1、实验七实验七 集成直流稳压电源设计实验集成直流稳压电源设计实验集成直流稳压电源设计实验集成直流稳压电源设计实验一、一、 实验目的实验目的（1）了解集成稳压器的特性和使用方法。了解集成稳压器的特性和使用方法。（2）掌握集成稳压器主要性能指标的测试方法。）掌握集成稳压器主要性能指标的测试方法。（3）学会集成稳压器的设计方法。）学会集成稳压器的设计方法。（4）完成全电路理论设计、绘制电路图。）完成全电路理论设计、绘制电路图。二、实验仪器及器件二、实验仪器及器件 （1 1）数字存储示波器；）数字存储示波器；（2 2）数字万用表；）数字万用表；（3 3）三端集成稳压器：）三端集成稳压器：LM317LM3
2、17, ,LM7LM78 81212,LM7912,LM7912； （4 4）三极管）三极管TIP41TIP41；（5 5）整流二极管；）整流二极管；（6 6）电容器、电位器；）电容器、电位器；三、预习要求三、预习要求（1）预习直流稳压电源电路的组成及工作原理。）预习直流稳压电源电路的组成及工作原理。（2）完成电路参数设计，画出正确、完整的实验电路。）完成电路参数设计，画出正确、完整的实验电路。（3）明确实验目的，列出主要参数的表达式，设计测试表格。）明确实验目的，列出主要参数的表达式，设计测试表格。（4）根据设计任务和要求，计算出元器件的参数。）根据设计任务和要求，计算出元器件的参数。四、四
3、、 实验原理实验原理 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，如图电路四个部分组成，如图1 1所示。所示。(a) (a) 稳压电源的组成框图稳压电源的组成框图 u uu u u 0 0 00 0 tt t t t （b b）整流与稳压过程）整流与稳压过程图图1 1稳压电源的组成框图及整流与稳压过程稳压电源的组成框图及整流与稳压过程1 典型直流串联稳压电源工作原理典型直流串联稳压电源工作原理电源变压器整流电路滤波电路稳压电路+ + +- - -220V220V50Hz50HzU2U2UiUiUoUo 2 直流稳压电
4、源的主要性能直流稳压电源的主要性能（1）输出电压输出电压UoUo（可在空载下测量）。（可在空载下测量）。（2）最大负载电流最大负载电流IomaxIomax（稳压电源的最大负载电流）。（稳压电源的最大负载电流）。（3） 纹波电压纹波电压uouo （在输出（在输出uouo上的毫伏级的交流分量）。上的毫伏级的交流分量）。（4）稳压系数稳压系数SuSu（电压调整率）指在负载电流不变情况下，（电压调整率）指在负载电流不变情况下， 输入电压变化引起的输出电压的相对变化，输入电压变化引起的输出电压的相对变化， 即：即： Su Su = =（UoUo/ /UoUo）/ /（UiUi/ /UiUi）。）。（5）
5、输出电阻输出电阻RoRo 。3 3、三端集成稳压器的工作原理三端集成稳压器的工作原理三端集成稳压器的工作原理三端集成稳压器的工作原理稳压电路是直流稳压电源的核心。所以必须加入稳压电路才能稳压电路是直流稳压电源的核心。所以必须加入稳压电路才能输出稳定的直流电压。输出稳定的直流电压。(1(1）可调三端正电压稳压器可调三端正电压稳压器LM317，在输出电压范围为，在输出电压范围为1.2V-1.2V-37V37V，能够提供，能够提供1.5A1.5A电流。电流。LM317ViVoutVrefIAdjR1R2321Vref=1.25V典型值典型值 工作时工作时LM317LM317建立并保持输出与调节端之间
6、建立并保持输出与调节端之间1.25V1.25V的标称参考电的标称参考电压（压（VrefVref）。这一参考电压由）。这一参考电压由R1R1（见图（见图2 2）转换编程电流）转换编程电流(IPROG)(IPROG)，该恒定电流经，该恒定电流经R2R2到地。稳压输出电压由下式给出：到地。稳压输出电压由下式给出：Vout=Vref(1+R2/R1)+IAdjR2Vout=Vref(1+R2/R1)+IAdjR2图图 2 2 （2 2） 固定电压输出稳压器固定电压输出稳压器常见的有常见的有CW78CW78（LM78LM78）系列三端固定式正电压输出集成稳压）系列三端固定式正电压输出集成稳压器；器；CW
