1、實驗九 直流穩壓電源的設計一實驗目的1 學習小功率直流穩壓電源的設計與調試方法。 2掌握小功率直流穩壓電源有關參數的測試方法。二預習要求 1根據直流穩壓電源的技術指標要求，按照教材中介紹的方法，設計出滿足技術指標要求的穩壓電源。根據設計與計算的結果，寫出設計報告。 2制定出實驗方案，選擇實驗用的儀器設備，三實驗原理 小功率穩壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路四個部分組成，如圖1所示。 + 電 源 + 整 流 + 濾 波 + 穩 壓 + u1 u2 u3 uI U0 _ 變壓器 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _（a）穩壓電源的組成框圖 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0

2、 t 0 t 0 t 0 t （b）整流與穩壓過程圖1穩壓電源的組成框圖及整流與穩壓過程 1電源變壓器 電源變壓器的作用是將來自電網的220V交流電壓u1變換為整流電路所需要的交流電壓u2。電源變壓器的效率為：其中：是變壓器副邊的功率，是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率如表1所示：表1 小型變壓器的效率 副邊功率 效率0.60.70.80.85 因此，當算出了副邊功率后，就可以根據上表算出原邊功率。2整流和濾波電路在穩壓電源中一般用四個二極管組成橋式整流電路，整流電路的作用是將交流電壓u2變換成脈動的直流電壓u3。濾波電路一般由電容組成，其作用是把脈動直流電壓u3中的大部分紋波加以濾除，

3、以得到較平滑的直流電壓UI。UI與交流電壓u2的有效值U2的關系為： 在整流電路中，每只二極管所承受的最大反向電壓為： 流過每只二極管的平均電流為： 其中：R為整流濾波電路的負載電阻，它為電容C提供放電通路，放電時間常數RC應滿足：其中：T = 20ms是50Hz交流電壓的周期。 3穩壓電路由于輸入電壓u1發生波動、負載和溫度發生變化時，濾波電路輸出的直流電壓UI會隨著變化。因此，為了維持輸出電壓UI穩定不變，還需加一級穩壓電路。穩壓電路的作用是當外界因素（電網電壓、負載、環境溫度）發生變化時，能使輸出直流電壓不受影響，而維持穩定的輸出。穩壓電路一般采用集成穩壓器和一些外圍元件所組成。采用集成

4、穩壓器設計的穩壓電源具有性能穩定、結構簡單等優點。集成穩壓器的類型很多，在小功率穩壓電源中，普遍使用的是三端穩壓器。按輸出電壓類型可分為固定式和可調式，此外又可分為正電壓輸出或負電壓輸出兩種類型。（1） 固定電壓輸出穩壓器常見的有CW78（LM78）系列三端固定式正電壓輸出集成穩壓器；CW79（LM79）系列三端固定式負電壓輸出集成穩壓器。三端是指穩壓電路只有輸入、輸出和接地三個接地端子。型號中最后兩位數字表示輸出電壓的穩定值，有5V、6V、9V、15V、18V和24V。穩壓器使用時，要求輸入電壓UI與輸出電壓Uo的電壓差UI - Uo 2V。穩壓器的靜態電流Io = 8mA。當Uo = 5

5、18V時，UI的最大值UImax= 35V；當Uo=18 24V時，UI的最大值UImax = 40V。它們的引腳功能及組成的典型穩壓電路見附錄圖A所示。 （2）可調式三端集成穩壓器可調式三端集成穩壓器是指輸出電壓可以連續調節的穩壓器，有輸出正電壓的CW317系列（LM317）三端穩壓器；有輸出負電壓的CW337系列（LM337）三端穩壓器。在可調式三端集成穩壓器中，穩壓器的三個端是指輸入端、輸出端和調節端。穩壓器輸出電壓的可調范圍為Uo=1.2 37V，最大輸出電流Iomax =1.5A。輸入電壓與輸出電壓差的允許范圍為：UI -Uo = 3 40V。三端可調式集成穩壓器的引腳及其應用電路見

