直流稳压电源的设计.实验目的1 .学习小功率直流稳压电源的设计与调试方法2 .掌握小功率直流稳压电源有关参数的测试方法预习要求1 .根据直流稳压电源的技术指标要求，按照教材中介绍的方法，设计出满足技术指标 要求的稳压电源根据设计与计算的结果，写出设计报告2 .制定出实验方案，选择实验用的仪器设备，三.实验原理小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图 所示t81 .电源变压器220V交流电压ui变换为整流电路所需要的交流电压电源变压器的作用是将来自电网的U2电源变压器的效率为：其中：P2是变压器副边的功率，n是变压器原边的功率一般小型变压器的效率如表1所示：表1小型变压器的效率副边功率巳<10VA10~ 30VA30 ~ 80VA80 ~ 200VA效率”0.60.70.80.85因此，当算出了副边功率 P2后，就可以根据上表算出原边功率 P1o2 .整流和滤波电路在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压 U2变换成脉动的直流电压 U3滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压 U3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压 Ui。
Ui与交流电压U2的有效值U2的关系为：UI =(1.1~1.2)U2在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为:U RM流过每只二极管的平均电流为：। I r 0.45U 2 ID— —2 R其中：R为整流滤波电路的负载电阻， 它为电容C提供放电通路，放电时间常数 RC应满足：RC （3~5）T2其中：T = 20ms是50Hz交流电压的周期3.稳压电路由于输入电压ui发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压 UI会随着变化因此，为了维持输出电压 UI稳定不变，还需加一级稳压电路稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维 持稳定的输出稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成 采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点集成稳压器的类型很多， 在小功率稳压电源中， 普遍使用的是三端稳压器 按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型1） 固定电压输出稳压器常见的有 CW78 x x （ LM78父父）系列三端固定式正电压输出集成稳压器； CW79父父（LM79父父）系列三端固定式负电压输出集成稳压器。
三端是指稳压电路只有输入、输出和接地三个接地端子 型号中最后两位数字表示输出电压的稳定值， 有5V、6V、9V、15V、18V和24V稳压器使用时，要求输入电压 UI与输出电压U的电压差UI-Uo >2Vo稳压器的静态电流Io = 8mA当Uo = 5 ~ 18V时，UI的最大值 UImax= 35V;当Uo=18 ~ 24V时， UI的最大值UImax = 40V它们的引脚功能及组成的典型稳压电路见附录图 A所示2）可调式三端集成稳压器可调式三端集成稳压器是指输出电压可以连续调节的稳压器，有输出正电压的 CW317系列（LM317）三端稳压器；有输出负电压的 CW337系列（LM337 ）三端稳压器在可调式三端集成稳压器中， 稳压器的三个端是指输入端、 输出端和调节端稳压器输出电压的可调范围为Uo=1.2 ~ 37V ,最大输出电流Iomax =1.5A输入电压与输出电压差的允许范围为： UI-Uo= 3 ~ 40V三端可调式集成稳压器的引脚及其应用电路见附录图 B三.稳压电源的设计方法: 稳压电源的设计，是根据用I压电源的输出电压 U输出电流I输出纹波电压 AUop-p等性能指标要求，正确地确定出变压器、 集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。
稳压电源的设计可以分为以下三个步骤：1）根据稳压电源白^输出电压 U最大输出电流lomax,确定稳压器的型号及电路形式2）根据稳压器的输入电压 UI ,确定电源变压器副边电压 U2的有效值U2；根据稳压电源的最大输出电流l°max,确定流过电源变压器副边的电流 I2和电源变压器副边的功率 P2； 根据P2,从表1查出变压器的效率Y],从而确定电源变压器原边的功率 P1然后根据所确 定的参数，选择电源变压器3）确定整流二极管的正向平均电流 Id、整流二极管的最大反向电压 URM和滤波电容的电容值和耐压值根据所确定的参数，选择整流二极管和滤波设计举例：设计一个直流稳压电源，性能指标要求为：Uo = 3V ~ 9V, Iomax=8001A纹波电压的有效值 AUo <5mV,稳压系数 Sv <3x10^3设计步骤：1）选择集成稳压器，确定电路形式集成稳压器选用CW317,其输出电压范围为：U1.2〜37V ,最大输出电流Iomax为1.5A所确定的稳压电源电路如图 2所示D6 ——Ui~ 220VCW317D5=CoU图2 输出电压可调的稳压电源图 2 中，取 Ci = 0.01 y，C2 =10 旷，Co = 1 y，Ri = 200 Q , Rw = 2k ◎，二极管用 IN4001在图2电路中，R1和Rw组成输出电压调节电路，输出电压 U。
