模电实验报告集成直流稳压电源.docx

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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