Transcript 右击下载ppt文档

实验七
一、 实验目的
集成直流稳压电源设计实验
（1）了解集成稳压器的特性和使用方法。
（2）掌握集成稳压器主要性能指标的测试方法。
（3）学会集成稳压器的设计方法。
（4）完成全电路理论设计、绘制电路图。
二、实验仪器及器件
（1）数字存储示波器；
（2）数字万用表；
（3）三端集成稳压器：LM317 、LM7912 ；
（4）三极管TIP41；
（5）整流二极管；
（6）电容器、电位器；
三、预习要求
（1）预习直流稳压电源电路的组成及工作原理。
（2）完成电路参数设计，画出正确、完整的实验电路。
（3）明确实验目的，列出主要参数的表达式，设计测试表格。
（4）根据设计任务和要求，计算出元器件的参数。
四、 实验原理
1 典型直流串联稳压电源工作原理
小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压
电路四个部分组成，如图1所示。
220V
50Hz
电源
变压
器
Us
t
Ui
+
Uo
-
t
u
u
u
0
稳压
电路
稳压电源的组成框图
u
u
+
滤波
电路
-
(a)
0
整流
电路
0
t
0
t
（b）整流与稳压过程
图1稳压电源的组成框图及整流与稳压过程
0
t
2 直流稳压电源的主要性能
（1）输出电压Uo（可在空载下测量）。
（2）最大负载电流Iomax（稳压电源的最大负载电流）。
（3） 纹波电压△uo （在输出uo上的毫伏级的交流分量）。
（4）稳压系数Su（电压调整率）指在负载电流不变情况下，
输入电压变化引起的输出电压的相对变化，
即： Su =（△Uo/Uo）/（△Ui/Ui）。
（5）输出电阻Ro 。
3、三端集成稳压器的工作原理
稳压电路是直流稳压电源的核心。所以必须加入稳压电路才能
输出稳定的直流电压。
(1）可调三端正电压稳压器LM317，在输出电压范围为1.2V37V，能够提供1.5A电流。
3
Vi
LM317
2
1
IAdj
Vref=1.25V典型值
Vref
R1
Vout
R2
图 2
工作时LM317建立并保持输出与调节端之间1.25V的标称参考电
压（Vref）。这一参考电压由R1（见图2）转换编程电流(IPROG)，
该恒定电流经R2到地。稳压输出电压由下式给出：
Vout=Vref(1+R2/R1)+IAdjR2
（2） 固定电压输出稳压器
常见的有CW78（LM78）系列三端固定式正电压输出集成稳压
器；CW79（LM79）系列三端固定式负电压输出集成稳压器。三端
是指稳压电路只有输入、输出和接地三个接地端子。型号中最后
两位数字表示输出电压的稳定值，有5V、6V、9V、15V、18V和
24V。。典型稳压电路见图3所示。
图3 固定式三端稳压器与应用电路
（3）直流稳压电源的原理图
图4
五、基础实验内容及要求
说明:用LM317产生正电压12V电源在实验箱是实现，另外12V电源实验课上不做，学生可以在老师的指导下有意愿的
焊接在电路板上。
1 电源变压器参数测量
图5所示220V交流电压V1变换为整流电路所需要的交流电压Us。
实验室给定变压器参数测量：测量结果填入表1中。
表1变压器的测量（交流电压档测量）
①
220V
50HZ
变
压
器
②
原边电压
（V)
③
220V
④
⑤
⑥
图5
副边①-④
(v)
副边②-④
(v)
副边③-④
(v)
副边⑤-⑥
(v)
五、基础实验内容及要求
2、整流和滤波电路的参数测量
电路如图6所示。改变电容的大小，观测和测量Ui。计算整流系数
K=Ui/Us(Ui直流、Us交流有效值),将相应的结果填入表2中
操作步骤：
1 选用副边电压Us=18V。将变压器副边④,⑤相连，③,⑥作为电路输入。
2 改变电容大小测量
表2 整流滤波电路测量
电容值
470μ
100μ
2200μ
负载值
100Ω
100Ω
100Ω
电压值
Ui
电压值
Us
整流系
数
波形
五、基础实验内容及要求
3、集成稳压器性能测试
测试电路如图7所示（在实验箱上操
作）
变压器副边选择18V输出（具体操作：
测量时变压器副边④,⑤相连，③,⑥作