定1.25（1+ R7R）,R 取 120 ~ 240c ,流过 R1 的电流为 5 〜10mA取 R1 ^40Q,则由 U 1.25(1 + Rw/R),可求得：Rwmin =210C , Rwmax =930C ,故取Rw为2kQ的精密线绕电位器2）选择电源变压器 由于CW317的输入电压与输出电压差的最小值 （UI —Uo min =3V ,输入电压与输出电压差的最大值（Ui —Uo max =40V ,故CW317的输入电压范围为:Uomax (Ui -Uo)min I omax ,故整流二极管 选用 IN4001。
根据 U0 =9V,UI =12V,AU0p- =5mV,Sv =3父10工，和公式।养数c 皿0 /AU I oSv = U 0,U I T基数可求得:Ui[UoPiUiU°Sv0.005_129 3 10飞= 2.2V所以，滤波电容:, T - 1 1I 0 8 _। t 0 max U.C =-^- = 2 = 50-^ =0.003636F = 3636uFUI UI 2.2电容的耐压要大于 V2U 2 =&父12 =17V ,故滤波电容 C取容量为4700^F ,耐压为25V的电解电容 四.稳压电源的安装与调试按图3所示安装集成稳压电路，然后从稳压器的输入端加入直流电压 UI <12V ,调节Rw,若输出电压也跟着发生变化，说明稳压电路工作正常用万用表测量整流二极管的正、反向电阻，正确判断出二极管的极性后，按图 4所示先在变压器的副边接上额定电流为 1A的保险丝，然后安装整流滤波电路 安装时要注意，二极管和电解电容*CW/317的极性不要接反经检查无误后，才将电源变压器 与整流滤波电路连接，通电后，用示波器或万用表 检查整流后车出电压 U1的极性，若U1的极性为负, 则说明整流电路没有接对，此时若接入稳压电路， 就会损坏集成稳压器。
因此确定 Ui的 极性为正后，断开电源，按图 2所示 将整流滤波电路与稳压电路连接起来 ।然后接通电源，调节 Rw的值，若输出 ui电压满足设计指标，说明稳压电源中各 ~220V级电路都能正常工作，此时就可以进行 各项指标的测试D6+1十UoC一C2Rw图3稳压电路（其中：D5、D6为IN4001型二极管,Ci = 0.1 F, C2=10 4,Co =1 旷）图4整流滤波希各五.稳压电源各项性能指标的测试1 .输出电压与最大输出电流的测试 测试电路如图5所示一般情况下，稳压器正常工作时，其输出电流I o要小于最大^^出电流lomax ,取 I0=0.5A,可算出 Rl=18 Q ,工作时RL上消耗的功率为:Pl =U0Io =9"5=4.5W故Rl取额定功率为5W,阻值为图5稳压电源性能指标的测试电路18a的电位器测试时，先使RL =18C ,交流输入电压为220V,用数字电压表测量的电压值就是 U然后慢慢调小Rl,直到Uo的值下降5%,此时流经Rl的电流就是lomax,记下I°max后, 要马上调大rl的值，以减小稳压器的功耗2 .稳压系数的测量按图5所示连接电路， 在Ui =220V时，测出稳压电源的输出电压 Uo。
然后调节自耦变压器使输入电压 U1 =242V ,测出稳压电源对应的输出电压 Uoi ；再调节自耦变压器使输入电压Ui =198V ,测出稳压电源的输出电压 Uo2则稳压系数为：3 .输出电阻的测量按图5所示连接电路，保持稳压电源的输入电压 Ui = 220V ,在不接负载Rl时测出开路电压U°i,此时3=0,然后接上负载 Rl,测出输出电压 Uo2和输出电流12,则输出电阻Uoi -Uo2 Uoi-Uo2R)1 oi — I o2 I o24 .纹波电压的测试用示波器观察Uo的峰峰值，(此时Y通道输入信号采用交流耦合 AC),测量AUop-p的值(约几mV )5 .纹波因数的测量用交流毫伏表测出稳压电源输出电压交流分量的有效值，用万用表(或数字万用表) 的直流电压档测量稳压电源输出电压的直流分量则纹波因数为：不输出电压交流分量的有效值输出电压的直流分量六.实验内容：1 .设计一个输出电压连续可调的稳压电源，性能指标为：(i)输出电压Uo= (+3~+I2V )；最大输出电流Iomax=IOOmA(2)负载电流Io =80mA(3)纹波电压 AU°pfW5mVp p(4)稳压系数 Sv W5Mio”2 .按照教材中所介绍的方法，设计满足以上性能指标的稳压电源，计算出稳压电源中各元件的参数，安装和调试电路。
3.在保证电路正常工作后，测出稳压电源的性能参数U 0 min、 U 0 max、 I 0max、 Sv、R、AUop_^D¥七.实验报告要求1 .列出设计题目和技术指标要求2 .列出设计步骤和电路中各参数的计算结果3 .画出标有元件值的电路图4 .列出性能指标的测试过程5 .整理实验数据，并与理论值进行比较附录：1.固定式三端。