模電實(shí)驗(yàn)5、6(直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì))

1、實(shí)驗(yàn)五實(shí)驗(yàn)五 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 二、實(shí)二、實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 原原 理理三、設(shè)三、設(shè) 計(jì)計(jì) 任任 務(wù)務(wù)四、設(shè)四、設(shè) 計(jì)計(jì) 要要 求求一、實(shí)一、實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 目目 的的 1 1 研究單相橋式整流、電容濾波電路的研究單相橋式整流、電容濾波電路的特性。特性。2 2 掌握串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源主要技術(shù)掌握串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源主要技術(shù)指標(biāo)的測試方法。指標(biāo)的測試方法。3 3 研究三端集成穩(wěn)壓器的特點(diǎn)和性能指研究三端集成穩(wěn)壓器的特點(diǎn)和性能指標(biāo)的測試方法。標(biāo)的測試方法。4 4 了解集成穩(wěn)壓器擴(kuò)展性能的方法。了解集成穩(wěn)壓器擴(kuò)展性能的方法。 一一 、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?1.1.串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓

2、電源 直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成，其原理框圖如圖壓電路四部分組成，其原理框圖如圖9.1 9.1 所示。所示。 二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理1、電源變壓器、電源變壓器: 將交流電網(wǎng)電壓將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的變?yōu)楹线m的 交流電壓交流電壓u2。2、整流電路、整流電路: 將交流電壓將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。3、濾波電路、濾波電路: 將脈動(dòng)直流電壓將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交霓D(zhuǎn)變?yōu)槠交?直流電壓直流電壓u4。4、穩(wěn)壓電路、穩(wěn)壓電路: 消除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響消除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響, 保持輸

3、出電壓保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。的穩(wěn)定。2、直流穩(wěn)壓電源的組成和功能、直流穩(wěn)壓電源的組成和功能Exit圖圖9.2 9.2 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)電路TDZR+-VI+-VO-+R1RwR“wR2AT : 電源調(diào)整管電源調(diào)整管R、DZ：穩(wěn)壓電路，提供基：穩(wěn)壓電路，提供基 準(zhǔn)電壓準(zhǔn)電壓A：比較放大：比較放大R1, R2,RW：取樣環(huán)節(jié)：取樣環(huán)節(jié)輸出電壓：輸出電壓：ZWWOVRRRRRV221 +=ZWWOVRRRRRV221min+=ZWOVRRRRV221max+=3、串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路工作原理工作原理當(dāng)輸入電壓當(dāng)輸入電壓VI增加（或增加（或IO減小）時(shí)，導(dǎo)致輸

4、出減?。r(shí)，導(dǎo)致輸出電壓電壓VO增加，反饋電壓增加，反饋電壓VF隨之增加，隨之增加，VF與與VREF相比較，其差值電壓經(jīng)相比較，其差值電壓經(jīng)比較放大后使比較放大后使VB和和IB 、 IC減小，調(diào)整管減小，調(diào)整管T的的c-e間電壓間電壓vCE增大，使增大，使VO下降，從而維持下降，從而維持VO基本基本穩(wěn)定。穩(wěn)定。TDZR+-Vi+-VO-+R1RwR“wR2RLIOVREFVFA 隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，穩(wěn)壓電路也制成隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，穩(wěn)壓電路也制成了集成器件。由于集成穩(wěn)壓器具有體積小，外了集成器件。由于集成穩(wěn)壓器具有體積小，外接線路簡單、使用方便、工作可靠和通用性等接線路簡單、使用方便、工作

