直流稳压电源实验报告直流稳压电源的制作.docx
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直流稳压电源实验报告直流稳压电源的制作
直流稳压电源实验报告
学院：
电控学院
班级：
微电子学0801
姓名：
学号：
直流稳压电源的制作
1实验目的
1.1熟悉集成稳压电源的工作原理。
1.2掌握集成稳压器的使用方法。
1.3掌握直流稳压电源的主要技术指标及测量方法。
2实验原理
直流稳压电源一般由整流电路、滤波电路和稳压电路三大部分组成。
220V交流电通过电源变压器变换成交流低压（9V），再经过桥式整流电路D1～D4和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压（该电压常常会因为交流电压的波动或负载的变化等原因而发生变化）。
此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压（5V）。
其电路原理图见附录图一：
3元器件介绍
3.1电源220V交流50HZ
3.2变压器变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。
变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。
变压器利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器
3.2.1变压器的制作原理：
在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这是互感应的原理。
变压器就是一种利用电磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。
3.2.2电源变压器的特性参数
工作频率 变压器铁芯损耗与频率关系很大，故应根据使用频率来设计和使用，这种频率称工作频率。
额定功率 在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。
额定电压 指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。
电压比 指变压器初级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。
空载电流 变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。
空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。
对于50Hz电源变压器而言，空载电流基本上等于磁化电流。
空载损耗 指变压器次级开路时，在初级测得功率损耗。
主要损耗是铁芯损耗，其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗（铜损），这部分损耗很小。
效率 指次级功率P2与初级功率P1比值的百分比。
通常变压器的额定功率愈大，效率就愈高。
绝缘电阻 表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。
绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。
整流电路工作原理
如果把整流电路的结构作一些调整,可以得到一种能充分利用电能的全波整流电路。
图5-3是全波整流电路的电原理图。
3.3全波整流电路,可以看作是由两个半波整流电路组合成的。
变压器次级线圈中间需要引出一个抽头,把次组线圈分成两个对称的绕组,从而引出大小相等但极性相反的两个电压e2ae2aRfz与e2b、D2、Rfz,两个通电回路。
、D1、、e2b,构成
全波整流电路的工作原理,可用图5-4所示的波形图说明。
在0~π间内,e2aD1导通,在Rfz上得到上正下负的电压;e2b对D2为反向电压,D2不导通（见图5-4（b）。
在π-2π时间内,e2b对D2为正向电压,D2导通,在Rfz上得到的仍然是上正下负的电压;e2aD1为反向电压,D1不导通（见图5-4（C）对Dl为正
如此反复,由于两个整流元件D1、D2轮流导电,结果负载电阻Rfz上在正、负两个半周作用期间,都有同一方向的电流通过,如图5-4（b）所示的那样,因此称为全波整流,全波整流不仅利用了正半周,而且还巧妙地利用了负半周,从而大大地提高了整流效率（Usc=0.9e2,比半波整流时大一倍）。
图5-3所示的全波整滤电路,需要变压器有一个使两端对称的次级中心抽头,这给制作上带来很多的麻烦。
另外,这种电路中,每只整流二极管承受的最大反向电压,是变压器次级电压最大值的两倍,因此需用能承受较高电压的二极管
桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。
这种电路,只要增加两只二极管口连接成"桥"式结构,便具有全波整流电路的优点,而同时在一定程度上克服了它的缺点。
3.4滤波工作原理
滤波电容容量大，因此一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。
电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。
★当u2为正半周并且数值大于电容两端电压uC时，二极管D1和D3管导通，D2和D4管截止，电流一路流经负载电阻RL，另一路对电容C充电。
当uC>u2，导致D1和D3管反向偏置而截止，电容通过负载电阻RL放电，uC按指数规律缓慢下降。
★当u2为负半周幅值变化到恰好大于uC时，D2和D4因加正向电压变为导通状态，u2再次对C充电，uC上升到u2的峰值后又开始下降；下降到一定数值时D2和D4变为截止，C对RL放电，uC按指数规律下降；放电到一定数值时D1和D3变为导通，重复上述过程。
RL、C对充放电的影响
电容充电时间常数为rDC，因为二极管的rD很小，所以充电时间常数小，充电速度快；
RLC为放电时间常数，因为RL较大，放电时间常数远大于充电时间常数，因此，滤波效果取决于放电时间常数。