6、附錄圖B。三穩壓電源的設計方法：穩壓電源的設計，是根據穩壓電源的輸出電壓Uo、輸出電流Io、輸出紋波電壓Uop-p等性能指標要求，正確地確定出變壓器、集成穩壓器、整流二極管和濾波電路中所用元器件的性能參數，從而合理的選擇這些器件。 穩壓電源的設計可以分為以下三個步驟：1） 根據穩壓電源的輸出電壓Uo、最大輸出電流Iomax，確定穩壓器的型號及電路形式。2） 根據穩壓器的輸入電壓，確定電源變壓器副邊電壓u2的有效值U2；根據穩壓電源的最大輸出電流I0max，確定流過電源變壓器副邊的電流I2和電源變壓器副邊的功率P2；根據P2，從表1查出變壓器的效率，從而確定電源變壓器原邊的功率P1。然后根據所確

7、定的參數，選擇電源變壓器。3） 確定整流二極管的正向平均電流ID、整流二極管的最大反向電壓和濾波電容的電容值和耐壓值。根據所確定的參數，選擇整流二極管和濾波電容。設計舉例：設計一個直流穩壓電源，性能指標要求為： 紋波電壓的有效值 穩壓系數 設計步驟：1） 選擇集成穩壓器，確定電路形式集成穩壓器選用CW317，其輸出電壓范圍為：，最大輸出電流為1.5A。所確定的穩壓電源電路如圖2所示。 D6 3 CW317 2 保險絲D1 D4 1 C R1 D5 u1 D2 D3 C1 Co Uo 220V u2 C2 RW 圖2 輸出電壓可調的穩壓電源圖2中，取C1 = 0.01F，C2 =10F，C0 =

8、 1F，R1 = 200，RW = 2k，二極管用IN4001在圖2電路中，和組成輸出電壓調節電路，輸出電壓 ，取，流過的電流為。取，則由，可求得：，故取為的精密線繞電位器。 2） 選擇電源變壓器由于CW317的輸入電壓與輸出電壓差的最小值，輸入電壓與輸出電壓差的最大值，故CW317的輸入電壓范圍為： 即 ， 取 變壓器副邊電流： ，取，因此，變壓器副邊輸出功率： 由于變壓器的效率，所以變壓器原邊輸入功率，為留有余地，選用功率為的變壓器。3） 選用整流二極管和濾波電容由于：，。IN4001的反向擊穿電壓，額定工作電流，故整流二極管選用IN4001。根據 ，和公式可求得： 所以，濾波電容： 電容

9、的耐壓要大于，故濾波電容C取容量為，耐壓為的電解電容。四穩壓電源的安裝與調試按圖3所示安裝集成穩壓電路，然后從穩壓器 D6的輸入端加入直流電壓，調節RW，若 3 2輸出電壓也跟著發生變化，說明穩壓電路工作正常。 CW317用萬用表測量整流二極管的正、反向電阻，正 1 R1 D5確判斷出二極管的極性后，按圖4所示先在變壓器 UI C Uo 的副邊接上額定電流為1A的保險絲，然后安裝整 C1 Co流濾波電路。 安裝時要注意，二極管和電解電容 C2 RW的極性不要接反。經檢查無誤后，才將電源變壓器與整流濾波電路連接，通電后，用示波器或萬用表 圖3 穩壓電路檢查整流后輸出電壓UI的極性，若UI的極性為

10、負，（其中：D5、D6為IN4001型二極管，則說明整流電路沒有接對，此時若接入穩壓電路， C1 = 0.1F，C2 =10F，C0 =1F）就會損壞集成穩壓器。因此確定UI的極性為正后，斷開電源，按圖2所示 D1 D4將整流濾波電路與穩壓電路連接起來。然后接通電源，調節RW的值，若輸出 u1 D2 D3 C UI 電壓滿足設計指標，說明穩壓電源中各 220V u2 級電路都能正常工作，此時就可以進行各項指標的測試。 圖4 整流濾波電路五穩壓電源各項性能指標的測試 1輸出電壓與最大輸出電流的測試測試電路如圖5所示。一般情 自耦變壓器 Io 電流表況下，穩壓器正常工作時，其輸出 被測 I電流要小