5、可靠和通用性等優(yōu)點(diǎn)，因此在各種電子設(shè)備中應(yīng)用十分普遍，優(yōu)點(diǎn)，因此在各種電子設(shè)備中應(yīng)用十分普遍，基本上取代了由分立元件構(gòu)成的穩(wěn)壓電路。集基本上取代了由分立元件構(gòu)成的穩(wěn)壓電路。集成穩(wěn)壓器的種類很多，應(yīng)根據(jù)設(shè)備對直流電源成穩(wěn)壓器的種類很多，應(yīng)根據(jù)設(shè)備對直流電源的要求來進(jìn)行選擇。對于大多數(shù)電子儀器、設(shè)的要求來進(jìn)行選擇。對于大多數(shù)電子儀器、設(shè)備和電子電路來說，通常是選用串聯(lián)線性集成備和電子電路來說，通常是選用串聯(lián)線性集成穩(wěn)壓器。而在這種類型的器件中，又以穩(wěn)壓器。而在這種類型的器件中，又以三端式三端式穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器應(yīng)用最為廣泛。應(yīng)用最為廣泛。 4. 集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器 78XX 78XX 、79XX 79

6、XX 系列三端式集成穩(wěn)壓系列三端式集成穩(wěn)壓器的輸出電壓是固定的，在使用中不能器的輸出電壓是固定的，在使用中不能進(jìn)行調(diào)整。進(jìn)行調(diào)整。78XX 78XX 系列三端式穩(wěn)壓器輸出系列三端式穩(wěn)壓器輸出正極性電壓，一般有正極性電壓，一般有5V5V、6V6V、9V9V、12V12V、15V15V、18V 18V 、24V 24V 七個(gè)檔次，輸出電流最七個(gè)檔次，輸出電流最大可達(dá)大可達(dá)1.5A1.5A（加散熱片）。（加散熱片）。 同類型同類型78M78M系列穩(wěn)壓器的輸出電流為系列穩(wěn)壓器的輸出電流為0.5A0.5A，78L78L系列穩(wěn)壓器的輸出電流為系列穩(wěn)壓器的輸出電流為0.1A0.1A。若要求負(fù)極性輸出電壓，則

7、可選用若要求負(fù)極性輸出電壓，則可選用79XX00 79XX00 系列穩(wěn)壓器。系列穩(wěn)壓器。 圖圖9.3 為為78XX 系列的外形和接線圖，有三個(gè)引出端：系列的外形和接線圖，有三個(gè)引出端： 輸入端輸入端-1 公共端公共端-2 輸出端輸出端-3 除固定輸出三端穩(wěn)壓器外，尚有可調(diào)式三端穩(wěn)壓器，后除固定輸出三端穩(wěn)壓器外，尚有可調(diào)式三端穩(wěn)壓器，后者可通過外接元件對輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同的需要。者可通過外接元件對輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同的需要。 本電路所用集成穩(wěn)壓器為三端固定正穩(wěn)壓器本電路所用集成穩(wěn)壓器為三端固定正穩(wěn)壓器7812，它，它的主要參數(shù)有：輸出直流電壓的主要參數(shù)有：輸出直流電壓 U012

8、V，輸出電流，輸出電流 L:0.1A，M:0.5A，電壓調(diào)整率，電壓調(diào)整率 10mV/V，輸出電阻，輸出電阻 R00.15，輸入電壓，輸入電壓UI的范圍的范圍1517V 。因?yàn)橐话恪Ｒ驗(yàn)橐话鉛I要比要比 U0大大35V ，才能保證集成穩(wěn)壓器工作在線性區(qū)。，才能保證集成穩(wěn)壓器工作在線性區(qū)。圖圖9.3 78XX009.3 78XX00系列外形及接線圖系列外形及接線圖 圖圖9.4 9.4 是用三端式穩(wěn)壓器是用三端式穩(wěn)壓器78127812構(gòu)成的單電源電壓輸出串聯(lián)型穩(wěn)壓構(gòu)成的單電源電壓輸出串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的實(shí)驗(yàn)電路圖。其中整流部分采用了由四個(gè)二極管組成的橋式電源的實(shí)驗(yàn)電路圖。其中整流部分采用了由四個(gè)二極管

