电工电子教学基地

实验报告

实验课程：模拟电子技术综合设计

姓名：葛明轩 10211185 通信1008

         

集成直流稳压电源——半导体器件设计及其应用

一、实验目的

（1）掌握集成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

（3）掌握直流稳压电源的主要性能参数及测试方法

（4）进一步培养工艺素质和提高基本技能

二、实验要求

（1）设计一个双路直流稳压电源

（2）输出电压Vo=±12V，+5V最大输出电流Iomax=1A

（3）输出纹波电压ΔVop-p≤5mV, 稳压系数Sv≤5×10-3

三、实验原理

直流稳压电源一般有电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路所组成，基本框图和波形变换如下：

（1）    电源变压器：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：一般由具有单向导电性的二极管构成，经常采用单相半波、单相全波和单相桥式整流电路。应用最为广泛的是桥式整流电路，4个二极管轮流导通，无论正半周还是负半周，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。

 

输出波形：

    

   

（2）    滤波电路：加入电容滤波电路后，由于电容是储能元件，利用其充放电特性，使输出波形平滑，减小直流电中的脉动成分，以达到滤波的目的。为了使滤波效果更好，可选用大电容的电容为滤波电容。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。

 

输出波形：

（3）   

稳压电路：稳定输出电压。稳压电路种类很多，包括稳压管，串联稳压，集成稳压器等。该实验中我们选用的是三端式固定输出稳压器7805，7812和7912。

四、元件参数计算

（1）整流电路参数

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

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。

五、设计过程

（1）确定电源变压器副边电压值

A．要设计输出12V，电流1A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=11.7V

C．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2~3倍。选择RS307（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R_i及τ值

B．求R_i时，电流为1A，7812输入端的电压为14V，所以R_i=14Ω

C．通常取时间常数τ=(3~5)T/2，T=0.02s，取τ=1.5T=0.03s

则滤波电容C₁=0.03/14=2.14mF，可以选购2200μF，耐压50V的电解电容。

（4）确定去耦电容

去耦电容C_2、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0.1~0.47 μF之间选取。 取C₂ =330nF， C₃ =100nF

（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16.5V*1.414=23.3V，可以安全工作，设计完毕。

六、实验仿真                                            

七、元件清单

1、三端变压器 220V~15V×2  1A    1个

2、RS307整流桥       1个

3、电解电容 2200uF 耐压值50V    3个

            220uF  耐压值25V    3个

4、电容 330nF    3个

        100nF    3个

5、三端稳压器   LM7812、LM7912、LM7805     各1个

6、散热片     3个

7、二极管1N4001      3个

8、导线若干

9、电源插头  1个

10、插针     3个

11、保险管     2个

八、我的感想：

本次实验我们开始时调试时，只有+5V电压，+12V电压出了结果。-12一直调不出来。但是第二次再接时，可能由于上次调试操作问题，导致三个电压都不出结果了。分析可能是由于上次短路导致整流桥烧坏，最后换了个7912和整流桥终于出了结果，但是+5的那个有些误差。在电路中一个小小的错误就会导致整个工程的失败。这是我从这次实验中得到的最深的问题。每一个元件都有它的作用，没有它电路可能也会工作，但是它能够使电路更加精确。

一个简单的电路却让我们费了很长时间很大的心思，我们应该自我反省，不能一贯的照抄照搬，要学会运用所学知识去解决问题。虽是一个简单的电路板，但却让我们明白了许多道理。我们一直在坚持，我相信一切会有结果，找到问题的根源是解决问题的最好方法。

感谢我们的老师，一直在帮助着我们，每当我们遇到困难，自己无法解决时就会有同学、老师的帮助，向他们学习，我自己学到了很多的知识。

这样的实验培养了我们的动手能力，所谓熟能生巧，在布线，焊接，检查电路各种方面我们都有很大的提高。一个实验只要认真对待，不管结果怎样，我们一定会有收获。

九、参考文献

1、《模拟集成电路基础》.路勇. 北京：中国铁道出版社， 2010.8.

2、《电子技术基础实验、综合设计实验与课程设计》.侯建军. 北京：高等教育出版社，2007.10.

3、《电工和电子技术实验教程》.  李燕民, 温照方. 北京：北京理工大学出版社，2011.

4、《集成电路原理及应用》. 谭博学，苗汇静. 北京：电子工业出版社，2011.

5、《电子技术基础实验》. 陈军，孙梯全，施琴. 南京：东南大学出版社，2011.

