模电实验报告集成直流稳压电源.docx
《模电实验报告集成直流稳压电源.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《模电实验报告集成直流稳压电源.docx(9页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![模电实验报告集成直流稳压电源.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2023-5/21/c15b5be8-969d-4a86-bc28-b69d2effe7b6/c15b5be8-969d-4a86-bc28-b69d2effe7b61.gif)
模电实验报告集成直流稳压电源
集成直流稳压电源的设计
1.设计背景
直流电源分为两类:
一类是能直接供给直流电压或电流的,如电池、蓄电池、太阳能电池、硅光电池等;另一类是将交流电变换成所需的稳压的直流电流或电压的,这类变换电路统称为直流稳压电源。
现在所使用的大多数电子设备中,几乎都必须用到直流稳压电源来使其正常工作,而最常用的是能将交流电网电压转换成直流电压的直流电源,可见直流稳压电源似乎各类电子设备的重要组成部分,为设备的稳定工作提供能量。
2.设计原理与设计过程
2.1设计目的
1)掌握集成直流稳压电源的设计方法;
2)焊接电路板,实现设计指标;
3)掌握直流稳压电源的主要性能指标及参数的测试方法;
4)为下一个综合实验——语音放大电路提供电源。
2.2技术指标
1)设计一个双路直流稳压电源。
2)输出电压Uo=±12V,最大输出电流Iomax=1A。
3)输出纹波电压ΔUop-p≤5mV,稳压系数SU≤5×10-3。
4)输出限流保护电路。
2.3设计原理
我们所设计的直流稳压电源为单相小功率电源,它将频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转化为幅值稳定、输出电流为几十安以下的直流电压。
单相交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压,其方框图如图1所示。
2.3.1电源变压器
电源变压器是利用电磁感应原理,将输入的有效值为220V的电网电压转换为所需的交流低电压。
变压器的副边电压有效值由后面电路的需要决定。
2.3.2整流电路
利用二极管的单向导电性,将交流电压(电流)变成单向脉动电压(电流)的电路,称为整流电路。
小功率电路中一般采用单相半波、全波、桥式整流电路和倍压整流电路,其中,最常用的是单相桥式整流电路。
我们的设计也是采用桥式整流电路。
1)
原理
图2:
单相桥式整流电路
单相桥式整流电路(如图2所示)是由四只二极管组成,其构成原则就是保证在变压器的副边电压u2的整个周期内,负载上的电压和电流方向始终不变。
图3:
输入正半周期时
当u2为正半周时,电流方向如图3所示;当u2为负半周时,电流方向如图4所示;
图4:
输入为负半周期时
这样,由于两对二极管的交替导通,只是负载电阻在整个周期内都有电流通过,而且方向保持不变,输出电压为
整流电路的输入输出的波形如图5所示。
图5:
比较输入与输出波形
2)电路的主要参数
对整流电路
输出电压平均值
输出电流平均值
对二极管
考虑到电网电压的波动范围为
10%,实际选用二极管时,应至少有10%的余量。
最大整流电流:
最高反向工作电压:
2.3.3滤波电路
电容滤波电路是最常见也是最简单的滤波电路,在整流电路的输出端(即负载电阻两端)并联一个电容即构成电容滤波电路,如图6所示。
滤波电容的电容量较大,因而一般采用电解电容,且电容值愈大电路带负载的能力愈强,滤波效果愈好。
1)原理
图6:
电容滤波电路
电容滤波电路是利用电容的充放电作用,使输出电压趋于平滑。
当副边电压u2
图8:
滤波电路的输出电压曲线
图7:
电容充放电过程
处于正半周期并且数值大于电容两端电压uc时,对电容C进行充电;当u2达到峰值后开始下降是,电容C通过负载RL放电;当u2的负半周幅值变化到恰好大于uc时,再次对C进行充电。
(电流方向如图7所示)
滤波电路的输出电压曲线如图8所示。
通过可以看出,经滤波后的输出电压不仅变得平滑,而且平均值也得到提高。
2)电路的主要参数
滤波电路的输出波形难于用解析式来描述,近似估算时,可将图8所示波形近似为锯齿波来计算。
输出电压平均值:
上式表明:
当负载开路时,
当
时,
由于采用电解电容,考虑到电网的波动范围:
电容的耐压值
为了获得更好的滤波效果,电容容量应选得更大些。
2.3.4稳压电路
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,在本实验中我们采用三端固定输出集成稳压器。
1)原理
图9:
输出正电压电路
三端固定输出稳压器可以一最简单的形式接入电路中使用,如图9、10所示。
图10:
输出负电压电路
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。
2)电路的主要参数
为使电路工作正常,要求输入电压应比输出电压至少高出2.5~3V。
电容C1、C2用来实现频率补偿,防止稳压器产生高频自激和抑制电路引入的高频干扰。
钽电容,取0.1~1uF。
2.4设计过程
首先,根据要求选择三端稳压器。
然后,根据三端稳压器对输入电压的要求和桥式整流滤波电路的电压关系,计算出电源变压器副边电压U2的值,再根据输出电流的要求选择电源变压器。
接着,根据桥式整流电路和电网变化情况,计算出二极管的最大反向电压URM和最大平均整流电流ID(max),查手册确定整流二极管或整流桥的型号。
最后,根据电路要求和电网变化情况,计算出电容量和耐压值,查手册选定滤波电容的标称值和耐压值。
2.4.1三端稳压器的选择
根据技术指标,输出电压Uo=±12V,最大输出电流Iomax=1A。
所以选择LM7812和LM7912稳压器。
2.4.2电源变压器的选择
LM7812和LM7912要求输入电压应比输出电压至少高出2.5~3V,所以滤波电路的输出电压至少为
=14.5~15V。
当
时,
,经计算可得
至少为12.1~12.5V,考虑到市场实际上有的变压器类型及价格,我们选择副边电压为15V、输出功率为10W的变压器。
2.4.3整流桥的选择
整流桥中,二极管最大平均整流电流为:
,计算可得
。
整流桥中,二极管的最高反向工作电压:
查阅相关芯片后,我们选择2W10整流桥。
2.4.4滤波电容的选择
滤波电容
电容的耐压值
所以选择2200uF、耐压35V的极性电容进行滤波。
3.电路仿真
4.实验制作过程、调试及结果
5.实验总结
6.心得体会