直流稳压电源设计实验报告

姓  名：张  翔

班  级：信息26

学  号：2120502146

同组者：毛天羽（信息26）

刘伟鹏（信息26）

目录

一、摘要…………………………………………………………………………… 1

二、设计要求……………………………………………………………………… 1

三、原理分析与设计步骤

  1.直流稳压电路结构的选择………………………………………………… 1

2.交流变压器………………………………………………………………… 2

3.整流电路…………………………………………………………………… 2

4.滤波电路…………………………………………………………………… 2

5.集成稳压电路

5.1集成稳压器件LM317…………………………………………………3

5.2 LM317典型接法………………………………………………………4

6.参数计算与器件选择……………………………………………………… 4

6.1电路参数计算…………………………………………………………4 

6.2元器件清单……………………………………………………………5       

四、实验步骤与测试结果

1.电路搭接与仪器调试……………………………………………………… 6

2.性能参数测试

2.1稳压系数的测量…………………………………………………… 6

2.2输出电阻的测量…………………………………………………… 6

2.3纹波电压的测量…………………………………………………… 7

2.4测量结果分析……………………………………………………… 7

五、实验小结……………………………………………………………………… 7

一、摘要

随着电子技术的快速发展，高性能的电子电路对于电源供电质量的要求越来越高，如何设计出能满足高性能电路要求的高精度电源便成为一大课题。直流稳压源为电路提供直流电压和能量，其输出电压的品质直接决定的电源性能的好坏。本实验旨在利用交流变压器、整流环节、滤波环节和集成元件LM317稳压电路将220V交流电压转化为5V直流电压输出，并且对衡量稳压电路性能的几种主要参数进行了测试和分析。 

关键词: 半波整流  电容滤波  稳压电路  稳压系数  纹波电压  

                

二、设计要求

如下表所示：

三、原理分析与设计步骤

1.直流稳压电路结构选择

直流稳压电源的基本结构如图1.1所示，分为四个基本环节，即电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。据此确定欲设计的电路结构如图1.2所示（具体阻容参数已经标出，在6.1 参数计算中给出计算过程）。

 

图1.1

图1.2

2.交流变压器

 将220V交流电压降低至一定幅度以使后级稳压电路正常工作。

3.整流电路

将交流电压转换成脉动直流电压，分为半波整流、全波整流和桥式整流。本实验采用二极管桥式整流电路，电路结构如图3.1所示。

图3.1

整流原理如下：

    

 

4.滤波电路

本实验采用电容滤波电路，如图4.1所示。电容滤波电路充电时间常数（为二极管正向导通电阻）很小而放电时间常数较大，充电快而放电慢，达到滤波效果。该电路有如下特点：

1）输出电压平均值与时间常数有关。越大，电容放电越慢，输出电压平均值越大。纯电阻负载时，一般取（T为交流电源电压周期）；非纯电阻负载时，一般取

图4.1

5.集成稳压电路

 5.1集成稳压器件LM317

  LM317是一款可调节三端稳压器，在输出电压范围为1.25V到25V时能够提供最大1.5A的电流,它只需要两个外部电阻来设置输出电压。 管脚排列见图5.1.1。

         

图5.1.1  

                      图5.1.2

5.2 LM317典型接法

LM317的典型接法如图5.1.2所示。

工作时，LM317建立并保持输出端与调节端之间1.25V的标称参考电压（Vref），该标称电压经过电阻R1转换成编程电流（Iprog），经由R2流到大地。输出电压为：

 

其中为调整端电流，不大于。调节电位器R2，便可以实现输出电压可调的目的。D为保护二极管，用以防止C2向调整端放电；为输入旁路电容，用以减小稳压器对输入电源阻抗的敏感性；作为调整端的旁路电容，用以提高纹波抑制比，防止输出电压增大时纹波被同步放大。

在保证一定的电源调整率时，要求（见LM317中文技术手册），本实验规定，因此有。选择，理由是：由于LM317调整端电流极小，故输入电流约等于输出电流。负载一定时，其消耗功率保持不变。输入电压越大，输入功率就越大，输出功率不变，就会有更多的功率消耗在LM317内部，器件容易过热烧坏。因此在满足要求的范围内，输入电压越小越好，故取。

