直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解直流穩(wěn)壓電源的工作原理。2、設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電路，要求輸入電壓：220V市電，50Hz，用單變壓器設(shè) 計(jì)并制作能夠輸出一組固定+15V輸出直流電壓和一組+1.2V+12V 連續(xù)可調(diào) 的直流穩(wěn)壓電源電路，兩組輸出電流分別 lo500mA 03、了解掌握Proteus軟件的基本操作與應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)線路及原理1、實(shí)驗(yàn)原理(1)直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電的裝置, 它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成。一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖如下:U圖2-1直流穩(wěn)壓電源的原理框圖和波形變換

2、其中:1) 電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要 的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定， 變壓器 副邊與原邊的功率比為P2/P仁n，式中n是變壓器的效率。2）整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?50Hz的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直 流電。3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從 而得到比較平滑的直流電壓。濾波電路濾除較大的波紋成分，輸出波紋較小的直 流電壓U1 04 ）穩(wěn)壓電路：其工作原理是利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會(huì)引起其電 流有較大變化這一特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來(lái)達(dá)到穩(wěn)定 輸出電壓的目的。穩(wěn)

3、壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定， 不隨交流電網(wǎng)電壓 和負(fù)載的變化而變化。（2 ）整流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖2-2所示。在u2的正半周內(nèi),二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2的負(fù)半周內(nèi)，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2截止。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過(guò)的負(fù)載電阻RL,且方向是一致的。電路的4輸出波形如圖2-3所示。+ orv220V4D 町KI 7圖2-3輸出波形圖4U圖2-2整流電路整流二極管采用1N4007，具有正向?qū)妷航档停瑢?dǎo)通電流高，泄露電流 低，過(guò)載電流高，成本低等優(yōu)點(diǎn)，其基本參數(shù)如下圖所示，有黑色線圈一端表示 負(fù)極。077).niiOCn)圖2-4 1N400

4、7 基本參數(shù)（3 ）濾波電路經(jīng)過(guò)整流后的直流電幅值變化很大，會(huì)影響電路的工作性能?？衫秒娙莸摹巴ń涣鳎糁绷鳌钡奶匦?，在電路中并入兩個(gè)并聯(lián)電容作為電容濾波器，濾去 其中的交流成分。利用電容器兩端的電壓不能突變和流過(guò)電感器的電流不能突變的特點(diǎn)，將電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻并聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uoi=（1.11.2）U2。直 流輸出電流：1。1=12/（ 1.52）（ U2變壓器副邊電壓的有效值，I2是變壓器副邊 電流的有效值。）（4 ）穩(wěn)壓電路集成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路有三個(gè)引腳，分別為輸入端，輸出端和公共端，因而稱 為三端穩(wěn)壓器。按功能

5、可分為固定式穩(wěn)壓電路和可調(diào)式穩(wěn)壓電路；前者的輸出電 壓不能進(jìn)行調(diào)節(jié)，為固定值；后者可通過(guò)外接元件使輸出電壓得到很寬的調(diào)節(jié)范圍，便于實(shí)時(shí)控制。7815。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)輸出固定 +15V 輸出直流電壓時(shí)采用集成三端穩(wěn)壓X78XX系列是三端正電源穩(wěn)壓電路，它的封裝形式為T0-220。它有一系列的固定電壓輸出，應(yīng)用廣泛。每種類型由于內(nèi)部電流的限制以及過(guò)熱保護(hù)和安全工作區(qū)的保護(hù)，使它基本不會(huì)損壞。7815可輸出+15V電壓。其參數(shù)及引腳如下所示。圖 2-5 7815參數(shù)X78帖電參數(shù)（除打別說(shuō)胡.血71門2刃匚lo=5CQmAM：23認(rèn)CT 3罪匚8=0.訕町持鶯執(zhí)卜伯*型悄lTi-25'X：14.

6、415.0156VVoQniA-lo-d 0A,Pt>-15vyVi=l7 5VtO 30V14151575V婕性訓(xùn)巫t-.NoTj/25'X： Vi 17 5V1O30V11300nnVrj,-2£i*Cyi=J0V la 2GV3低0nnViVotj=2t>*CJo=5.0rTiA Id 1I2300mVT|25*C ff>250mA to 750mA4150ITiV祁嵌電血IOT>25吃5.2&mAnol0=5nnA to LOA0.5mAVriavto305VOPmA倫山電肘席蔗如Ia芻m戡1mV/X榆出曲慮VNW'OHz tn

7、 1QQkHEm=25%；»jVRRf=130Hz, V»=1i0 WToZfl 5V154珂«Vo10= l.OA Tj=25=C2VRdMkHz19mnIscVi-55V.Ta-25C250mA峰傅電喘IpkTj=25吃2.2ATO-220'圖 2-6 7815引腳圖7815標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用如下圖所示:ViOX78XXVoO斗COOJpF圖2-7 7815 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)輸出+1.2V+12V 可調(diào)電壓時(shí)采用可調(diào)式三端穩(wěn)壓器LM317 。LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓器在輸出電壓范圍1.2伏到37伏時(shí)能夠提供超過(guò)1.5安的電流，有三個(gè)引出端，分別為輸入端、輸出端

