直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解直流穩(wěn)壓電源的工作原理。2、 設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電路，要求輸入電壓： 220V市電，50Hz,用單變壓器設(shè) 計(jì)并制作能夠輸出一組固定+15V輸出直流電壓和一組+1.2V+12V連續(xù)可調(diào)的 直流穩(wěn)壓電源電路，兩組輸出電流分別 Io 500mA3、了解掌握Proteus軟件的基本操作與應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)線路及原理1、實(shí)驗(yàn)原理(1) 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電的裝置， 它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成。一般由電源變壓器、整流濾 波電路及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖如下：圖2-1直流穩(wěn)壓電源的原理框圖和波形變

2、換其中：1) 電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng) 220V交流電壓變換成符合需要 的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定， 變壓器 副邊與原邊的功率比為P2/P仁n式中n是變壓器的效率。2) 整流電路：禾U用單向?qū)щ娫?，?50Hz的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直 流電。3) 濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。濾波電路濾除較大的波紋成分，輸出波紋較小的直 流電壓U1。4) 穩(wěn)壓電路：其工作原理是利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會(huì)引起其電流有較大變化這一特點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來達(dá)到穩(wěn)定 輸出電壓的目的。

3、穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。(2) 整流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖2-2所示。在u2的正半周內(nèi),二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2的負(fù)半周內(nèi)，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2RL，且方向是一致的。電路的輸uo圖2-2整流截止。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過的負(fù)載電阻 出波形如圖2-3所示。圖2-3輸出波整流二極管采用1N4007,具有正向?qū)妷航档?，?dǎo)通電流高，泄露電流 低，過載電流高，成本低等優(yōu)點(diǎn)，其基本參數(shù)如下圖所示，有黑色線圈一端表示 負(fù)極。1.0(25.4)MIN.衛(wèi)0熨呂”右60（4.11,0(25,4)MIN.,0450(

4、：2,0j圖2-4 1N4007基本參數(shù)（3）濾波電路經(jīng)過整流后的直流電幅值變化很大，會(huì)影響電路的工作性能?？衫秒娙莸?通交流，隔直流”的特性，在電路中并入兩個(gè)并聯(lián)電容作為電容濾波器，濾去其 中的交流成分。利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的 特點(diǎn)，將電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻并聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uoi=（1.11.2）匕。直流輸出電流：Io1=b/ （ 1.52） （ U2變壓器副邊電壓的有效值，I2是變壓器副邊電流 的有效值。）（4）穩(wěn)壓電路集成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路有三個(gè)引腳，分別為輸入端，輸出端和公共端，因而

5、稱 為三端穩(wěn)壓器。按功能可分為固定式穩(wěn)壓電路和可調(diào)式穩(wěn)壓電路；前者的輸出電 壓不能進(jìn)行調(diào)節(jié)，為固定值；后者可通過外接元件使輸出電壓得到很寬的調(diào)節(jié)范 圍，便于實(shí)時(shí)控制。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)輸出固定+15V輸出直流電壓時(shí)采用集成三端穩(wěn)壓 7815。X78XX 系列是三端正電源穩(wěn)壓電路，它的封裝形式為T0-220。它有一系列的固定電壓輸出，應(yīng)用廣泛。每種類型由于內(nèi)部電流的限制以及過熱保護(hù)和安全工作區(qū)的保 護(hù)，使它基本不會(huì)損壞。7815可輸出+15V電壓。其參數(shù)及引腳如下所示。圖2-5 7815參數(shù)圖2-6 7815引腳圖7815標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用如下圖所示：圖2-7 7815標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)輸出+1.2V+12V可調(diào)

6、電壓時(shí)采用可調(diào)式三端穩(wěn)壓器LM317。LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器在輸出電壓范圍 1.2伏到37伏時(shí)能夠提供超過1.5安 的電流，有三個(gè)引出端，分別為輸入端、輸出端和電壓調(diào)整端（簡稱調(diào)整端）。調(diào)整端是基準(zhǔn)電壓電路的公共端，其典型值為1.25V0 LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓依靠 外接電阻來調(diào)節(jié)輸出電壓的，為保證輸出電壓的精度和穩(wěn)定性，要選擇精度高的 電阻，同時(shí)電阻要緊靠穩(wěn)壓器，防止輸出電流在連線上產(chǎn)生誤差電壓。LM317引腳圖如下圖所示。圖2-8LM317引腳圖LM317標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用如下圖所示。電路中的 R1、R2組成可調(diào)輸出的電阻網(wǎng)絡(luò)。 為了能使電路中的偏置電流和調(diào)整管的漏電流被吸收，所以設(shè)定R1為1

7、20240歐姆。通過R1瀉放的電流為510mA。圖2-9 LM317標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用（5）單相變壓器變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線 圈、次級(jí)線圈和鐵心（磁芯）。在電器設(shè)備和無線電路中，常用作升降電壓、匹 配阻抗，安全隔離。2 實(shí)驗(yàn)線路下圖為+15V固定穩(wěn)壓電源的線路圖。采用三端式穩(wěn)壓器7815構(gòu)成單電源電 壓輸出串聯(lián)型穩(wěn)壓電源，220V的市電經(jīng)變壓器變壓后變成電壓值較小的交流， 再經(jīng)橋式整流電路和濾波電路形成直流。濾波電容C1 一般選取幾百幾千微法。 當(dāng)穩(wěn)壓器距離整流濾波電路比較遠(yuǎn)時(shí)，在輸入端必須接入電容器C2 （數(shù)值為0.33 uF，以抵消線路的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自