电容C愈大，负载电阻RL愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大，如图所示。
3.5稳压芯片
7805集成稳压器的典型应用电路如下图所示，这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。
IC采用集成稳压器7805，C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容，RL为负载电阻。
当输出电较大时，7805应配上散热板。
稳压二极管VD1串接在7805稳压器2脚与地之间，可使输出电压Uo得到一定的提高，输出电压Uo为7805稳压器输出电压与稳压二极管VC1稳压值之和。
VD2是输出保护二极管，一旦输出电压低于VD1稳压值时，VD2导通，将输出电流旁路，保护7800稳压器输出级不被损坏。
由于R1、RP电阻网络的作用，使得输出电压被提高，提高的幅度取决于RP与R1的比值。
调节电位器RP，即可一定范围内调节输出电压。
当RP=0时，输出电压Uo等于7805稳压器输出电压；当RP逐步增大时，Uo也随之逐步提高。
4稳压电源的性能指标及测试方法
稳压电源的技术指标分为两类：
一类是性能指标，包括输入电压、输出电压、输入电流及输出电流等；另一类是技术指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、温度系数及纹波电压等。
其测试电路如图7所示。
图7稳压电源性能指标测试电路
4.1纹波电压
纹波电压是指叠加在输出电压Uo上的交流分量。
用示波器观测其峰－峰值ΔUo（P-P），一般为毫伏量级，也可以用交流电压表测量其有效值，但因ΔUo不是正弦波，所以用有效值测量其波纹电压时会产生一定误差。
4.2稳压系数
稳压系数是指在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化，即：
4.3电压调整率
电压调整率是指输入电压相对变化为±10%时的输出电压相对变化量，即
稳压系数Su和电压调整率Ku均说明输入电压相对变化对输出电压的影响，因此只需计算其中之一即可。
4.4输出电阻
输出电阻是指当输入电压不变时，输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值，即：
4.5电流调整率
电流调整率是指输出电流从0变到最大值ILmax时所产生的输出电压相对变化值，即：
输出电阻ro和电流调整率Ki均说明负载电流变化对输出电压的影响，因此只需计算其中之一即可。
4.6实验电路参数计算
4.6.1确定稳压电路的最低输入直流电压Uimin
Uimin≈[Uomax+（Ui-U0）min]/0.9
代入各指标,计算得:
Uimin≥（5+3）/0.9=8.89V
取值为9V.
4.6.2确定电源变压器副边电压、电流及功率
Ui≥Uomax/1.1.I1≥Iimax
所以我们取I1为1.5A.
UI≥5/1.1=4.6V变压器副边功率P2≥7W
变压器的效率q=0.7，则原边功率P1≥10W.由上分析,可选购副边电压为9V,输出1.5A,功率12W的变压器.
4.6.3选整流二极管及滤波电容
整流二极管1N4007通用参数：
电流参数：
IO=1A/IFSM=30A/IR=10μA
电压参数：
URRM=URWM=UR=1000V/URSM=1200V/UF=1.1V/UR（RMS）=700V
功 率：
PD=3W
滤波电容计算：
C≈（3～5）T×Iimax/2U1min电解电容作滤波电容。
5实验误差分析
5.1综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有:
5.1.1测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差;
5.1.2电流表内阻串入回路造成的误差;
5.1.3焊接时锡焊聿引脚之间的阻抗可能造成误差；;
5.2可以通过以下的方法去改进此电路:
5.2.1减小接触点的微小电阻;
5.2.2根据电流表的内阻对测量结果可以进行修正;
6总结
自己以前认为做做这个电路设计很简单，而实际做起来发现并非想象中的那么简单。
实验电路也不知道修改了几遍，但最终还是有所成功的。
现在觉得，作设计就应该有种踏实的态度，简单也好，难做也罢，只要我们静下心来投入到其中，也就成功了一半。
通过本次设计，我懂得了制作过程中电路处理的方法，并了解了直流稳压电源的系统方案论证与选择和各模块方案设计与论证，让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标，也让我们认识到在此次设计电路中所在的问题；而通过不断的努力去解决这些问题。
通过此次设计，我深刻的体会到只有在实践中才能检验自己掌握知识的程度，在设计过程中我查看了一些参考书目本次设计的不足在与虽然原理清楚了，但对于实际电路，不只是仅有那点知识和原理就够的。
通过此次设计，也培养了我们的专业学习能力。
通过对所设计电路的仿真，我们掌握了一些基本的使用专业软件的能力，为我们以后的专业学习打下基础。
但是，由于设计是安排在期末考试左右，又是第一次做课程设计，因而在时间上产生了一定的冲突，很多问题来不及细细思考，只是依葫芦画瓢的做，在作报告时花了很多不时间，值得我们在下一次的课程设计中好好改进，对文档的处理能更加熟练，对报告论文的形式更加有把握，内容更加充实完善。
7参考文献
【1】“胡斌”电路试图入门突破北京人民邮电出版社2008.8
【2】“刘树林”等编著低频电子线路北京机械工业出版社2007.8
【3】“刘祖刚”模拟电路分析与设计基础北京机械工出版社
8附录
电路原理图图一
实验器材
序号
名称
型号规格
数量
1
二极管
IN4007
4支
2
电解电容
470uF
1支
3
直流稳压器
L7805cv
1支
4
电阻
1.5k
1支
5
发光二极管
红色
1支
6
变压器
220v/9v，5.5w
1支
7
电源插头线
0.5m
1支
8
短导线
10cm
1根
9
支流电源插头
一个
10
PCB板
一个
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