安徽大学电子信息工程学院

实验报告

1.  实验名称：直流稳压电源的设计

2.  实验目的

(1)      了解整流、滤波及稳压电源的功能，加深对直流稳压电源原理的理解。

(2)      掌握直流稳压电源的主要技术指标及测试方法。

(3)      掌握三端集成稳压电源的基本应用电路。

3.  实验预习要求

(1)      了解直流电源的组成部分及工作原理及参数计算

(2)      预习稳压电源的主要技术指标

4.  实验原理

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转换为直流电的直流稳压电源。直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路4部分组成，其原理框图如图所示：

直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路4个部分组成，其原理框图如图2-14-1 所示。电网供给的交流电压u₁ (220V ，50Hz) 经电源变压器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，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U₁ 。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，以保证输出的直流电压更加稳定。

稳压电源的主要性能指标及测试方法为：

(1)      稳压电路技术指标：

稳压电路技术指标分为两种：一种特性指标，包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压得稳定程度。包括稳压系数（电压调整率）、输出电阻（电流调整率）及纹波电压等。

(2)      稳压系数S： 负载电流I_L和环境温度保持不变时，电源电压U_i的相对变化与由它

所引起的U_o的相对变化的比值，即

                  

式中：U_o是额定输出电压，U_i为输入电压（220V）。

当Ui在10%内变化时

       

(3)      输出电阻（也称内阻）r_o：电源电压U_i和环境温度保持不变时，由于负载电流I_L

变化所引起的U_o变化的比值，即：

(4)      纹波电压：稳压电源输出直流电压U_o上所叠加的交流分量。通常在I_L最大时，

DU_o也是最大。该值可用晶体管毫伏表测量，也可用示波器测得。但由于纹波电压已不是正弦波，毫伏表的读数不能代表纹波的有效值。实际应用中，常用示波器测量纹波的峰峰值DU_oP-P，以便对不同的稳压电源进行比较。

(5)      稳压电源的测试方法：在测量稳压电源技术指标时，一定要接入额定负荷测试，否则由于空载和带负载时的输出特性差别很大，会产生误差。测量直流电压的地线不得和交流电压的接地线连接在一起，这一点与Multisim2001仿真工具不同。

①整流滤波及串联型稳压电路如图2-14-2。

②固定式集成稳压器如图2-14-2。

③可调式三端集成稳压器

正压系列：W317系列稳压器能在输出电压为1.25V~37V的范围连续可调，外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内也有过流、过热和安全工作保护。最大输出电流为1.5A。

典型电路如图2-14-3所示，其中电阻R₁与电位器R_P组成电压输出调节器，输出电压U_o的表达式为

式中，R₁一般取值为（120~240W），输出端的调整压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V），所以流经电阻R₁的泻放电流为5~10mA。

负压系列：W337系列，与W317系列相比，除了输出电压极性、引脚定义不同外，其它特点都相同。

④集成稳压器的电流扩展

当所需的电流大于集成稳压器的额定输出电流，输出性能指标要求不高时，可采用图2-14-4所示的电流扩展电路（若稳压指标较高时可采用附图12连接方式）。其中VT₁是功率管，扩展输出电流由VT₁提供。因为二极管的U_D≈U_BE（三极管），故，输出电压是稳定的，而输出电流可由下列公式决定：

其中，为W78xx的输出电流，b为功率三极管的电流放大倍数。

由上式可知，只要选取适当的电阻R，就可以获得比集成稳压器额定输出电流大得多的所需输出电流。

⑤根据设计内容，自拟实验电路。

4.  实验内容及步骤

(1)      参考上述电路图设计直流稳压电源。主要技术指标要求如下：

(a)   输入交流电压220V，50Hz；

(b)  输出直流电压3～12V；

(c)   输出直流电流0～500mA；

(d)  电压调整率小于10mV ；

(e)   内阻小于0.1W；

(f)   纹波电压峰值小于5mV。

(2)      选择元件。

(3)      利用Multisim2001进行电路设计并仿真，仿真结果满足要求后，用器件在实验箱上搭接电路，并测试主要性能指标是否满足要求。若不满足要求重新修改并测试。