为us1电压，即副边电压。（us1=18v）
步骤：向上调节RW至最上端，测量
Uo1的最大值；向下调节RW至最下端，
测量Uo1的最小值，将测量结果填入表3
中
表 3 测量输出直流电压Uo1的可调范围
测量项
Us1/ V Ui1 / V Uo1max / V Uo1min / V
测量值
18V
计算值
18V
图7
五、基础实验内容及要求
（2）稳压系数的测量(调节输出电压为12V时，以LM317电路为例）
电路如图7所示，先取交流电压Us=18V, 分别测量Ui1、Uo1；再取
Us’=21V后，测量Ui2、Uo2 ，计算SV。将测量的结果填入表4中。则
稳压系数为：SV=(ΔUo1/Uo1)/(ΔUs1/Us1)
表4稳压电源性能测试表
Us
Ui(V)
Uo(V)
计算SV
18V
21V
（3）纹波电压的测量(调节输出电压为12V时，以LM317电路为例)
用示波器观察Vo的纹波峰峰值，（此时Y通道输入信号采用交流耦合AC），测
量Vop-p的值（约几mV）。
六、扩展实验内容及要求
1 最大电流Iomax测试。
电路图如图8所示，测试Iomax时，由
于大功率负载在大电流的情况下，受
温度影响，负载电阻值会发生变化，
不利于改变负载电阻方式来测量输出
电流，因此采用大功率三极管Q1和电
位器RV1组成的电流负载电路来测试
最大输出电流。
Iomax（注意：记录Iomax后立即将向
下调节RV1使其位于最下端，以减小
稳压器功耗，避免烧毁稳压器）。
图8
测量步骤：（1）断开电源，连接电流负载电路，使RV1位于最下端，将
一块万用表至于电流测试档（mA档)后串入电流测试处，另一块万用表
置于直流电压档监测Uo1；（2）接通电源，观察Io，记录下Uo1的值，
计算0.95 Uo1值；（3）向上缓慢调节RV1使Io增加、Uo1下降，当Uo1下
降至0.95 Uo1值，记录电流表中的读数，此电流就是Iomax（注意：记录
Iomax后立即将向下调节RV1使其位于最下端，以减小稳压器功耗，避免烧毁
稳压器）。
六、扩展实验内容及要求
2.扩大输出电流（以LM317为例）
LM317最大输出电流为1A，若要求更大电流输出，可以在基本用于电路的基础
上接大功率晶体管T以扩大电流，如图5所示。LM317稳压器的输出电流为晶体
管T的基极电流，负载所需要大电流IL由大功率晶体管T提供，为发射极电流，
因而最大负载电流
ILmax=IEmax=(1+β)Io
式中B为T的电流放大系数，Io为LM317稳压器的额定输出电流。
由于输出电压Uo=UBE+Uo`,可用调整电阻Rv1改变流过LM317的控制电流的方
法来调整Uo`，则输出电压Uo=Uo`+UBE。
调节Rv1使输出电压为5V，改变负载电阻RL的值，若RL不可调，可以选用
可变负载电阻来完成。测量最大输出电流Ilmax值。Ilmax=
A。
注意输出负载的调节，用两块数字万用表监视调试，当电压下降5%时，记下
此时的电压和电流（Iomax）,马上改变Rv使输出电压回到12V。
七、实验报告要求
1.设计题目和实验内容。
2.写出测量步骤和电路中各参数的计算结果。
3.画出标有元件值的电路图。
4.记录性能指标的测试过程。
5.整理实验数据，并与理论值进行比较。分析误差原因。
八、注意事项
1.实验时要对各个功能模块电路进行单个测试，需要时可设
计一些临时电路用于调试。
2.测试电路时，必须要保证接法正确，才能打开电源，以防
元器件烧坏。
3.注意LM317芯片的输入输出管脚和桥式整流电路中二极管
的极性，不应反接。
4.按照原理图联接时必须要保证可靠接地。
九、实验总结
1.通过实际测试该电路形式和选择的设计参数能满足设计指标
的要求。
2.稳压电源的输出内阻和稳压系数是稳压电源的关键指标,设计
时应考虑指标的要求。
3.设计中如何减小纹波电压。
4.对所测结果进行全面分析，总结桥式整流、 电容滤波电路的
特点。
5.根据所测数据，计算稳压电路的稳压系数S和输出电阻R0，
并进行分析。
6.分析讨论实验中出现的故障及其排除方法。
整流滤波仿真结果
产生正负12V电源仿真图