直流电路实验报告共16页.docx

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直流电路实验报告共16页

直流电路实验报告

　　篇一：

直流电路实验内容

　　实验一直流电路

　　一、实验目的

　　1.学习使用数字万用表测量电阻与交、直流电压；

　　2.验证基尔霍夫电压定律及电流定律，加深对正方向的理解；3.验证线性电路的叠加原理；

　　4.验证戴维南定理和诺顿定理，学会测量戴维南等效电路中的开路电压、诺顿等效电路中的短路电流及等效内阻的方法；

　　5.自拟电路验证负载上获得最大功率的条件。

　　二、实验原理

　　1.基尔霍夫定律

（1）基尔霍夫电流定律：

电路中，某一瞬间流入和流出任一节点的电流的代数和等于零。

　　即∑I=0。

（2）基尔霍夫电压定律：

电路中，某一瞬间沿任一闭合回路一周，各元件电压降的代数和等

　　于零，即∑U=0。

2.叠加原理

　　在具有多个独立电源的线性电路中，一条支路中的电流或电压，等于电路中各个独立电源分别作用时，在该支路中所产生的电流或电压的代数和。

　　值得注意的是，叠加原理只适用于电流或电压的计算，不适用于功率的计算。

3.等效电源定理

（1）戴维南定理：

一个线性有源二端网络，可以用一个理想电压源和一个等效电阻串联构成的电压源等效代替。

等效电压源的源电压为有源二端网络的开路电压；串联电阻为有源二端网络中所有独立电源作用为零时的无源二端网络的等效电阻。

（2）诺顿定理：

一个线性有源二端网络，可以用一个理想电流源和一个等效电阻并联构成的电流源等效代替。

等效电流源的源电流为有源二端网络的短路电流；并联电阻为有源二端网络中所有独立电源作用为零时的无源二端网络的等效电阻。

4.最大功率传输

　　正确匹配负载电阻，可在负载上获得最大功率，如图1-1所示，电路中功率和负载的关系可用下式表示（其中RL为负载，可变；RS为电源内阻，不变）。

　　L

　　?

?

E

　　2

　　P?

I

　　2

　　?

RL?

?

?

R?

R?

　　LS?

?

　　S

　　RL

　　为求得RL的最佳值，应将功率P对RL求导，即

　　dP

　　?