5.  实验报告要求

(1)      简述电路设计过程。画出设计电路。

  直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路4个部分组成。 电网供给的交流电压经电源变压器得到符合电路需要的交流电压，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，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。

电路图如上图所示，整流为桥式整流电路；滤波用470的电容进行滤波；稳压电路由LM324及有关元件构成。

(2)      列表记录桥式整流、电容滤波、稳压输出电路各环节的输出电压、纹波电压及波形，整理被测数据，对实验数据进行全面分析。

根据实验所测数据，计算稳压电路的稳压系数S和输出电阻R_o，并进行分析。

1、桥式整流

Vpp=13.2V,  f=99.997HZ

2、电容滤波

VPP=10.8V， f=108.6HZ

3、稳压输出

VPP=10.1V,   f=102.6HZ

4、列表如下

5、S=[(8-6.6)/8]*3.47=0.6073

(3)      画出所观察波形，标明数值。用坐标纸绘出曲线。

Uo                                                                             IL

斜率0.068

6.  实验思考题

(1)              调整管可能损坏的原因有哪些？

1、额定电流小于输出电流，负载开路时调整管因为电流过大而损坏。

2、分流不均集中流于某一管。

(2)              VD₂稳压值的大小与输出电压有何关系？

      稳压二极管VD1串接在78XX稳压器2脚与地之间，可使输出电压得到一定的提高，输出电压为78XX稳压器输出电压与稳压二极管VC1稳压值之和。VD2是输出保护二极管，一旦输出电压低于VD1稳压值时，VD2导通，将输出电流旁路，保护7800稳压器输出级不被损坏。

(3)              如何判断直流稳压电源的带负载能力？

1、加个负载，看电压降，电压降越小，带负载能力越强。

2、最大输出电流越大，说明带负载能力越强。
如果输出最大电流相同，电压变化小的，带负载能力强。

第二篇：12V直流稳压电源设计实验报告

目录

一 实验原理与要求... - 3 -

1、电源变压器... - 3 -

2、整流电路... - 3 -

3、滤波电路... - 3 -

4、稳压电路... - 3 -

二 电路设计方案... - 3 -

1.原理电路图: - 3 -

2.参数计算：... - 3 -

3.电路元器件选择：... - 3 -

4.元件清单: - 3 -

三 实验结果与分析... - 3 -

1 输出电压Uo的测量... - 3 -

2 稳压电路主要性能指标的测量... - 3 -

1 稳定系数的测量... - 3 -

2 输出电阻的测量... - 3 -

3 纹波系数的测量... - 3 -

四 实验总结... - 3 -

引言

随着随身电子产品的日益增多，市面上的直流稳压电源也是千变万化，内部构造原理也是不尽相同。直流直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电，整流器把交流电变为直流电，滤波后再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。通过变压、整流、滤波、稳压过程将220V的交流电，变为稳定的直流电，并实现12V的输出。由于电网的不稳定，存在这一定的波动，对稳压有相对较高的要求。

一 实验原理与要求

基本要求：输出电压及额定输出电流

    Io=0.6A

直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路、滤波电路及稳压电路所组成基本框图1如下：

1、电源变压器

变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈，变压器的基本原理是电磁感应原理。此实验中其作用是把220V电网电压降至所需电压。

2、整流电路

设计中采用桥式整流电路，桥式整流电路因电源变压器在正负半周内都向负载提供电流，变压器得到了充分利用，效率较高，同时它也具有输出电压相对较大、纹波电压相对较小等优点，故采用其作为整流部分电路。

桥式整流电路及工作示意图如下：

3、滤波电路

为了进一步减小纹波电压，使输出电压的波形变得比较平缓，本次设计采用电容滤波电路，将脉动直流电中的脉动交流成分尽量滤除掉，而只留下直流成分，使输出电压成为比较平滑的直流电压，其电路结构图如下图所示：  

                      

4、稳压电路

1、稳压电路的作用

稳压电路是利用能够自动调整输出电压变化的电路来使输出的电压不随电网电压、温度或负载的变化而变化，从而达到稳定输出电压的目的。一般有并联型、串联型线性稳压电路和开关型稳压电路等。