7、79CW79（LM79LM79）系列三端固定式负电压输出集成稳压器。三端）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，有两位数字表示输出电压的稳定值，有5V5V、6V6V、9V9V、15V15V、18V18V和和24V24V。典型稳压电路见图。典型稳压电路见图3 3所示。所示。 图图3 3 固定式三端稳压器与应用电路固定式三端稳压器与应用电路 （3 3）直流稳压电源的原理图）直流稳压电源的原理图图图4 4五、基础实验内容及要求五、基础实验内容及要求 说明说明
8、: :用用LM317LM317产生正电压产生正电压12V12V电源在实验箱是实现，另外电源在实验箱是实现，另外- -12V12V电源实验课上不做，学生可以在老师的指导下有意愿的焊电源实验课上不做，学生可以在老师的指导下有意愿的焊接在电路板上。接在电路板上。 1 电源变压器参数测量电源变压器参数测量 图图5所示所示220V交流电压交流电压U1变换为整流电路所需要的交流电压变换为整流电路所需要的交流电压U2。实验室给定变压器参数测量：测量结果填入表实验室给定变压器参数测量：测量结果填入表1中。中。表表1 1变压器的测量（交流电压档测量）变压器的测量（交流电压档测量）原边电压原边电压（V)V)副边副
9、边-(v)副边副边-(v)副边副边-(v)副边副边-(v)220V图图5五、基础实验内容及要求五、基础实验内容及要求2、整流和滤波电路的参数测量、整流和滤波电路的参数测量电路如图电路如图6所示。改变电容的大小，观测和测量所示。改变电容的大小，观测和测量Ui。计算整流系数。计算整流系数K=Ui/U2(Ui直流、直流、U2交流有效值交流有效值),将相应的结果填入表将相应的结果填入表2中中 操作步骤：操作步骤：1 选用副边电压选用副边电压U2=18V。将变压器副边将变压器副边,相连，相连，,作为电路输入作为电路输入注意注意同名端同名端的判断的判断。2 改变电容大小测量改变电容大小测量表表2 整流滤波
10、电路测量整流滤波电路测量电容值电容值47047010010022002200负载值负载值100100100100100100电压值电压值UiUi电压值电压值U2U2整流系整流系数数K K波形波形五、基础实验内容及要求五、基础实验内容及要求3 3、集成稳压器性能测试、集成稳压器性能测试测试电路如图测试电路如图7 7所示（在实验箱上操所示（在实验箱上操作）作）图图7 变压器副边选择变压器副边选择18V18V输出（具体操作：输出（具体操作：测量时变压器副边测量时变压器副边,相连，相连，,作作为为u us1s1电压，即副边电压。（电压，即副边电压。（u u2 2=18v=18v）步骤：向上调节步骤：向
11、上调节R2R2至最上端，测量至最上端，测量UoUo的最大值；向下调节的最大值；向下调节R2R2至最下端，测量至最下端，测量UoUo的最小值，将测量结果填入表的最小值，将测量结果填入表3 3中中 表表 3 测量输出直流电压测量输出直流电压Uo的可调范围的可调范围测量项测量项U2/ VUi / VUomax / VUomin / V测量值测量值18V计算值计算值18V五、基础实验内容及要求五、基础实验内容及要求（2 2）稳压系数的测量）稳压系数的测量( (调节输出电压为调节输出电压为12V12V时，以时，以LM317LM317电路为例）电路为例） 电路如图电路如图7 7所示，先取交流电压所示，先取
