集成直流稳压电源的设计8学时.docx

集成直流稳压电源的设计（8学时）一、实验目的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。8.2实验仪器及器件序号名称型号/规格数量1面包板BDCL1块2数字式万用衣UT58I块3数字存储示波器TDS1002台4三端集成稳压器LM3171只5变压器（实验室提供）220V20V×2s12V1只6整流二极管1A,500V9只7电容器470nF,100uF,0.01UF各2只8电位器IK,5K各1只9负我电阻100。/2W2只10三极管TIP411只11电阻器120,150,220,360,560各一只12*稳压二极管1.25V1只三、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 .理解、领会和明确实验内容，写出待测试参数型号和公式，列出测量数据表格。4 .根据设计任务和要求，写出设计步骤，计算出元器件的参数，列出测量数据表格。四、实验原理稳压电路是直流稳压电源的核心。因为整流滤波后的电压虽然已是直流电压，但它还是随输入电网的波动而变化，是一种电压值不稳定的直流电压，而且纹波系数也较大，所以必须加入稳压电路才能输出稳定的直流电压。LM317是可调三端正电压稳压器，在输出电压范围为1.2V37V,能够提供1.5A电流。本实验也采用集成稳压器进行稳压。1.M317是三端浮动稳压器，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Rl（见图1）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+R2R1）+1AdjR2因为调节端的电流（IAdj）小于100A才能保持恒定。为达到这一点，所以静态工作电流都返回到输出端。这样需要最小负载电流，如果负载电流小于最小值，输出电压会上升。因为LM317是浮动稳压器，所以只有电路两端电压差对性能是重要的，工作在对地呈高电压也就成为可能。1PROGlAdjS*L25V具型值五、基础实验内容（4学时）4.1 电源变压器参数测电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压Ul变换为整流电路所需要的交流电压U2。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）原边电压（V）副边(V)副边-(V)副边-(V)副边.(V)表中为变压器的副边绕组其中为中心抽头，为变压器的另一组副边绕组。4.2 整流和滤波电路的参数测（以图2为例）.在稳压电源中，一般用四个整流二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压U2变换成脉动的直流电压Vlo滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压V1中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压V|。改变电容观测和测量V”计算整流系数K=VI/U2,将相应的结果填入表2中（测量时变压器副边接）图2表2电容值1004702200P100P470P2200负载值100100Q100505050电压值U2电压值Vl整流系数k波形53三端稳压器各项性能指标的测试（以图3为例）输入电压U2受负载和温度发生变化到影响而发生波动时，滤波电路输出的直流电压V1会随着变化。因此，为了维持输出电压Vl稳定不变，需要对电压进行稳压。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响,而维持稳定的电压输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。三端可调式集成稳压器的引脚及其应用电路见附录图5。4.2.1. 输出电压与最大输出电流的测试（以LM317为例），测量时以5V为准。测试电路如图所示。一般情况下，稳压器正常工作时，其输出取Io=SlA,可算出R=100,工作时RL上消耗的功率为：P=UoIo=5×0.1=0.5w故RL取额定功率为1W,阻值为1001,测试LmaX时，因为实验室没有大功率的负载，（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）。改用三极管Ql和电位器RV2组成的电流负载，直到Vo的值下降5%,此时流经RL的电流就是Iomax,记下Lmx后，要马上调大RL的值，以减小稳压器的功耗。测量结果填入表3中。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）J3上改变RV使输出电压回到5V.RL()I(mA)5V1004.95V5.3.2.电压调节范围的测量调节电位器Rm分别测量VOmin和VOmaX的值，验证Vo=L25X（1+Rw/Rl）将测量的结果填入表4中。VominVomax测量电压值（V）计算电压值（V）533.稳压系数的测量（调节输出电压为5V时）按图所示连接电路，在u=220V时，测出稳压电源的输出电压Vo,应改变电源电压上升和下降10%,分别测量稳压电源的输出电压Vo,Rl=100Qo在实验室调节交流不太方便时,可采用变压器的次级变换的方法,如脚电压为18V,测量一次,记下Vo.再更换到脚测量一次Vo2,将测量的结果填入表5中。