实验3.13 整流滤波稳压电路

实验3.13   整流、滤波、稳压电路

一、实验目的

（1）熟悉直流稳压电源的组成及各部分电路（整流、滤波、稳压）的工作原理。

（2）掌握直流稳压电源的主要性能指标的测量方法。

二、实验设备及材料

万用表、双踪示波器、交流毫伏表、交流调压器、线绕可变电阻器、实验电路板。

三、实验原理

1、直流稳压电源的组成

直流稳压电源的组成包括电源变压器、整流、滤波和稳压四个部分。

电源变压器把220V交流电变换为整流所需的合适的交流电压。整流电路利用二极管的单向导电性，将交流电压变成单向的脉动电压。滤波电路利用电容、电感等储能元件，减少整流输出电压中的脉动成分。稳压电路实现输出电压的稳定。

常用整流电路有半波整流、全波整流和桥式整流三种。经过半波整流后的直流电压约为：0.45U2，经过全波或桥式整流后的直流电压约为：0.90U2（U2为电源变压器副边电压的有效值，下同）。

常用的滤波电路有C型、RC或LC倒Γ型和П型滤波电路。结构最简单的是C型滤波电路，在整流电路后加上滤波电容组成。滤波电容的选择要满足RLC≥（3~5）T/2，此时输出纹波电压峰峰值Urp-p≈ILT/2C，其中：T为输入交流电周期；RL为负载电阻；IL为负载电流。一般情况下，全波整流电容滤波电路输出电压约为（1.1~1.2）U2。

稳压电路可采用分立元件或集成稳压器。集成稳压器输出电压有固定与可调之分。固定电压输出稳压器常见的有：LM78××（CW78××）系列正电压输出三端稳压集成块和LM79××（CW79××）系列负电压输出三端稳压集成块。可调式三端集成稳压器常见的有：LM317（CW317）系列正电压输出稳压集成块和LM337（CW337）系列负电压输出稳压集成块。

本实验采用固定三端稳压集成块LM7812，输出电压12V，输出电流0.1~1.5A（TO-220封装），稳压系数为0.005% ~ 0.2%，纹波抑制比为56 ~ 68dB，输入电压为14.5~ 40V。三个端子分别为①输入端IN、②接地端COM和③输出端OUT。典型应用电路如图3.13.1所示。图中Ci可防止由于输入引线较长带来的电感效应而产生的自激。Co用来减小由于负载电流的瞬间变化而引起的高频干扰。C2为较大容量的电解电容，用来进一步减小输出脉动和低频干扰。

2、直流稳压电源的主要性能参数及其含义

（1）输出电压Uo和输出电压调节范围Uomin ~Uomax                       

（2）最大输出电流Iomax

Iomax是指稳压电源输入不变的情况下，因为负载减小使输出电压下降5%时的输出电流。

（3）输出电阻Ro

Ro定义为：当输入电压Ui（稳压电路输入）保持不变的情况下，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

                              （3-13-1）

（4）稳压系数S（电压调整率K）。

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

                           （3-13-2）

由于工程上常常把电网电压波动±10% 作为极限条件，因此也有将输入电压（220V）变化±10% 时输出电压的相对变化ΔUo/Uo作为衡量指标，称为电压调整率K。

                            （3-13-3）

（5）纹波电压Ur

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（或峰峰值）。

3、实验电路

实验电路图3.13.2所示。其中 D1~D4构成桥式整流电路。 C 、C1是滤波电容， C2用来防止输入引线可能产生的自激振荡， C3用来抑制高频干扰， C4减小输出电压中的纹波电压。。 D5为保护二极管，防止输入端短路时 C4的放电损坏稳压集成块，正常工作时 D5处于截止状态。

图3.13.2实验电路中的T1、T2、R1、R2、R3组成输出电流扩展电路，可使输出电流达到2A。

四、实验内容

按图3.13.2连接电路，把交流调压器Tr旋到零位置。在实验过程中注意按要求连接电路，经检查无误方可接通交流电源，再把调压器Tr旋到需要位置；更换电路时应切断电源后再接线，以确保安全。

1、整流滤波电路测量（验证性实验）

（1）连接A、D，接成桥式整流电路。调节调压器，用万用表交流电压档监测变压器Tr次级输出，使变压器次级输出交流电压U2 =24V。

万用表直流电压档测量全波整流电路在负载为纯电阻（RL=50Ω）时的输出电压Uo1（即A点电压），并用示波器测量u2及uo1波形，记入表3-13-1。

（2）连接A、C、D，即接上滤波电容C（=1 000 μF/50V），测量全波整流、电容滤波电路在负载为纯电阻时的输出电压Uo2（即A点电压），并用示波器测量uo2和输出纹波电压Urp-p（峰峰值）。记入表3-13-1，比较两次测量结果，并与理论计算值比较。

表3-13-1 整流滤波电路测量数据记录

2、稳压电路的性能测试（验证性实验）

进行稳压电路的性能测试时，按图3.13.2连接A、B端，并连接E、F端（短接R1），接入线绕可变电阻器作为负载电阻RL，不接入输出电流扩展电路（断开虚线部分）。

（1）测量输出电压Uo、输出电流IO和输出电阻Ro

① 将变压器交流输入电压调至220V，并使RL=50Ω，测量输出电压Uo。

② 断开负载（不接可变电阻器），保持220V交流输入电压不变，测量此时的输出电压Uo∞、输出电流IO，记入表3-13-2，计算Ro。

表3-13-2  输出电压、输出电阻测量数据记录

（2）测量最大输出电流Iomax

保持220V交流输入电压不变，用万用表测量稳压器输出电流出Io。调节减小负载RL，测量出使输出电压下降5%时的输出电流，即为最大输出电流Iomax。完成表3-13-3中的数据测量（其中稳压器输入电压Ui即为A点电压），并将测量结果记入。

表3-13-3  最大输出电流测量数据记录

（3）测量稳压系数S

① 输入交流电压220 V、负载50 Ω，稳压输出Uo=12V时测量稳压电路的输入电压Ui（即A点电压）

② 保持50Ω负载不变，改变输入交流电压，变化±10 % ，即调节交流输入电压分别为198V和242V时，测量稳压输出Uo和稳压电路的输入电压Ui（即A点电压）。结果记入表3-13-4并计算S。

表3-13-4  稳压系数测量数据记录

（4）测量纹波电压Ur

用示波器测量稳压输出Uo=12V，Io= 0.6~0.7A时的纹波电压幅度Urp-p，同时用毫伏表测量纹波电压Ur的大小。Io可通过改变RL直接用万用表测量。

表3-13-5  纹波电压测量数据记录

3、输出电流扩展测试（验证性实验）

如图3.13.2所示连接A、B端，拆除E、F端之间的连接（接入R1），接入线绕可变电阻器作为负载电阻RL，接入输出电流扩展电路（虚线部分）。测量接入输出电流扩展电路后，稳压电源的最大输出电流Iomax。比较电流扩展前后稳压集成块的发热状况。

五、预习要求

1、复习整流、滤波、稳压电路的工作原理，熟悉其主要性能参数的意义及测量方法。了解直流稳压电源的主要性能指标要求。

2、了解三端稳压集成块LM7812的内部电路、主要参数及其典型应用电路。

六、实验报告与思考题

1、整理实验内容中的数据，分析实验结果。

2、实验中对稳压电源的负载电阻（50Ω线绕可变电阻器）的功率有什么要求？