北交模电研讨3 直流稳压电源.docx

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北交模电研讨3直流稳压电源

模拟电子技术

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：

学号：

任课教师：

2014年06月04日

集成直流稳压电源的设计

一、实验题目及要求

（1）设计一个直流稳压电源。

（2）输出电压Uo=±12V，最大输出电流Iomax=0.5A。

（3）输出纹波电压ΔUop-p≤5mV，稳压系数Sv≤0.005。

（4）选作：

输出5V的电压。

二、实验目的与知识背景

2.1实验目的

（1）掌握集成直流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的方法。

（3）掌握直流稳压电源的主要性能指标及参数的测试方法。

2.2知识点

直流稳压电源的原理框图和波形变换

三、设计方案的选择

方案一：

采用LM317、LM337共地可调式三端稳压器电源

LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压，不过它只能允许可调的正电压，稳压器内部含有过流，过热保护电路；由一个电阻（R）和一个可变电位器（RP）组成电压输出调节电路，输出电压为：

Vo=1.25（1+RP/R）。

LM337输出为负的可调电压，采用两个独立的变压器分别和LM317及LM337组装，操作比较简单。

电路图1所示

图1LM317与LM337组装电路

方案二:

采用LM7805,LM7812和LM7912组装,共同组成稳压电路

LM7805固定式三端稳压器可输出+5V电压如图2,固定式三端可调稳压器LM7812和LM7819组装电路可对称输出±12v,其电路图如图3所示.

图2LM7805图3LM7812和LM7912组装

图4三端可调式稳压电路

方案的最终选择

方案一的电路由三端可调式稳压器LM317和LM337组装而成,可输出范围为±1.25-±12连续可调,通过对Rw的调整可输出+5V,±12,（3-9）V连续可调.其电路组装比较简单,但输出所需电压时需要调整可变电阻,不能直接输出,因此使用时不方便.方案二由三端可调式稳压器和三端固定式稳压器共同组成,所用器件比方案一多,但电路组装简单,不会增添麻烦,在方案二中可直接得到+5v和±12的输出电压.使用式比较方便,综上所述,方案二比方案一合理,因此选择方案二

四、实验过程

4.1设计思想

（1）确定电源变压器副边电压值

A．要设计输出12V，电流0.5A的直流稳压电源，并使7812正常工作，必须保证输入与输出间维持大于2V的压降。

因此，7812输入端的直流电压必须大于14V。

B．根据经验可取U=1.2Uef，若想在7812输入端获得14V电压，副边电压有效值Uef=U/1.2=14/1.2=11.7V

C．考虑到整流电路的压降最小为1.4V（两个二极管串联），副边电压电压有效值应为13.1V。

再考虑电网10%波动时，故副边电压可取15V。

（2）确定整流桥型号

考虑到电路中会出现冲击电流，整流桥的额定电流最少是工作电流的2~3倍。

选择PBS307（3A，耐压1000V）可留有很大的富裕量，满足要求。

（3）确定滤波电容

A．确定滤波电容C1前要先求出Ri及τ值

B．求Ri时，电流为1A，7812输入端的电压为14-15V，所以Ri=28-30Ω

C．通常取时间常数τ=（3~5）T/2，T=0.02s，取τ=0.03s-0.05s

则滤波电容C1最小为1mF,为了滤波效果更好，可以选购2200μF，耐压25V的电解电容。

（4）确定去耦电容

去耦电容C2、C3是三端稳压芯片要求的，用来滤除高频分量防止自激，其值可以在0.1~0.47μF之间选取。

取C2=330nF，C3=100nF

（5）确定三端稳压器

根据实验要求，选择了7805，7812和7912稳压芯片，分别输出5V，12V和-12V稳定电压。

同时，在稳压芯片的输入与输出端之间并联上二极管，起到保护芯片的作用。

（6）确定散热片型号

电网向上波动10%时，变压器副边电压为16.5V。

电网向下波动10%时，变压器副边电压为13.5V。

7812输入端最大电压值为U=1.414（16.5-1.4）=21.3V。

此时，7812的压降为9.3V，最大功耗为9.3W。

C1的耐压值大于16.5V

1.414=23.3V，可以安全工作。

4.2基本原理分析

在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电，小功率稳压电源一般是由电源变压器、整流、滤波和稳压等四部分电路组成。