0

　　dRL

　　图1

　　-1功率最大传输电路

　　I1得RL=RS，即为负载获得最大功率的条件。

　　三、实验内容与要求1.数字万用表的使用

　　E2使用数字万用表测量实验板上各电阻的阻值，直流稳压电源的输出电压（可改变输出电压大小多测量几次），实验台上E1的交流电源的电压大小。

　　注意：

用数字万用表测量电阻时，电阻不能

　　图1-2直流电路实验图

　　带电；测量不同的电量，万用表要正确换档。

2.实验电路

　　本实验采用图1-2所示的含有两个独立电源的线性电路。

实验时要正确连接线路。

3.基尔霍夫定律

　　按图1-2所示电路连线，分别测出各元件两端的电压和各支路中的电流，并记录于表1-1中。

用以验证基尔霍夫电流定律和电压定律。

　　表1-1

　　4.叠加原理

　　在图1-2中，按E1和E2共同作用、E1单独作用、E2单独作用的次序，测量各支路的电流，并填入表1-2中，电流值的正负号以图1-2中各支路电流的参考方向为准。

　　注意：

当E1单独作用时E2不起作用，对E2的处理方法是将作为E2的稳压电源关闭并拆除，另用一根导线把实验板上E2的两接线柱短接。

同样E1不起作用时亦如此处理。

　　5.戴维南定理

　　在图1-2中，将R5支路去掉，测量有源二端网络B、C间开路电压UOC、等效内阻RO和电阻R5的数值，并将所测数据记于表1-3中。

　　注意：

测量电阻R5时，要将电源关掉，绝对不允许带电测电阻。

测量内阻RO时要使E1与E2不起作用，具体作法参照实验内容4操作。

　　6.诺顿定理

　　同实验内容5，去掉R5支路，测量有源二端网络B、C之间短路电流ISC，等效电阻RO

　　和支路电阻R5，并将所测数据记录于表1-4中。

　　7.最大功率传输条件测试

　　首先参照原理简述中的说明推导出负载获得最大功率的条件，然后自拟电路，自制表格，并进行测试。

　　四、实验设备

　　实验中使用的设备见表1-5。

　　五、实验报告要求

　　1.实验题目、目的、内容（包括实验电路图和实验数据表格）；

　　2.整理所有的测量数据，记于相应的表格中，并根据要求进行计算；

　　3.根据实验数据，可选择任一回路、节点或支路，验证基尔霍夫定律、戴维南定理、叠加原理，分析产生误差的原因；

　　4.画出最大功率传输实验的电路图、必要的测量表格，写出推导过程，画出P=f（RL）曲线。

　　说明实验结果；

　　5.分析实验中遇到的问题及解决办法，写出实验后的一些体会。

　　六、注意事项

　　1.严禁电源短路，换接线路时要将稳压电源关闭；

　　2.根据被测对象随时转换万用表的测试按键、表笔插孔及面板按键；3.测量电流时要将表串接在电路中，严禁同电源并联；4.测量电阻时，要切断电源，严禁带电测量电阻；

　　5.测量电流或电压时，如发现表针反转，应把两个接线端子上的接线予以对调。

　　七、思考题

　　1.错把电流表当电压表使用，会产生什么结果?

就图1-2的具体电路加以分析。

2.能不能用叠加原理进行功率计算?

为什么?

3.叠加原理、戴维南定理使用条件是什么?

　　篇二：

直流稳压电源实验报告

　　实验报告——直流稳压电源

　　班级：

计应学号：

姓名：

陈萍

　　1031008143342

　　一、课程内容的概述

　　各种电子电路和电子设备都需要稳定的直流电源，但电网提供的是50HZ的正弦交流电，这就需要将电网的交流电转换稳定的直流电，直流稳压电路就是实现这种转换的电子电路。

当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路--电源电路。

大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。

当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。

超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。

通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。

袖珍计算器则是简单多的电池电源电路。

不过你可不要小看了这个电池电源电路，比较新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。

可以说电源电路是一切电子设备的基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备。

由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。

提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。

直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。

　　直流稳压电源的技术指标可以分为两大类：

一类是特性指标，反映直流稳压电源的固有特性，如输入电压、输出电压、输出电流、输出电压调节范围；另一类是质量指标，反映直流稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。

　　二、电路的设计框图及概述

　　1、直流稳压电源设计思路

　　①电网供电电压交流220V（有效值）50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。

　　②降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。

③脉动大的直流电压须经过滤波、稳压电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成分滤掉，保留其直流成分。

　　④滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。

　　2、直流稳压电源原理

　　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压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图3.1。

　　工频交流

　　脉动直流

　　直流

　　负载

　　图3.1直流稳压电源方框图

　　其中：

　　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，变压器的变化由变压器的副边电压确定。

　　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常用的整流电路有：

　　1、半波整流电路

　　半波整流就是利用二极管的单向导电性能，使经变压器出来的电压V只有半个周期可以到达负载，造成负载电压V是单方向的脉动直流电压。

2、全波整流整流电路

　　利用副边有中心抽头的变压器和两个二极管构成如下图所示的全波整流电路。

从图中可见，正负半周都有电流流过负载，提高了整流效率。

全波整流的特点：

　　输出电压V高；脉动小；正负半周都有电流供给负载，因而变压器得到充分利用，效率较高。

　　④稳压电路：

稳压电路的功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。

　　三、电路原理图及各单元电路详细分析

　　1、电源变压器

　　电源变压器是将交流电网220V的电压变成所需要的电压值，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。

　　2、整流电路整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图3.4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、D2截止。

