1、1.1模擬電源的設計1.1.1實驗目的1、學習小功率直流穩(wěn)壓電源的設計與調(diào)試方法。2、掌握小功率直流穩(wěn)壓電源有關(guān)參數(shù)的測試方法。1.1.2預習要求1根據(jù)直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標要求，按照教材中介紹的方法，設計出滿足技術(shù)指標要求的穩(wěn)壓電源。根據(jù)設計與計算的結(jié)果，寫出設計報告。2制定出實驗方案，選擇實驗用的儀器設備。1.1.3實驗原理和典型電路（1）直流穩(wěn)壓電源的基本原理直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器T、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路組成，如圖1所示。其中電源變壓器T的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓ui。變壓器副邊與原邊的功率比為：式中為變壓器的效率；P2為副邊功率；P1為原

2、邊功率。圖1 直流穩(wěn)壓電源基本組成框圖整流濾波電路中的整流電路將交流電壓ui變換成脈動的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除紋波，輸出直流電壓U1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波、倍壓整流濾波電路，如圖2所示。（a）全波整流濾波電路 （b）橋式整流濾波電路 （c）倍壓整流濾波電路圖2幾種常見的整流濾波電路各濾波電容C滿足：式中T為輸入交流信號周期；RL1為整流濾波電路的等效負載電阻。大部分集成穩(wěn)壓器都具有輸出電壓穩(wěn)定的功能。集成穩(wěn)壓器本身不能產(chǎn)生功率，只是將輸入端功率取出傳給負載，通過控制該功率的大小使輸出電壓不變。電源的工作方式有線性和開關(guān)兩種，集成穩(wěn)壓器也一樣有線性集成穩(wěn)壓器和開關(guān)集

3、成穩(wěn)壓器。一般來說，線性集成穩(wěn)壓器的功耗較大，變換效率只有40%左右，不適用于大功率電源，而小功率電源采用線性穩(wěn)壓器較好。常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器和可調(diào)式三端穩(wěn)壓器（均屬電壓串聯(lián)型），下面分別介紹其典型應用。固定三端集成穩(wěn)壓器分正壓和負壓兩個系列，兩系列除輸出電壓極性、引腳定義不同外，其他特點相同。三端穩(wěn)壓器的三端是輸入端子UI、輸入出端子Uo和公共端子COM，使用時公共端子COM通常接地，其內(nèi)部等效電路如圖3所示。它由調(diào)整管、保護電路、控制電路、誤差放大器等組成，UoCOM端子間電壓與基準電壓Uref進行比較，工作時經(jīng)常保持一致，當輸入電壓UI或輸出電流IO變化時，使輸出電壓Uo保

4、持穩(wěn)定。圖3三端穩(wěn)壓器的內(nèi)部等效電路正壓系列以78XX系列為代表，輸出電壓有5、6、8、10、12、15、18、20、24V等品種，輸出電壓精度基本上為4%。該系列穩(wěn)壓塊有過流、過熱和調(diào)整管安全工作區(qū)保護，以防過載損壞。一般不需要外接元件即可工作，有時為改善性能也加少量元件。78XX系列又分三個子系列：78XX、78MXX和78LXX，其差別只在輸出電流和外形，78XX輸出電流為1A，78MXX輸出電流為0.5A，78LXX輸出電流為0.1A。負壓系列以79XX為代表。78XX系列、79XX系列典型電路如圖4所示，封裝形式如圖5所示，主要參數(shù)如表3所示。 （a）正電壓輸出 （b）負電壓輸出（c

5、）正、負電壓輸出圖 4固定三端穩(wěn)壓器的典型應用（a）TO3封裝（b）TO220封裝（c）TO92封裝圖5三端固定式集成穩(wěn)壓器的封裝形式表3 7805、7905的主要參數(shù)輸入電壓最小輸入電壓輸出電壓輸出電流電壓調(diào)整率電流調(diào)整率靜態(tài)電流輸出電壓溫漂輸出噪聲電壓紋波抑制比靜態(tài)電流變化最大輸入電壓符號ViViminVoIoSvSiImSrVNOSRImVimax單位VVVAmVmVmAmV/oCVdBmAV780510751.572081.040630.5357905-10-7-51.572081.040630.5-35（2）直流穩(wěn)壓電源典型電路設計指導 圖6為集成穩(wěn)壓電源LM7805的典型電路。其主