8、和電壓調(diào)整端（簡(jiǎn)稱調(diào)整端）。調(diào)整端是基準(zhǔn)電壓電路的公共端，其典型值為1.25V。 LM317可調(diào)式三端穩(wěn)壓依 靠外接電阻來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的，為保證輸出電壓的精度和穩(wěn)定性，要選擇精度高 的電阻，同時(shí)電阻要緊靠穩(wěn)壓器，防止輸出電流在連線上產(chǎn)生誤差電壓。LM317引腳圖如下圖所示。衣啲連技出卜川腳21. 調(diào)節(jié)2. Vout3 Vin圖2-8LM317引腳圖LM317標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用如下圖所示。電路中的R1、R2組成可調(diào)輸出的電阻網(wǎng)絡(luò)。為了能使電路中的偏置電流和調(diào)整管的漏電流被吸收，所以設(shè)定R1為120-240 歐姆。通過(guò)R1瀉放的電流為510mA。標(biāo)淮應(yīng)用LN3tTSoJ Fni L器稱吃舊戀凹就ii %川，

9、議吋C n韭備北ITJICo時(shí)F3 咗IN I !|,. h啦，咗屮吐込虬仃削ZV,-1.257（1+ #時(shí)帕肉他血比昱:血化十丨loop*一匸 円.的*"壬芒圖2-9 LM317 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用（5）單相變壓器變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來(lái)改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線 圈、次級(jí)線圈和鐵心（磁芯）。在電器設(shè)備和無(wú)線電路中，常用作升降電壓、匹 配阻抗，安全隔離。2 .實(shí)驗(yàn)線路下圖為+15V固定穩(wěn)壓電源的線路圖。采用三端式穩(wěn)壓器 7815構(gòu)成單電源 電壓輸出串聯(lián)型穩(wěn)壓電源，220V的市電經(jīng)變壓器變壓后變成電壓值較小的交流, 再經(jīng)橋式整流電路和濾波電路形成直流。濾波電容C1 一般選取幾百幾

10、千微法。當(dāng)穩(wěn)壓器距離整流濾波電路比較遠(yuǎn)時(shí)，在輸入端必須接入電容器C2（數(shù)值為0.33mF ），以抵消線路的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。輸出端電容C3（0.1療）用以 濾除輸出端的高頻信號(hào)，改善電路的暫態(tài)響應(yīng)。= m辱斗4. nJ 皿箜1T 1=2 -圖2-10 +15V 穩(wěn)壓電源線路圖下圖為+1.2+12V可調(diào)穩(wěn)壓電源的線路圖。輸入電容器C1用于抑制紋波 電壓，輸出電容器C2用于消震，緩沖沖擊性負(fù)載，保證電路工作穩(wěn)定，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值即可得到相應(yīng)的電壓。1:-O+VD41N4001血3 7D：UoiT-r 0,1 liF P 240山丄 dZS+IS22C0UK/25V圖2-11 +1.2

11、 +12V可調(diào)穩(wěn)壓電源線路圖三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、根據(jù)搭接的仿真原理圖領(lǐng)取相應(yīng)的電阻電容等元器件，根據(jù)原理圖以及 芯片引腳圖布置電路結(jié)構(gòu)，同時(shí)注意走線平整、美觀。2、開始焊接電路，按照布局好的電路焊接。焊接時(shí)需要注意（1）電解電 容的極性不能接反，否則要爆炸。（2）凡電路板上要流過(guò)較大電流的連線，都要 換上線徑稍粗的導(dǎo)線。由于實(shí)驗(yàn)室提供變壓器（二次側(cè) 2*15V ）和假負(fù)載（050 Q/2A的可調(diào)電 阻Rw和防止調(diào)節(jié)不慎而限流保護(hù)的電阻 R），接線圖如下所示。220V15VU 1O 2157-O 31'2'3'"-+15可調(diào)電壓*1 RW R:壬M2O 6圖3

12、-1接線圖在電路板上分別焊接大電流三針接線座子，1'、和4、5、6。在1 -2 ' 間焊接整流橋，3懸空，以便與變壓器二次側(cè)的一組15V引出線相連。3、焊接完成后，使用萬(wàn)用表測(cè)試焊點(diǎn)是否牢固，防止虛焊。將萬(wàn)用表調(diào)至 蜂鳴檔，用兩個(gè)探針接觸整流橋正端引腳與 1000uF電容正端，發(fā)出蜂鳴聲說(shuō)明 焊點(diǎn)牢固，其余焊點(diǎn)之間也同樣測(cè)試。測(cè)試完成后連接電路，驗(yàn)證效果，連接好的電路如下圖所示。焊接好的電路圖3-2 A9 駅 * = 0 a f ® * *鼻*4、焊接完畢后開始測(cè)試并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。(1)首先測(cè)試輸出電路能否實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。將變壓器接到大電流三針接線座子 1'、2