正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。

电路的输出波形如图3.5所示

　　图2.3电路

　　t

　　t

　　形图

　　在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半。

电路中的每只二极管承受的最大反向电压约为反向击穿电压的一半或三分之二（U2是变压器副边电压有效值）。

3、滤波电路

　　滤波电路选用一个2200μF的大容量电解电容C1和一个0.1μF的小电容量涤纶CL11型电容C2并联滤波，如图3.6所示。

理论上，在同一频率下容量大的电容其容抗小，这样一大一小电容相并联后其容量小的电容C2

　　不起作用。

但是，由于大容量的电容器存在感抗

　　特性，等效为一个电容与一个电感串联。

在高频情况下的阻抗反而大于低频时的阻抗，小电容的容量小，在制造时可以克服电感性，几乎不存在电感。

在大电容C1上并联一个小电容C2可以补偿其在高频下的不足。

当电路的工作频率比较低时，小电容不工作（容抗大相当于开路）。

大电容的容量越大滤波效果越好。

当电路的工作频率比较高时（输入信号的高频干扰成分），大电容由于感抗大而处于开路状态。

这时高频干扰成分通过小电容流到底线，滤除各种高频干扰成分。

电路的输出波形如3.7图所示

　　4稳压电路

　　1、稳压电路选用三端集成直流稳压器，其电路连接方式一般如图3.8所示。

　　图3.8三端集成直流稳压器

　　性能上，常用的集成稳压器由三端固定式、三端可调式和开关式。

以三端固定式为例，其正输出为7800（后两位代表输出的额定稳压值，00是统称）系列，负输出为7900系列，常见的有05、06、08、09、12、15、18、24八种。

一般要求最小的输入、输出电压差（U1—U0）为2V~3V；输出稳压的容差约为5%；最大输出电流10max有0.1A（LM7812），0.3A（如78M12）和1.5A（如7812）等多种，部分器件的最大输出电流可达2.2A；其最大电压UImax一般是7818档以下为35V，7824档为40V；电压调整率SU一般为0.01%/V；输出电阻R０小于0.1Ω；纹波抑制比SR一般为50dB；温度系数ST一般为每度ImV~2.4mV。

图2.7中，引脚1为电压变换的输入端，引脚2为电压变换后的输出端，引脚3为接地端。

电容Ci作用是改善纹波和抑制输入的过电压，一般取值为0.1μF。

C0作用是改善负载的顺态影响，一般可选取0.1μF的电容，当采用大电容量的电解电容时效果更好。

稳压电源的输入输出端要跨接一个二极管，以防止集成稳压器输出调整管损坏。

2、稳压电路的设计

　　本设计是把几个供电模块集成到一个供电电源上，能够同时提供固定输出+5V（最大输出电流0.3A）和固定输出?

12V（最大输出电流0.1A）的直流电数出。

（1）输出+5V：

核心器件选用LM7805三端集成稳压器，其输出电压为+5V，额定电流0.1A。

　　当变压器变压后输出6.3V交流电，经整流桥，整流后输出约6V电压，滤波后有LM7805三端集成稳压电源处理，输出+5V电压，电流最大输出为0.3A。

（2）输出?

12V：

核心器件选用稳压器LM7812和LM7912，组合应用这两个稳压器件与一

　　个硅整流桥相接，按图2.8号电路就能输出?

12V的电压。

组合用LM7812和LM7912

　　时，公共输出接地端用的是变压器输出端口的?

12V并分别接入LM7812的接地引脚（GND）和LM7912的电压输入引脚（Vin）；硅整流桥的正、负输出端口则分别接入LM7812的电压输入端（Vin）和LM7912的接地端；滤波电容用了两个100μF首尾相接，连接处接公共输出接地端。

　　图3.9稳压电路

　　5、元器件选择和电路参数计算说明

　　变压器的选择

（1）确定副边电压U2：

　　根据性能指标要求：

U0max=3VU0max=12V

　　又?

Ui—U0max?

（Ui—U0）minUi—U0in?

（Ui—U0）max其中：

（Ui—U0）min=3V，（Ui—U0）max=40V∴16V?

Ui?