则稳压系数为：Sv=（V0V0）（uu）表5变压器次级位置Ui(V)U0(V)计算SV534.输出内阻的测量（调节输出电压为5V时）按图5所示连接电路，保持稳压电源的输入电压不变，在不接负载RL时测出开路电压V°,此时I。产0,然后接上负载RL,测出输出电压Vo2和输出电流Io2,测量结果填入表6中。则输出电阻为：Ro=-(Vo|-Vo2)/(Ioi-Io2)=(Voi-Vo2)/Io2表6Rl=8Rl=100Q输出电压UO（V）输出电流Io（mA）计算R0(Q)5.3.5纹波电压的测量（调节输出电压为5V时）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、稳压电源电路设计实验6.1设要求性能指标要求：Vo=OV+9V(±0.1),Iomax=100mA,Vop.p5mV,Sv3×10-要求选用LM317三端可调集成稳压器。要求调节电位器，从开始到终点时。电压应从09V,误差<5%。6.2设计步骤6.2.1方案论证根据稳压电源的输出电压V。、输出电流I。、输出纹波电压AV。时等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件及电路形式。设计参考图4所示。6.2.2选择集成稳压器，确定电路形式集成稳压器选用CW317,其输出电压范围为:Vo=L237V,最大输出电流IonIaX为1.5A。所确定的稳压电源电路如图4所示。图4中，取CI=O.01F,C2=10F,CO=IuF,Rl=200,RW=2k,二极管用IN4001在图2电路中，Rl和RV组成输出电压调节电路，输出电压VoQL25(1+Rv/Rl),Rl取120240Q,流过RI的电流为5IOnlA。取Rl=I20。，则由Vo=L25(l+RvRl),可求得：，故取为的精密线绕电位器。6.2.3选择电源变压器变压器的选择实验室已给定，条件满足设计要求。6. 2.4整流二极管和滤波电容的计算确定整流二极管的正向平均电流1、整流二极管的最大反向电压URM和滤波电容的电容值和耐压值。根据所确定的参数，选择整流二极管和滤波电容。整流二极管选IMOo1,其极限参数为Ukm50V,而J2U2=9.IV,滤波电容C可由纹波电压aVopp和稳压系数Sv来确定。因为Sy=(Vo/Vo)/(UU1),而Uo=9V,V2=18VVaH>=5mV,Sy=5X10-3所以Alh=AlWJl/US滤波电容为C=ICt/CU产Ia/Alh=3333uF,电容C的耐压应大于2U2>9.IV。0-CWnONAsAs6.25稳压电路设计举例：根据设计性能指标要求电路采用三端集成稳压器电路方案，电路原理图如图5所示。其中IC为三端集成稳压器。故有：Vb=V32(l+R2R)=1.25(l+RvR)其最低输出电压为1.25Vo而图3所示电路则可以使电压从OV开始调整。该电路和317基本应用电路的不同之处是增加了一组负压辅助电源。稳压管Dz正极对地电压为一1.25V(也可用二极管串接而成),调压电位器RV的下端没有接在地端,而是接在稳压管正极,稳压电源的输出电压仍然从三端稳压器的输出端与地之间获得。这样当RV的阻值调到零时,Rl上的1.25V电压刚好和Dz上的-1.25V相抵消，从而使输出电压为0V。该电路可以从OV起调，输出电压可达9V。根据VO=L25(l+RvRl)和给定的可调电阻值，计算Rl的值。6.3 电路设计、仿真和安装电路的设计、仿真和安装在课外外完成，电路测试在课内进行。6.4 电路测量根据测量要求，设计测量的表格，将测量结果填入表中，要满足设计要求。六、实验报告要求I.设计题目和技术指标要求。2 .写出设计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。七、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。八、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RO,并进行分析。6 .分析讨论实验中出现的故障及其排除方法。6.1 固定式三端稳压器的引脚图及典型应用电路(a) LM78xx系列的引脚图及应用电路(其中：C = 0.33F,Co=0.1F , ChC。采用漏电流小的钮电容)(b) LM79xx系列的引脚图及应用电路(其中：Ci = 2.2F, Co= lF)图5固定式三端稳压器的引脚图与应用电路说明：稳压器输入端的电容Cl用来进一步消除纹波,此外，输出端的电容C。与Cl起到了频率补偿的作用，能防止自激振荡，从而使电路稳定工作。6.2 可调式三端稳压器的引脚图及其典型应用电路(a)CW317系列引脚图及应用电路(b)CW317系列引脚图及应用电路其中：Ci=0.01F,C2=10F,Co=lF,其中：Ci=O.IF,C2=10F,CO=IFR=200,Rw=3k,D5用IN4001R=200,RW=3kQ,D用IN4001图6可调三端式集成稳压器在图5(a)中，Rl与RW组成输出电压调节电路,输出电压VoQl.25(1+Rv/Rl),Rl的值为120240Q,流经Rl的泄放电流为510mA。Rv为精密可调电位器。电容可以进一步消除纹波，电容Cl与C。还能起到相位补偿作用，以防止电路产生自激振荡。电容C2与Rw并联组成滤波电路，电位器Rv两端的纹波电压通过电容C2旁路掉，以减小输出电压中的纹波。二极管D5的作用是防止输出端与地短路时，因电容C2上的电压太大而损坏稳压器。