1直流穩(wěn)壓電源仿真圖1、固定+15V輸出直流穩(wěn)壓電源仿真圖中上部分為固定+15V輸出直流穩(wěn)壓電源。輸入為220V, 50Hz市電, 經變壓器降壓為AC24V，如下圖所示。圖4-2 220V市電降壓為24V變壓器參數設置如下圖所示圖4-3變壓器參數設置降壓后24V電壓經過橋式整流后變?yōu)橹绷麟妷?，如下圖所示：圖4-4橋式整流最后經過濾波電容C1、C2、C3和穩(wěn)壓器7815輸出15V的直流電壓，如下 圖所示：圖4-5輸出15V直流電壓使用示波器觀測整體波形，A觀測220V市電（黃色），B觀測降壓后的波 形（藍色），C觀測整流后的波形（紅色），D觀測輸出的直流電壓（綠色），如 下圖所示。圖4-6

12、整體波形觀測2、+1.2V+12V連續(xù)可調的直流穩(wěn)壓電源仿真圖中下半部分為+1.2V+12V連續(xù)可調的直流穩(wěn)壓電源。采用LM317可調穩(wěn)壓器，D5、D6起保護穩(wěn)壓器的作用。當可調電阻短路時，輸出電壓為1.26V，如下圖所示：圖4-7可調電阻短路時，輸出直流電壓當可調電阻的86%接入電路時，輸出電壓為12.1V，如下圖所示：圖4-8可調電阻的86%接入電路時，輸出直流電壓五、實驗設備實驗時所用的儀器設備如下表所示。表5-1實驗設備序號設備數量1變壓器（二次側2*15V）12假負載（050 Q /2A的可調電阻RW和防止調節(jié)不慎而限流保護的 電阻R）13數字萬用表24鑷子15剪刀16導線若干7洞洞

13、板18電烙鐵19焊錫絲若十10一字起1六、元器件清單表6-1兀器件清單序號元器件數量1三端穩(wěn)壓器781512三端穩(wěn)壓器LM31713整流橋141000uF電容150.33uF電容3610uF電容17散熱片282k可調電阻19120歐電阻110大電流三針接線座子2七、實驗數據及分析1、仿真數據記錄分析(1) +15V固定直流穩(wěn)壓電源電路可實現輸出+15V固定電壓的功能(2) +1.2V+12V連續(xù)可調的直流穩(wěn)壓電源電路數據記錄表7-1仿真數據記錄序號滑動變阻器阻 值(k)理論計算值(V)仿真數據(V)101.251.2620.355.0330.57.57.5540.71010.1|5|0.86|12|12.1分析仿真數據與理論數據誤差極小，可以驗證仿真結果的正確性。 2、實驗數據