43V

　　此范围中可任选：

Ui=14V=U01根据U01=（1.1~1.2）U2

　　可得变压的副边电压：

（2）确定变压器副边电流I2

　　∵I01=I0

　　又副边电流I2=（1.5~2）I01取I2=I0max=200mA则I2

　　=1.5*0.2A=0.3A

　　篇三：

直流稳压电源实验报告

　　直流稳压电源的设计实验报告

　　电子系统设计专题实验一

　　信息24班赵恒伟2120502099

　　一、电源稳定问题的提出:

　　各种用电设备对供电质量都有一定要求，这些要求包括供电电源为交流还是直流、电压额定值及其变化范围、最大功率等。

这里研究对象是输出为直流的稳压电源。

该作用由下图说明：

　　R当出入电压Ui变化或负载R变化时，稳压电源的输出都应保持稳定。

对于大多数功率较小的直流电源大多数都是将50Hz的交流电经过整流、滤波和稳压后获得。

整流电路用来将交流电变换为单向脉动的直流电压；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压；稳压电路的作用是当输入交流电源电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定.在本设计中,可以实现将220v的交流电压经过整流，滤波，稳压最终可实现输出电压+5V的直流稳压电源。

本设计的主要内容是围绕着如何设计和实现各个部分而展开的。

　　二、实验原理框图概述

　　通过我们模拟电子技术理论课的学习我们知道，单相交流电要经过电源变压器、整流电路、滤波电路还有稳压电路才能转换成稳定输出的直流电压。

它的总体功能方框图和各个电路部分输出电压的波形如下1图和图2所示：

　　（图1，直流稳压电源总体功能框图）

　　uuu3

　　（a）（b）（c）（d）（e）（图2，各个电路部分输出电压波形）

　　其中，（a）为输入的220V电压波形；（b）为电压器降压后的波形；（c）整流后的电压波形；（d）滤波后的电压波形；

　　（e）最后输出的直流稳压电源波形。

　　我们知道，直流电源的输入为220v的市电，因而需要电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。

变压器副边电压经过整流电路从交流电压转换为直流电压，为较小电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，是输出电压平滑。

最后通过稳压电路，使输出直流电压基本不受电网电压波动的影响，不受负载变化的影响，从而获得足够高的稳定性。

如果设计正确的话，它的波形应该如上图所示。

　　三、直流稳压电源各部分组成及原理分析

　　1整流电路方案选择

　　整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。

电源电路中的整流电路主要有半波整流电路、全波整流电路和桥式整流三种，倍压整流电路用于其它交流信号的整流，例如用于发光二极管电平指示器电

　　路中，对音频信号进行整流。

　　方案一：

半波整流电路

　　有效值电流：

I2?

　　二极管电流：

ID?

　　12?

　　Im

　　?

?

?

?

Isin?

td?

t?

?

m

　　2

　　?

　　2

　　2

　　2

　　?

　　?

I0

　　2

　　?

1.57I0

　　I2ID0?

I0

　　2U2

　　反相电压：

UDRM?

　　分析：

这种除去半周、图下半周的整流方法，叫半波整流。

不难看出，半波整说是以"牺牲"一半交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低（计算表明，整流得出的半波电压在整个周期内的平均值，即负载上的直流电压Usc=0.45U2）

　　方案二：

桥式整流电路

　　桥式整流电路克服了全波整流电路要求变压器次级有中心抽头和二极管承受反压大的缺点，但多用了两只二极管。

在半导体器件发展快，成本较低的今天，此缺点并不突出，因而桥式整流电路在实际中应用较为广泛。

　　流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅

　　里叶分析。

此时谐波分量中的二次谐波幅度最大，最低次谐波的幅值与平均值的比值称为脉动系数S

　　S

　　越小越好。

　　整流电路性能的简单对比

　　方案选定：

鉴于以上分析对比，本设计采用方案二。

　　2滤波电路方案

　　整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的交流成分，为了获得平滑的直流电压，应在整流电路的后面加接滤波电路，以滤去交流成分。

　　方案一：

电感滤波电路

　　电感L起着阻止负载电流变化使之趋于平直的作用。

一般电感滤波电路只适用于低电压、大电流的场合。

　　方案二：

∏型LC滤波电路

　　由于电容C对交流的容抗很小，而电感L对交流阻抗很大，因此，负载RL上的纹波电压很小。

但由于电阻要消耗功率，所以，此时电源的损耗功率较大，电源功率降低。