其基本电路框图及经各电路变换后，输出的波形如图3.3.1所示。

（1）电源变压器

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。

（2）整流电路

整流电路一般采用具有单向导电性的二极管组成，经常采用单相半波、单相全波和单相桥式整流电路。

下图所示的整流电路为应用广泛的桥式整流电路。

电路中采用了四个二极管，组成单相桥式整流电路。

整流过程中，四个二极管轮流导通，无论正半周或负半周，流过负载的电流方向是一致的，形成全波整流，将变压器输出的交流电压变成了脉动的直流电压。

（3）滤波电路

在整流电路的输出端并联电容即可形成滤波电路。

加入电容滤波电路后，由于电容是储能元件，利用其冲放电特性，使输出波形平滑，减少脉动成分，以达到滤波的目的。

为了使滤波效果更好，可选用大容量的电容为滤波电容。

因为电容的放电时间常数越大，放电过程越慢，脉动成分越少，同时使得电压更高。

RC滤波电路RC滤波电路电容滤波电路中二极管的电流和导通角

（4）稳压电路

经过滤波后输出的直流电压仍然存在较大纹波，而且交流电网电压容许有±10%的起伏，随着电网电压的起伏，输出电压也会随之变动。

此外，经过滤波后输出的直流电压也与负载的大小有关，当负载加重时，由于输出电流能力有限，使得输出的直流电压下降。

因此，当需要稳定的直流电源时，在整流、滤波电路后通常需要配有稳压电路。

稳压电路的种类很多，在此我们以集成稳压器组成的稳压电路为例进行讨论。

在集成稳压器中，三端式稳压器应用广泛。

它有三个端子：

输入端、输出端和公共端。

三端式稳压器有两种，一种是输出电压固定，称为三端固定输出稳压器，另一种是输出电压可调，称为三端可调输出稳压器。

三端固定输出集成稳压器的通用产品有78XX系列（正输出电压）和79XX系列（负输出电压）。

输出电压由具体型号中的后两个数字代表。

其额定输出电流以78或79后面所加字母来区分：

L表示0.1A，M表示0.5A，无字母表示1.5A。

如：

7805，表示输出+5V电压，额定输出电流1.5A；又如79L12，表示输出-12V电压，额定输出电流0.1A。

三端固定输出稳压器可以最简单的形式接入电路中使用，如上图所示。

经过整流、滤波后不稳定的直流电压从输入端输入，在稳压器的输出端得到了稳定的直流电压输出。

为使电路正常工作，要求输入电压应比输出电压至少高出2.5～3V。

电容C1可防止自激振荡，还可抑制电源的高频脉冲干扰，一般取0.1～1μF。

输出端电容C2用以改善负载的瞬态响应，消除电路的高频噪声，同时也具有消除自激振荡的作用。

集成三端稳压器的内部电路中有保护电路，但在实际应用中仍需在其外围电路中增加保护电路，以使其不受损坏。

另外，在使用时还需注意以下几点：

①防止输入、输出反接；

②防止稳压器浮地故障；

③防止稳压器输入端短路；

④应接入足够大的散热器。

4.3元件介绍

（1）三端集成稳压器

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

的线性直流稳压电源，选择L7812、L7912。

（2）整流桥

整流桥的作用是将交流电转变为直流脉动电压。

整流桥堆产品是由四只整流硅芯片作桥式连接，外用绝缘朔料封装而成，大功率整流桥在绝缘层外添加锌金属壳包封，增强散热。

最大整流电流从0.5A到100A，最高反向峰值电压从50V到1600V。

一般整流桥命名中有3个数字,第一个数字代表额定电流;后两个数字代表额电压。

本实验用RS307，即额定电流3A，额定电压1000V。

4.4元件参数设计

（1）整流电路参数计算

输出电压平均值：

输出电流平均值：

平均整流电流：

最大反向电压：

整流二极管的选择（考虑电网

%波动）：

（2）滤波电路参数计算：

滤波电容的选择：

一般选择几十至几千微法的电解电容，耐压值应大于

。

4.5仿真报告

（1）稳压器仿真电路图

（2）12V滤波后电压

（3）5V滤波后电压

4.6测试结果分析

输出端正电压Uo1=12.5V

输出端负电压Uo2=-11.87V

输出端正电压Uo1=5.156V

与仿真实验结果比较：

输出端正电压Uo1=12.471Vb

输出端负电压Uo2=-12.544V

输出端正电压Uo1=5.002V,

通过对比，我们可以发现，实际测得结果与仿真结果相比，相差不大。

表明所设计电路是正确的。

五、参考文献

[1]李金平,路勇,延凤平.模拟集成电路基础[M].北京:

中国铁道出版社,2010.

[2]侯建军,佟毅,刘颖,等.电子技术基础实验、综合设计实验与课程设计[M].北京:

高等教育出版社,2007.

[3]谭博学，苗汇静.集成电路原理及应用[M].北京:

中国工业出版社,2011.

[4]陈军，孙梯全，施琴.电子技术基础实验[M].南京:

东南出版社,2011.