9、組成的橋式整流器成品（又稱橋堆），內(nèi)部接線和外部管腳引線如圖整流器成品（又稱橋堆），內(nèi)部接線和外部管腳引線如圖9.39.3所示。所示。濾波電容濾波電容C1C1、C2C2一般選取幾百幾千微法。當(dāng)穩(wěn)壓器距離整流濾波一般選取幾百幾千微法。當(dāng)穩(wěn)壓器距離整流濾波電路比較遠(yuǎn)時(shí)，電路比較遠(yuǎn)時(shí)，在輸入端必須接入電容器在輸入端必須接入電容器C3C3（數(shù)值為（數(shù)值為0.33 0.33 FF ），以抵消線路的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。），以抵消線路的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。輸出端電容輸出端電容C4(0.1F)C4(0.1F)用以濾除輸出端的高頻信號，改善電路的暫態(tài)響應(yīng)用以濾除輸出端的高頻信號，改善電路的暫態(tài)響

10、應(yīng) 。 圖圖9.39.3圖圖9.4 78XX00 78XX00系列外形及接線圖系列外形及接線圖 由由78127812構(gòu)成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源構(gòu)成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源 圖圖9.5 (a)為正、負(fù)雙電壓輸出電路，例如需要為正、負(fù)雙電壓輸出電路，例如需要 U0115V， U0215V，則可選用，則可選用78xx和和79xx三端穩(wěn)壓器，這三端穩(wěn)壓器，這時(shí)的時(shí)的UI 應(yīng)為單電壓輸出時(shí)的兩倍。應(yīng)為單電壓輸出時(shí)的兩倍。 當(dāng)集成穩(wěn)壓器本身的輸出電壓或輸出電流不能滿足要當(dāng)集成穩(wěn)壓器本身的輸出電壓或輸出電流不能滿足要求時(shí)，可通過外接電路來進(jìn)行性能擴(kuò)展。圖求時(shí)，可通過外接電路來進(jìn)行性能擴(kuò)展。圖9.5(b)是一種簡是一種簡單

11、的輸出電壓擴(kuò)展電路。單的輸出電壓擴(kuò)展電路。 如如7812 穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓器的3、2 端間輸出電端間輸出電壓為壓為12V，因此只要適當(dāng)選擇，因此只要適當(dāng)選擇R 的值，使穩(wěn)壓管的值，使穩(wěn)壓管DW工作在工作在穩(wěn)壓區(qū)，則輸出電壓穩(wěn)壓區(qū)，則輸出電壓U012Uz，可以高于穩(wěn)壓器本身的，可以高于穩(wěn)壓器本身的輸出電壓。輸出電壓。 圖9.5（a）正、負(fù)雙電壓輸出電路 輸出電壓擴(kuò)展電路圖9.5(b)5.穩(wěn)壓電源的主要性能指標(biāo)穩(wěn)壓電源的主要性能指標(biāo)（1） 穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)Sv （電壓調(diào)整率）（電壓調(diào)整率）LR=OOIIU /USv常數(shù)U /U 穩(wěn)壓系數(shù)定義為：當(dāng)負(fù)載保持不變，輸出電壓相穩(wěn)壓系數(shù)定義為：當(dāng)負(fù)載保持不變，

12、輸出電壓相 對變化量與輸入電壓相對變化量之比，即對變化量與輸入電壓相對變化量之比，即 由于工程上常把電網(wǎng)電壓波動(dòng)由于工程上常把電網(wǎng)電壓波動(dòng)1010做為極限做為極限條件，因此也有將此時(shí)輸出電壓的相對變化條件，因此也有將此時(shí)輸出電壓的相對變化U U0 0U U0 0做為衡量指標(biāo)，稱為電壓調(diào)整率。做為衡量指標(biāo)，稱為電壓調(diào)整率。 常數(shù)=IVOOoIVR(2) 穩(wěn)壓電路的輸出電阻穩(wěn)壓電路的輸出電阻輸出電阻反映了穩(wěn)壓輸出受負(fù)載變化的影響。輸出電阻反映了穩(wěn)壓輸出受負(fù)載變化的影響。輸出電阻輸出電阻 Ro 定義為：當(dāng)輸入電壓定義為：當(dāng)輸入電壓UI（指穩(wěn)壓電路輸入（指穩(wěn)壓電路輸入電壓）保持不變，由于負(fù)載變化而引起