12、交流电压U U2 2=18V, =18V, 分别测量分别测量UiUi、U Uo o；再取；再取U U2 2=21V=21V后，测量后，测量UiUi、UoUo，计算，计算S SV V。将测量的结果填入表。将测量的结果填入表4 4中。则稳压中。则稳压系数为：系数为：S SV V=(U=(Uo o/U/Uo o)/(U)/(U2 2/U/U2 2) )表表4 4稳压电源性能测试表稳压电源性能测试表U2Ui(V)Uo(V)计算计算SV18V21V （3 3）纹波电压的测量）纹波电压的测量( (调节输出电压为调节输出电压为12V12V时，以时，以LM317LM317电路为例电路为例) )用示波器观察用示
13、波器观察U Uo o的纹波峰峰值，（此时的纹波峰峰值，（此时Y Y通道输入信号采用交流耦合通道输入信号采用交流耦合ACAC），测），测量量VoppVopp的值（约几的值（约几mVmV）。）。六、扩展实验内容及要求六、扩展实验内容及要求 1 1 最大电流最大电流IomaxIomax测试。测试。电路图如图电路图如图8 8所示，测试所示，测试IomaxIomax时，由时，由于大功率负载在大电流的情况下，受于大功率负载在大电流的情况下，受温度影响，负载电阻值会发生变化，温度影响，负载电阻值会发生变化，不利于改变负载电阻方式来测量输出不利于改变负载电阻方式来测量输出电流，因此采用大功率三极管电流，因此采
14、用大功率三极管T T和电和电位器位器R3R3组成的电流负载电路来测试最组成的电流负载电路来测试最大输出电流。大输出电流。IomaxIomax（注意：记录（注意：记录IomaxIomax后立即将向后立即将向下调节下调节RV1RV1使其位于最下端，以减小使其位于最下端，以减小稳压器功耗，避免烧毁稳压器）。稳压器功耗，避免烧毁稳压器）。测量步骤：（测量步骤：（1 1）断开电源，连接电流负载电路，使）断开电源，连接电流负载电路，使R3R3位于最下端，将位于最下端，将一块万用表至于电流测试档（一块万用表至于电流测试档（mAmA档档) )后串入电流测试处，另一块万用表后串入电流测试处，另一块万用表置于直流
15、电压档监测置于直流电压档监测UoUo；（；（2 2）接通电源，观察）接通电源，观察IoIo，记录下，记录下UoUo的值，计的值，计算算0.95 Uo0.95 Uo值；（值；（3 3）向上缓慢调节）向上缓慢调节R3R3使使IoIo增加、增加、UoUo下降，当下降，当UoUo下降至下降至0.95 Uo0.95 Uo值，记录电流表中的读数，值，记录电流表中的读数，此电流就是此电流就是Iomax（注意：记录（注意：记录Iomax后立即将向下调节后立即将向下调节R3使其位于最下端，以减小稳压器功耗，避免烧毁稳压器）。使其位于最下端，以减小稳压器功耗，避免烧毁稳压器）。 图图8 六、扩展实验内容及要求六、
16、扩展实验内容及要求 2.扩大输出电流（以扩大输出电流（以LM317为例）为例）LM317最大输出电流为最大输出电流为1A，若要求更大电流输出，可以在基本用于电路的基础，若要求更大电流输出，可以在基本用于电路的基础上接大功率晶体管上接大功率晶体管T1以扩大电流，如图以扩大电流，如图5所示。所示。LM317稳压器的输出电流为晶体稳压器的输出电流为晶体管管T1的基极电流，负载所需要大电流的基极电流，负载所需要大电流IL由大功率晶体管由大功率晶体管T2提供，为发射极电流，提供，为发射极电流，因而最大负载电流因而最大负载电流ILmax=IEmax=(1+)Io式中式中B为为T的电流放大系数，的电流放大系数，Io为为LM317稳压器的额定输出电流。稳压器的额定输出电流。由于输出电压由于输出电压Uo=UBE+Uo,可用调整电阻可用调整电阻R3改变流过改变流过LM317的控制电流的方法的控制电流的方法来调整来调整Uo，则输出电压，则输出电压Uo=Uo+UBE。 调节调节R2使输出电压为使输出电压为12V，改变负载电阻，改变负载电阻RL的值，若的值，若RL不可调，可以选用不可调，可以选用可变负载电阻来完