11、于最大輸出電流， 220V 穩壓 Uo V 電壓表 RL取，可算出RL=18， 電路 工作時上消耗的功率為：故取額定功率為5W，阻值為 圖5 穩壓電源性能指標的測試電路18的電位器。測試時，先使，交流輸入電壓為220V，用數字電壓表測量的電壓值就是Uo。然后慢慢調小，直到Uo的值下降5%，此時流經的電流就是，記下后，要馬上調大的值，以減小穩壓器的功耗。 2穩壓系數的測量 按圖5所示連接電路， 在時，測出穩壓電源的輸出電壓Uo。然后調節自耦變壓器使輸入電壓，測出穩壓電源對應的輸出電壓Uo1 ；再調節自耦變壓器使輸入電壓，測出穩壓電源的輸出電壓Uo2。則穩壓系數為： 3輸出電阻的測量 按圖5所示連

12、接電路，保持穩壓電源的輸入電壓，在不接負載RL時測出開路電壓Uo1，此時Io1=0，然后接上負載RL，測出輸出電壓Uo2和輸出電流Io2，則輸出電阻為： 4紋波電壓的測試 用示波器觀察Uo的峰峰值，（此時Y通道輸入信號采用交流耦合AC），測量Uop-p的值（約幾mV）。 5紋波因數的測量 用交流毫伏表測出穩壓電源輸出電壓交流分量的有效值，用萬用表（或數字萬用表）的直流電壓檔測量穩壓電源輸出電壓的直流分量。則紋波因數為：六 實驗內容：1 設計一個輸出電壓連續可調的穩壓電源，性能指標為：（1） 輸出電壓U0=（）；最大輸出電流（2） 負載電流 （3） 紋波電壓 （4） 穩壓系數 2 按照教材中所介

13、紹的方法，設計滿足以上性能指標的穩壓電源，計算出穩壓電源中各元件的參數，安裝和調試電路。3 在保證電路正常工作后，測出穩壓電源的性能參數、和。七實驗報告要求1 列出設計題目和技術指標要求。2 列出設計步驟和電路中各參數的計算結果。3 畫出標有元件值的電路圖。4 列出性能指標的測試過程5 整理實驗數據，并與理論值進行比較。附錄：1 固定式三端穩壓器的引腳圖及典型應用電路 CW78XX 1 CW78XX 3 CW79XX 1 2 3 UI C1 2 Co Uo 1 2 3 UI C1 1 Co Uo 2 CW79XX 3 Ui 地 Uo 地 Ui Uo（a） CW78系列的引腳圖及應用電路 （b）

14、 CW79系列的引腳圖及應用電路（其中：C1 = 0.33F,Co = 0.1F ，C1、 （其中：C1 = 2.2F，CO = 1F） Co采用漏電流小的鉭電容）圖A 固定式三端穩壓器的引腳圖與應用電路 說明：穩壓器輸入端的電容C1用來進一步消除紋波,此外，輸出端的電容Co與C1起到了頻率補償的作用，能防止自激振蕩，從而使電路穩定工作。2 可調式三端穩壓器的引腳圖及其典型應用電路 在圖B (a)中，R1與Rw組成輸出電壓 3 CW317 2 調節電路，輸出電壓Uo1.25 (1 + Rw / R1 )， CW317 1 R1 D5R1的值為120 240，流經R1的泄放電 1 2 3 UI

15、C1 Co Uo流為5 10mA。Rw為精密可調電位器。電 RW C2容可以進一步消除紋波，電容C1與Co arj Uo Ui 還能起到相位補償作用，以防止電路產生 （a） CW317系列引腳圖及應用電路自激振蕩。電容C2與Rw并聯組成濾波電 其中：C1= 0.01F，C2 =10F，CO =1F，路，電位器Rw兩端的紋波電壓通過電容C2 R1 =200，RW =3k，D5用IN4001旁路掉，以減小輸出電壓中的紋波。二極 RW管D5的作用是防止輸出端與地短路時，因 CW337 C2 電容C2上的電壓太大而損壞穩壓器。 1 2 3 UI C1 Co Uo 1 R1 D5 arj Uo UI 3 CW337 2 （b） CW317系列引腳圖及應用電路 其中：C1= 0.1F，C2 =10F，CO =1F， R1=200，RW =3k，D用IN4001 圖B 可調三端式集成穩壓器附：1集成穩壓器的選取：采用cw7812、cw7912和cw317cw7812：正穩壓器，最大輸入電壓為35v，最小輸入電壓為14.5v；當輸入為19v時，輸出為12v，輸出電流為1a