北交模电研讨3 直流稳压电源.docx

1、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 Uop-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

2、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1 LM317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

3、 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2 LM7805 图3 LM7812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

4、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=11.7VC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

5、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23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及值 B求Ri时，电流为1A，7812输入端的电压为14-15V，所以Ri=28-30 C通常取时间常数=(35)T/2，T=0.02s，取=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2200F，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0.10.47 F之间选取。 取C2 =330nF， C3 =10

6、0nF （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16.5V1.414=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

7、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

8、，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

9、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

10、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2.53V。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0.11F。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： 防止输入、输出反接； 防止稳压器浮地故障； 防止稳压器输入端短路； 应接入足够大的散热器。4.3 元件介绍（1）三

11、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

12、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=5.156 V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=5.002 V,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.