 

第二篇：可调直流稳压电源实验报告

仲恺农业工程学院实验报告纸

  自动化   （院、系）  自动化   专业  112    班   组   电力电子技术课

学号 21     姓名       易伟雄    实验日期   2013.11.26   教师评定          

实验三   可调直流稳压电源的设计

一．实验目的

1、学习小功率直流稳压电源的设计与调试方法。

2、掌握小功率直流稳压电源有关参数的测试方法。

3、培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

二．实验内容

2.1理论分析

    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。

       

    +       电  源    +        整 流   +       滤 波  +       稳 压   +

    u₁                u₂                          u₃                      u_I                        U₀

    _       变压器    _        电 路   _       电 路   _       电 路   _

（a）稳压电源的组成框图

 u₁                 u₂               u₃                          u_I                     U₀ 

                                                                                                   

  0             t    0             t   0             t  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

    1．电源变压器               

电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u₁变换为整流电路所需要的交流电压u₂。电源变压器的效率为：

其中：是变压器副边的功率，是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表1所示：

仲恺农业工程学院实验报告纸

              （院、系）         专业         班   组             课

学号      姓名                 实验日期                 教师评定          

    表1  小型变压器的效率

因此，当算出了副边功率后，就可以根据上表算出原边功率。

2．整流和滤波电路

在稳压电源中一般用四个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u₃。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u₃中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压U_I。U_I与交流电压u₂的有效值U₂的关系为：

                            

在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为：

                                  

流过每只二极管的平均电流为：

                              

其中：R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数RC应满足：

其中：T = 20ms是50Hz交流电压的周期。

    3．稳压电路

由于输入电压u₁发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压U_I会随着变化。因此，为了维持输出电压U_I稳定不变，还需加一级稳压电路。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。

集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器，在可调式三端集成稳压器中，稳压器的三个端是指输入端、输出端和调节端。稳压器输出电压的可调范围为U_o=1.2 ~ 37V，最大输出电流I_omax =1.5A。

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学号      姓名                 实验日期                 教师评定          

2.2．仿真设计：

根据电路图操作以下两个步骤：

1）根据电路用万用表测出稳压电源的输出电压U_o、最大输出电流I_omax

2）根据稳压器的输入电压，确定电源变压器副边电压的有效值；根据稳压电源的最大输出电流I_0max，确定流过电源变压器副边的电流和电源变压器副边的功率P₂；根据P₂，从表1查出变压器的效率η。

2.3仿真结果

1. 选择电源变压器

由于CW317的输入电压与输出电压差的最小值，输入电压与输出电压差的最大值，故CW317的输入电压范围为：

   

     即    

             

        ， 取

仲恺农业工程学院实验报告纸

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变压器副边电流： ，取，因此，变压器副边输出功率： ，由表知变压器的效率

 2．稳压系数的测量

    在时，测出稳压电源的输出电压U_o。然后调节变压器使输入电压，测出稳压电源对应的输出电压U_o1 ；再调节自耦变压器使输入电压，测出稳压电源的输出电压U_o2。则稳压系数为：

=0.0287

3．纹波因数的测量

 用交流毫伏表测出稳压电源输出电压交流分量的有效值，用万用表（或数字万用表）

的直流电压档测量稳压电源输出电压的直流分量。则纹波因数为：

=0.0034

三、实验小结与改进

在这次电路设计过程中，我了解了稳压直流电源的组成部分和各部分的具体的作用，并且通过钻研和实际的调试、测试，掌握了各级输出级的电压值的具体测量方法和误差分析。学会了通过各部分电路各个元件之间的关系来确定具体的电路和元件的实际参数。通过对电路的理论分析从而在一定程度上大致分析所得的试验结果进行分析和确定正确与否，也通过实际的操作和对各元件的实际参数与理论值之间的差别了解了各影响因素对电路和试验结果的影响。

虽然在这次的实验设计和参数的确定以及试验结果的测试的过程当中也遇到了一些困难和迷惑，但是通过查阅相关的资料和书籍，并且跟同学互相探讨和研究，基本上解决了所遇到的问题。然而由于对专业知识具备的不足，在设计的时间上由于与复习考试的时间有些冲突，所以在设计电路过程中难免会存在一定的差错，而且由于自己目前对很多电子器件的实际性能和型号的了解不多，会在选择器件的时候选不到最适合的器件使电路工作在最佳状态，所以实验结果可能与理论值相差较大，但是经过调试已尽量使实验结果与理论值间的差值减小到最小，从而达到了设计的基本要求。