13、的輸出電壓變電壓）保持不變，由于負(fù)載變化而引起的輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比，即化量與輸出電流變化量之比，即輸出電流從輸出電流從0變化到最大額定輸出值時(shí)變化到最大額定輸出值時(shí), 輸出電輸出電壓的相對變化量被稱為電流調(diào)整率。壓的相對變化量被稱為電流調(diào)整率。（3）電流調(diào)整率）電流調(diào)整率SI %100=0=OOIIVVVS（4）紋波電壓）紋波電壓 紋波電壓是指紋波電壓是指疊加在直流輸出電壓疊加在直流輸出電壓Uo上的交流電壓，上的交流電壓，通常用有效值或峰峰值表示通常用有效值或峰峰值表示。 在電容濾波電路中，在電容濾波電路中，負(fù)載電流越大，紋波電壓也越負(fù)載電流越大，紋波電壓也越大。大。紋波電壓應(yīng)

14、在額定輸出電流的條件下測出。紋波電壓應(yīng)在額定輸出電流的條件下測出。1、基本要求：、基本要求：（1）設(shè)計(jì)相關(guān)元件參數(shù)）設(shè)計(jì)相關(guān)元件參數(shù)使電路穩(wěn)定輸出使電路穩(wěn)定輸出8v電電壓。（壓。（UI=12V）（2）直流穩(wěn)壓電源指標(biāo)）直流穩(wěn)壓電源指標(biāo)測試測試 三三 、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按照右圖連接串按照右圖連接串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路，聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路，測試并記錄電路的測試并記錄電路的 S Sv v、S Si i、R Ro o、V Vominomin、V Vomaxomax、紋波電壓紋波電壓等等指標(biāo)。指標(biāo)。2sc8050D13 V U1ALM358M32481C310uF C20.1uF C5100uF R51k

15、R61k R11k R43k 9013RW11K_LINKey = Space 50%72384R35.1 R751 5UiUo001RW250%961K2、發(fā)揮部份、發(fā)揮部份查閱資料，自行設(shè)計(jì)該可調(diào)穩(wěn)壓電源的保護(hù)查閱資料，自行設(shè)計(jì)該可調(diào)穩(wěn)壓電源的保護(hù)電路。電路。1 1、過流保護(hù)（必做）、過流保護(hù)（必做）：當(dāng)負(fù)載電流超過：當(dāng)負(fù)載電流超過200mA200mA時(shí)，自動(dòng)減小輸出電流，對調(diào)整管和負(fù)載時(shí)，自動(dòng)減小輸出電流，對調(diào)整管和負(fù)載實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)。2 2、輸入過壓保護(hù)（選做）、輸入過壓保護(hù)（選做）：當(dāng)：當(dāng)輸入輸入電壓超電壓超過過15V15V時(shí)，使電路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)。時(shí)，使電路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)。3 3、過熱保護(hù)（選做）、過熱保護(hù)（選做）：當(dāng)調(diào)整管過熱時(shí)，：當(dāng)調(diào)整管過熱時(shí)，使其中流過的電流自動(dòng)減小。使其中流過的電流自動(dòng)減小。四、實(shí)驗(yàn)要求四、實(shí)驗(yàn)要求 1. 電源變壓器只做理論設(shè)計(jì)；電源變壓器只做理論設(shè)計(jì)； 2. 合理選擇電路形式；合理選擇電路形式； 3. 完成全部電路（含發(fā)揮部份）理論設(shè)計(jì)、完成全部電路（含發(fā)揮部份）理論設(shè)計(jì)、繪制電路圖，進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