6.参数计算与器件选择

6.1 电路参数计算

图6.1

1）稳压器件选择LM317，稳压输出5.0V；

2）输出滤波电容

作用是使输出电压波形更平滑，减少负载对电源的影响。由于LM317稳压电路中已经采用调整端旁路电容抑制输出纹波，相当于输出滤波电容。

3）稳压器前小滤波电容C2

根据LM317技术手册，选取稳压器前端小滤波电容。由于电解电容高频特性差，C3使用无极性小容量电容。

4）滤波电容C1

滤波负载不是纯电阻时，一般有                 取时，计算得

，结合实际情况，取。

5）二极管与变压器

根据技术手册，为使稳压器空载时能正常工作，R1中的电流应取，则，选取。

由得。根据实际情况选取满量程为的电位器。

最大输出电流等于0.6A时，即时，。由于调整端电流很小，故输入输出电流基本相等，即。

根据电容滤波及桥式整流电路的特点，得到

二极管电流平均值和有效值分别为

，

变压器副边电流有效值，故副边功率；

整流二极管承受的最大反向电压

根据以上计算，选取相应型号的二极管和变压器。至此电路参数已完全确定。

6.2元器件清单

实验所用元器件种类数目及测量仪器清单如表6.2所示。

表6.2

四、实验步骤与测试结果

1.电路搭接与仪器调试

依据原理图在面包板上搭接实验电路，确认连接无误后接通电源测试。

2.性能参数测试

2.1稳压系数的测量

参数说明：稳压系数也叫电压调整率，是指环境温度和负载不变得情况下，输入电压变化引起输出电压变化的程度，定义为输出电压的相对变化与输入电压的相对变化的比值，即

               

测量步骤：使输出电流保持在额定值，保持负载不变，改变输入电压，用万用表直流电压档测输出电压。

测量结果：

稳压系数

2.2输出电阻的测量

参数说明：直流稳压源的输出电阻即直流电源的内阻，越小越好。若电源内阻过大，则当负载电阻较小时，内阻分压将不可忽略，对电源的精确度造成影响。

测量步骤：保持输入电压不变，大范围改变负载阻值，测量负载电压和负载电流的变化值，由戴维宁定理可知，两者的比值即稳压源的输出电阻。测量电压和电流分别用万用表直流电压档和电流档，电流表外接。

测量结果：

稳压源输出电阻

2.3纹波电压的测量

参数说明：尽管经过了整流和滤波，也不可能将输出电压中的交流成分完全滤除，因此输出电压仍存在较小的波动，即纹波。纹波越小，表明稳压电源的性能越好，输出电压品质越好。

测量步骤：使电路工作在额定电流下，用示波器观察输出电压，并使用交流耦合档观察纹波电压，用Measure档测量其峰峰值，做记录。

测量结果：

2.4测量结果分析

 从以上三个参数的测量结果来看，直流稳压源稳压系数较小，说明输入变化对输出电压的影响较小。这项指标的意义在于，即使稳压源所处的环境温度等因素发生剧烈变化而导致输入电压大幅变化，也能保证输出电压变化控制在一定的较小的范围内。输出电阻为，是一个比较小的值。相对于5.0V的直流输出，8mV峰峰值的纹波几乎可以忽略。综上，本次实验所设计的直流稳压源基本满足设计要求。

五、实验小结

    通过本次实验，我对直流稳压电源的工作原理有了更深刻的认识，对整流环节、电容滤波环节、集成三端稳压器典型电路等有了一定的把握。同时，在实验过程中，我们遇到了不懂的问题，通过查阅课本、请教老师和组员之间的相互讨论，最终弄明白了原理，解决了问题，理论应用到实践的能力得到提升。由于是设计性实验，电路结构和器件参数完全自己计算确定，这时我学会了衡量元器件性能好坏的指标和选择器件的依据。

  

第二篇：实验报告：串联型晶体管稳压电源的设计

实验报告：串联型晶体管稳压电源的设计

学号：_______

姓名：_______

实验报告：串联型晶体管稳压电源的设计

一、设计任务

　1、 研究单相桥式整流、电容滤波电路的特性。

　2、 学习串联型晶体管稳压电源的设计方法以及主要技术指标的测试方法。

二、设计要求及主要技术指标

设计要求

1、方案论证，确定总体电路原理方框图。  

2、单元电路设计，元器件选择。

3、安装调试及测量结果。

主要技术指标

1、电网供给的交流电压U₁为220V，50HZ。

2、变压器输出电压U₂为18V～20V，50HZ。

3、稳压电源输出直流可调电压6V<U₀<15V，最大负载电流100mA左右。

4、驱动负载120Ω<R_L<240Ω。

三、稳压电源原理描述

参见Chap10内容。

电子设备一般都需要直流电源供电。这些直流电除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源。

图10.1  直流稳压电源框图

直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图10.1所示。电网供给的交流电压u₁(220V,50Hz) 经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压u₂，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压u₃，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压u_I。但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。