13、 '、3 '上，測(cè)15V輸出(4)與參考地（5）的電壓是否為一固定輸出15V。測(cè)可調(diào)電壓（6）與參考地（5）的電壓能否按要求可調(diào)?（2）測(cè)試輸出電流是否500mA。將變壓器接到大電流三針接線座子 1'、2 '、3 '上，將15V輸出（4）與一可變電阻相連，并串聯(lián)一電流表，電流表負(fù)端接參考地（5）,測(cè)量電流能否輸出 0 0.5A。同樣方法測(cè)試+1.2V+12V 連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源電路。四、仿真運(yùn)用Protues軟件對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)仿真，仿真原理圖如下圖所示:IJ1'BW- - - - - -T- r 1 ;- LI"- I F r F.屮

14、 mu: 幸？ i Ns 片 /am : : L 跆* : J - . U . LH lET I Ml/Ul卜X：.LHdXT- Lvrr P - P1-1- r1 n r' 'Litt-'3VtfZ.F2."丄-占.U . .1. - ( .1X .Ryi- lAJvay. . LI J- rmL 1 ij?. y BE.-“r= idi匸圖4-1直流穩(wěn)壓電源仿真圖1、固定+15V輸出直流穩(wěn)壓電源仿真圖中上部分為固定+15V輸出直流穩(wěn)壓電源。輸入為 220V, 50Hz市 電，經(jīng)變壓器降壓為AC24V，如下圖所示。TR1TRAN-2P2S圖4-2 220V市

15、電降壓為24V變壓器參數(shù)設(shè)置如下圖所示。圖4-3變壓器參數(shù)設(shè)置降壓后24V電壓經(jīng)過(guò)橋式整流后變?yōu)橹绷麟妷海缦聢D所示圖4-4橋式整流最后經(jīng)過(guò)濾波電容C1、C2、C3和穩(wěn)壓器7815輸出15V的直流電壓，如 下圖所示:7315' <TEXT>-0-,33uF -> -圖4-5輸出15V直流電壓使用示波器觀測(cè)整體波形，A觀測(cè)220V市電（黃色），B觀測(cè)降壓后的波 形（藍(lán)色），C觀測(cè)整流后的波形（紅色），D觀測(cè)輸出的直流電壓（綠色），如 下圖所示。DhgiLAl OsdIloSCGpeQiWMH 血比 IISArr-陽(yáng)由linn - -u,廠bjl- A- fiCreb-M

16、JF F.隔皿相TDCUHU1“y1F7 F_L3心阪MH副KE血血騙V(?:住InnIIm-VACECUHDMUIM申3吟三-環(huán)一IZKJ 2 ?S 1?3''&F jF回僑|叫PF'IIf .enJ圖4-6整體波形觀測(cè)2、+1.2V+12V連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源仿真圖中下半部分為+1.2V+12V 連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源。采用LM317 可調(diào)穩(wěn)壓器，D5、D6起保護(hù)穩(wěn)壓器的作用。當(dāng)可調(diào)電阻短路時(shí)，輸出電壓為1.26V，如下圖所示:'RV1g：0FEW£ 10uF -0.33UF-三托罠“R2 ,300 - -TE 訂.圖4-7可調(diào)電阻短路時(shí)

17、，輸出直流電壓當(dāng)可調(diào)電阻的86%接入電路時(shí)，輸出電壓為12.1V，如下圖所示:圖4-8可調(diào)電阻的86%接入電路時(shí)，輸出直流電壓五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)時(shí)所用的儀器設(shè)備如下表所示。表5-1實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào)設(shè)備數(shù)量1變壓器（二次側(cè) 2*15V）12假負(fù)載（050 Q/2A的可調(diào)電阻 RW和防止調(diào)1節(jié)不慎而限流保護(hù)的電阻R）3數(shù)子萬(wàn)用表24鑷子15剪刀16導(dǎo)線若干7洞洞板18電烙鐵19焊錫絲若干10一字起1六、元器件清單表6-1元器件清單序號(hào)元器件數(shù)量1二端穩(wěn)壓器781512三端穩(wěn)壓器LM31713整流橋141000UF電容150.33UF電容3610uF電容17散熱片282k可調(diào)電阻19120歐電阻110大電流三針接線座子2七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析1、仿真數(shù)據(jù)記錄分析（1） +15V固定直流穩(wěn)壓電源電路可實(shí)現(xiàn)輸出+15V固定電壓的功能。（2）+1.2V+12V 連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源電路數(shù)據(jù)記錄表7-1仿真數(shù)據(jù)記錄序號(hào)滑動(dòng)變阻器阻值（k）理論計(jì)算值（V）仿真數(shù)據(jù)（V）101.251.2620.355.