其作用是当交流电网电压波动或负载变化时，保证输出直流电压的稳定。简单的稳压电路可采用稳压管来实现，在稳压性能要求较高的场合，可采用串联反馈式稳压电路（包括基准电压、取样电路、放大电路和调整管部分）。目前市场上通用的集成稳压电路已非常普遍。集成稳压电路与分立元件组成的稳压电路相比，具有外接电路简单，使用方便、体积小、工作可靠等优点。常用的集成稳压器有三端固定集成稳压器和三端可调集成稳压器，它们都属于电压串联反馈型。

2、稳压器介绍

三端固定集成稳压器包含78XX和79XX两大系列。78XX系列式三端固定正电压输出稳压器，79XX系列式三端固定负电压输出稳压器。78XX系列和79XX系列其型号后的X X代表输出电压值，有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。其额定电流以78或79后面的字母区分，其中L为0.1A，M为0.5A，无字母为1.5A。

二 电路设计方案

1.原理电路图:

2.参数计算：

<1>.电压的计算

Ui=△U+Uo, △U为三端稳压器压差，△U≥3V，Uo=12V

由此可取 Ui=18V

U2=Ui/1.2=15V, 故C1俩端最高电压为Uc1max=1.41U2×1.1=23.29V,

C1可稍微取高点，取耐压值25V即可

<2>.电流的计算

     Ii=Io, Ido=0.5Ii=0.5Io, Id=1.57Ido, I2=1.41Id,

     因为Io=0.6A, 则Ido=0.3A, Id=0.471A, I2=0.664A

3.电路元器件选择：

<1>变压器:   

   I2=1.41Id=0.664A,  P2=U2×I2=9.96W,

   取η=0.8，则P1=P2/η=12.45W, 所以选择容量为15W左右的变压器

<2>滤波电容:

   Rl=Ui/Ii  其中Ui为： 180.9V-181.1V

   则输出电阻Rl为：27?-33?, 又有=RlC=(3-5)T/2，T=1/50=0.02,

   即有C: 909μF-1852μF,取1000μF.

<3>泻放电阻：

   R1=Uo/Is=12V/100μA=120k ?

<4>稳压器前后小滤波电容：取值0.1μF.

<5>稳压器件：LM7812.

<6>输出滤波电容: 参考输出电流，取C4=100μF. 耐压值为16.9，取20V

4.元件清单:

变压器      15W              1个

二极管      IN4007           5个

电容        1000uF/25V       1个

电容        100uF/20V        1个

电容        0.1uF            2个

电阻        120k?           1个

三端稳压器  LM7812          1个   

三 实验结果与分析

1 输出电压Uo的测量

保持输出电流Io等于额定电流0.604A的条件下观察和变压器输出电压U2负载两端的输出电压Uo，实验结果如下表格所示：

分析：由上面这个表格可以发现在变压器输入电压在200—250V之间波动时，输出电压Uo只在11.80到11.81之间浮动，这说明设计的12V直流稳压电源的稳定性较好，误差较小，在允许范围之内。

2 稳压电路主要性能指标的测量

1 稳定系数的测量   

由上面的表格可以得到以下关系式：

          稳定系数：  ==6.8710

2 输出电阻的测量

在额定电流条件下，即Io=0.604A时，变压器输入电压为U1=220V,负载电压为Uo=11.80V，

当断开负载时，此时有Io’=0A,保持U1=220V不变，则U2也应该保持不变测得负载电压为Uo’=11.90V,则可以得到以下关系式：

        输出电阻：  ==0.149 ?

3 纹波系数的测量

把负载输出电压接到示波器上，观察示波器上的输出波形来确定此稳压电源的纹波系数：

       纹波系数  Vpp=2mV1.5=3mV

四 实验总结

通过此次课程设计，更加扎实的掌握了有关模拟电子电路技术方面的知识，主要是直流稳压电源的原理与设计。在设计直流稳压电源的过程中，了解了直流稳压电源的基本组成，学会了如何去计算电路中各个元件的参数来选取电路元件。在实验过程中，能够更熟练的去调试电路，查找存在问题并改正，并测得所需要的参数，此实验中主要是测量直流稳压电源的主要性能指标。