6、要器件有變壓器T、整流二極管、濾波電容、集成穩(wěn)壓器。圖6集成穩(wěn)壓電源的典型電路直流穩(wěn)壓電源的一般設計思路為：（1）由輸出電壓Uo、電流Io確定穩(wěn)壓電路形式，通過計算極限參數(shù)（電壓、電流和功率）選擇器件；（2）由穩(wěn)壓電路所要求的直流輸入電壓Ui、直流電流Ii確定整流濾波電路形式，選擇整流二極管及濾波電容，并確定變壓器的副邊電壓ui的有效值、電流ii的有效值及變壓器功率；（3）由電路的最大功耗及工作條件確定穩(wěn)壓器、擴流功率管的散熱措施。1.1.4穩(wěn)壓電源的性能指標及測試方法穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標分為兩類：一類是性能指標，包括輸入電壓、輸出電壓、輸入電流及輸出電流等；另一類是技術(shù)指標，用來衡量輸出直流電

7、壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)（或電壓調(diào)整率）、輸出電阻（或電流調(diào)整率）、溫度系數(shù)及紋波電壓等。其測試電路如圖7所示。圖7 穩(wěn)壓電源性能指標測試電路（1）紋波電壓紋波電壓是指疊加在輸出電壓Uo上的交流分量。用示波器觀測其峰峰值Uo(P-P)，一般為毫伏量級，也可以用交流電壓表測量其有效值，但因Uo不是正弦波，所以用有效值測量其波紋電壓時會產(chǎn)生一定誤差。（2）穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)是指在負載電流、環(huán)境溫度不變的情況下，輸入電壓的相對變化引起輸出電壓的相對變化，即：（3）電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率是指輸入電壓相對變化為±10%時的輸出電壓相對變化量，即穩(wěn)壓系數(shù)Su和電壓調(diào)整率Ku均說明輸入電壓相對變化對

8、輸出電壓的影響，因此只需計算其中之一即可。（4）輸出電阻輸出電阻是指當輸入電壓不變時，輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比的絕對值，即：（5）電流調(diào)整率電流調(diào)整率是指輸出電流從0變到最大值ILmax時所產(chǎn)生的輸出電壓相對變化值，即：輸出電阻ro和電流調(diào)整率Ki均說明負載電流變化對輸出電壓的影響，因此只需計算其中之一即可。1.1.5 直流穩(wěn)壓電源實驗電路設計1、實驗電路設計要求性能指標要求：VO=+5V技術(shù)指標要求：紋波電壓：5mV電壓調(diào)整率：Ku3%電流調(diào)整率：Ki1%2、實驗電路參數(shù)計算（1）確定穩(wěn)壓電路的最低輸入直流電壓Uimin UiminUomax+(Ui-U0)min/0.9代入各指標

9、,計算得: Uimin(5+3)/0.9=8.89V取值為9 V.（2）確定電源變壓器副邊電壓、電流及功率 UiUomax/1.1. I1Iimax所以我們?nèi)1為1.5A. UI5/1.1=4.6V 變壓器副邊功率P27W變壓器的效率q=0.7，則原邊功率P110 W.由上分析,可選購副邊電壓為9 V,輸出1.5A,功率12W的變壓器.（3）選整流二極管及濾波電容整流二極管1N4007通用參數(shù)：電流參數(shù)：IO=1A/IFSM=30A/IR=10A電壓參數(shù)：URRM=URWM=UR=1000V/URSM=1200V/UF=1.1V/UR(RMS)=700V功  率：PD=3W濾波電容

10、計算：C(35)T×Iimax/2U1min 電解電容作濾波電容。3、實驗器材及實驗器件清單表1 儀器設備清單儀器名稱型號備注PC機示波器萬用表電烙鐵工具表2 元器件清單器件名稱型號數(shù)量（只）變壓器220V to 9V 12 W1穩(wěn)壓器LM78051整流二極管1N40074玻璃保險管2A1電解電容2200F、1000F各1陶瓷電容0.1F、0.47F各1散熱片14、實驗電路設計 圖 8 直流穩(wěn)壓電路如圖8所示電路為輸出電壓+5V、輸出電流1.5A的穩(wěn)壓電源。它由電源變壓器T，橋式整流電路D1D4，濾波電容C1、C4，防止自激電容C2、C3和一只固定式三端穩(wěn)壓器。 1.1.6 直流穩(wěn)壓電源的實驗