8、激振蕩。輸出端電容C3（0.1卩F）用以濾除輸出端的高頻信號(hào)，改善電路的暫態(tài)響應(yīng)。圖2-10 +15V穩(wěn)壓電源線路圖下圖為+1.2+12V可調(diào)穩(wěn)壓電源的線路圖。輸入電容器C1用于抑制紋波電壓，輸出電容器C2用于消震，緩沖沖擊性負(fù)載，保證電路工作穩(wěn)定，調(diào)節(jié)滑動(dòng) 變阻器的阻值即可得到相應(yīng)的電壓。圖2-11 +1.2+12V可調(diào)穩(wěn)壓電源線路圖三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、根據(jù)搭接的仿真原理圖領(lǐng)取相應(yīng)的電阻電容等元器件，根據(jù)原理圖以及 芯片引腳圖布置電路結(jié)構(gòu)，同時(shí)注意走線平整、美觀。2、開始焊接電路，按照布局好的電路焊接。焊接時(shí)需要注意（1）電解電容 的極性不能接反，否則要爆炸。（2）凡電路板上要流過較大電流

9、的連線，都要換 上線徑稍粗的導(dǎo)線。由于實(shí)驗(yàn)室提供變壓器（二次側(cè)2*15V）和假負(fù)載（050Q /2A的可調(diào)電阻 FW和防止調(diào)節(jié)不慎而限流保護(hù)的電阻 R）,接線圖如下所示。220V315V1215V12_3+15M2可調(diào)電壓6RW R3-1接線圖在電路板上分別焊接大電流三針接線座子，T、2、3和4、5、6。在1-2間焊接整流橋，3懸空，以便與變壓器二次側(cè)的一組 15V引出線相連。3、焊接完成后，使用萬用表測試焊點(diǎn)是否牢固，防止虛焊。將萬用表調(diào)至 蜂鳴檔，用兩個(gè)探針接觸整流橋正端引腳與 1000uF電容正端，發(fā)出蜂鳴聲說明 焊點(diǎn)牢固，其余焊點(diǎn)之間也同樣測試。測試完成后連接電路，驗(yàn)證效果，連接好 的

10、電路如下圖所示。圖3-2焊接好的電路4、焊接完畢后開始測試并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。（1）首先測試輸出電路能否實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。將變壓器接到大電流三針接線座子1、2、3 上，測+15V輸出（4）與 參考地（5）的電壓是否為一固定輸出15V。測可調(diào)電壓（6）與參考地（5）的 電壓能否按要求可調(diào)？（2）測試輸出電流是否 500mA將變壓器接到大電流三針接線座子1、2、3 上，將+15V輸出（4）與 一可變電阻相連，并串聯(lián)一電流表，電流表負(fù)端接參考地（5），測量電流能否輸 出00.5A。同樣方法測試+1.2V+12V連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源電路。四、仿真運(yùn)用protues軟件對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)仿真，仿真原理圖如下圖所示：

11、圖4-1直流穩(wěn)壓電源仿真圖1、固定+15V輸出直流穩(wěn)壓電源仿真圖中上部分為固定+15V輸出直流穩(wěn)壓電源。輸入為220V, 50Hz市電, 經(jīng)變壓器降壓為AC24V，如下圖所示。圖4-2 220V市電降壓為24V變壓器參數(shù)設(shè)置如下圖所示圖4-3變壓器參數(shù)設(shè)置降壓后24V電壓經(jīng)過橋式整流后變?yōu)橹绷麟妷?，如下圖所示：圖4-4橋式整流最后經(jīng)過濾波電容C1、C2、C3和穩(wěn)壓器7815輸出15V的直流電壓，如下 圖所示：圖4-5輸出15V直流電壓使用示波器觀測整體波形，A觀測220V市電（黃色），B觀測降壓后的波 形（藍(lán)色），C觀測整流后的波形（紅色），D觀測輸出的直流電壓（綠色），如 下圖所示。圖4-6

12、整體波形觀測2、+1.2V+12V連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源仿真圖中下半部分為+1.2V+12V連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源。采用LM317可調(diào)穩(wěn)壓器，D5、D6起保護(hù)穩(wěn)壓器的作用。當(dāng)可調(diào)電阻短路時(shí)，輸出電壓為1.26V，如下圖所示：圖4-7可調(diào)電阻短路時(shí)，輸出直流電壓當(dāng)可調(diào)電阻的86%接入電路時(shí)，輸出電壓為12.1V，如下圖所示：圖4-8可調(diào)電阻的86%接入電路時(shí)，輸出直流電壓五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)時(shí)所用的儀器設(shè)備如下表所示。表5-1實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào)設(shè)備數(shù)量1變壓器（二次側(cè)2*15V）12假負(fù)載（050 Q /2A的可調(diào)電阻RW和防止調(diào)節(jié)不慎而限流保護(hù)的 電阻R）13數(shù)字萬用表24鑷子15剪刀16導(dǎo)線若干7洞洞

13、板18電烙鐵19焊錫絲若十10一字起1六、元器件清單表6-1兀器件清單序號(hào)元器件數(shù)量1三端穩(wěn)壓器781512三端穩(wěn)壓器LM31713整流橋141000uF電容150.33uF電容3610uF電容17散熱片282k可調(diào)電阻19120歐電阻110大電流三針接線座子2七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析1、仿真數(shù)據(jù)記錄分析(1) +15V固定直流穩(wěn)壓電源電路可實(shí)現(xiàn)輸出+15V固定電壓的功能(2) +1.2V+12V連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源電路數(shù)據(jù)記錄表7-1仿真數(shù)據(jù)記錄序號(hào)滑動(dòng)變阻器阻 值(k)理論計(jì)算值(V)仿真數(shù)據(jù)(V)101.251.2620.355.0330.57.57.5540.71010.1|5|0.86|12|12.1分析仿真數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)誤差極小，可以驗(yàn)證仿真結(jié)果的正確性。 2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)