　　图10.2是由分立元件组成的串联型稳压电源的电路图。其整流部分为单相桥式整流、电容滤波电路。稳压部分为串联型稳压电路，它由调整元件（晶体管T₁）；比较放大器T₂、R₇；取样电路R₁、R₂、R_W，基准电压D_W、R₃和过流保护电路T₃管及电阻R₄、R₅、R₆等组成。整个稳压电路是一个具有电压串联负反馈的闭环系统，其稳压过程为：当电网电压波动或负载变动引起输出直流电压发生变化时，取样电路取出输出电压的一部分送入比较放大器，并与基准电压进行比较，产生的误差信号经T₂放大后送至调整管T₁的基极，使调整管改变其管压降，以补偿输出电压的变化，从而达到稳定输出电压的目的。

图10.2  串联型稳压电源实验参考电路

　　由于在稳压电路中，调整管与负载串联，因此流过它的电流与负载电流一样大。当输出电流过大或发生短路时，调整管会因电流过大或电压过高而损坏，所以需要对调整管加以保护。在图10.2 电路中，晶体管T₃、R₄、R₅、R₆组成减流型保护电路。此电路设计在I_0P＝1.2I₀时开始起保护作用，此时输出电流减小，输出电压降低。故障排除后电路应能自动恢复正常工作。在调试时，若保护提前作用，应减少R₆值；若保护作用迟后，则应增大R₆之值。

　　稳压电源的主要性能指标:

1、   输出电压U₀和输出电压调节范围

    调节R_W可以改变输出电压U₀。

    2、 最大负载电流I_0m

  　3、 输出电阻R₀

　　输出电阻 R₀ 定义为：当输入电压U_I（指稳压电路输入电压）保持不变，由于负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流变化量之比，即

         

   　4、 稳压系数S （电压调整率）

稳压系数定义为：当负载保持不变，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比，即

    由于工程上常把电网电压波动±10％做为极限条件，因此也有将此时输出电压的相对变化△U₀／U₀做为衡量指标，称为电压调整率。

  　5、 纹波电压

输出纹波电压是指在额定负载条件下，输出电压中所含交流分量的有效值（或峰值）。

四、安装测试内容

利用Multisim作为工具，参照图10.2安装电路，调试测量时按下列各步骤进行。

  　1、 整流滤波电路测试

参照图10.3 连接电路。取可调工频电源电压为16V， 作为整流电路输入电压u₂。

图10.3   整流滤波电路

  　2、串联型稳压电源性能测试

    切断工频电源，在图10.3基础上按图10.2连接电路。

 　 (1) 初测

    稳压器输出端负载开路，断开保护电路，接通16V工频电源， 测量整流电路输入电压U₂，滤波电路输出电压U_I（稳压器输入电压）及输出电压U₀。调节电位器R_W，观察U₀的大小和变化情况，如果U₀能跟随R_W线性变化，这说明稳压电路各反馈环路工作基本正常。否则，说明稳压电路有故障，因为稳压器是一个深负反馈的闭环系统，只要环路中任一个环节出现故障（某管截止或饱和），稳压器就会失去自动调节作用。此时可分别检查基准电压U_Z，输入电压U_I，输出电压U₀，以及比较放大器和调整管各电极的电位（主要是U_BE和U_CE），分析它们的工作状态是否都处在线性区，从而找出不能正常工作的原因。排除故障以后就可以进行下一步测试。

  　(2) 测量输出电压可调范围

　　接入负载R_L（滑线变阻器），并调节R_L，使输出电流I₀≈100mA。再调节电位器R_W， 测量输出电压可调范围U_0min～U_0max。且使且使R_W动点在中间位置附近时U₀＝12V。若不满足要求，可适当调整R₁、R₂之值。

  　(3) 测量各级静态工作点

　　调节输出电压U₀＝12V，输出电流I₀＝100mA ， 测量各级静态工作点，记入表10.1。

表10.1        U₂＝16V  U₀＝12V  I₀＝100mA

  　

(4) 测量稳压系数S

取I₀＝100mA，按表.3改变整流电路输入电压U₂（模拟电网电压波动），分别测出相应的稳压器输入电压U_I及输出直流电压U₀，记入表10.2。

  　表10.2      I₀＝100mA                       表10.3    U₂＝16V

  　

(6) 测量输出纹波电压

取U₂＝16V ，U₀＝12V，I₀＝100mA ，测量输出纹波电压U₀，记录之。

五、设计报告总结

　  1、 给出完整的电路原理图，并给出各电子元器件的选型。

2、 体会与收获。