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妻石
5 years ago
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1 一实验目的. 了解集成稳压器的特性和使用方法实验七集成直流稳压电源设计 (4 学时 ). 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二实验仪器及器件序号名称型号 / 规格数量面包板 BDCL 块数字式万用表 UT58 块 3 数字存储示波器 TDS 00 台 4 三端集成稳压器 LM37 只 5 变压器 ( 实验室提供 ) 0V/V 只 6 整流二极管 N 只 7 电容器 470μF,00μF,0.0μF 各只 8 电位器 K,5K 各只 9 负载电阻 00Ω/W 只 0 三极管 TIP4 只电阻器 0, 50,0, 360,560 各一只 * 稳压二极管.5V 只三预习要求. 预习直流稳压电源电路的组成及工作原理. 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 4. 根据设计任务和要求, 计算出元器件的参数四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 (a) 稳压电源的组成框图 u u u 3 u I U 0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t

2 (b) 整流与稳压过程图稳压电源的组成框图及整流与稳压过程. 电源变压器电源变压器的作用是将来自电网的 0V 交流电压 u 变换为整流电路所需要的交流电压 u 电源变压器的效率为 : η = P P 其中 : 是变压器副边的功率, P 是变压器原边的功率一般小型变压器的效率如表所 P 示 : 副边功率 P 表小型变压器的效率 < 0VA 0 ~ 30VA 30 ~ 80VA 80 ~ 00VA 效率 η 因此, 当算出了副边功率后, 就可以根据上表算出原边功率 P P. 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 u 变换成脉动的直流电压 u 3 滤波电路一般由电容组成, 其作用是把脉动直流电压 u 3 中的大部分纹波加以滤除, 以得到较平滑的直流电压 U I U I 与交流电压 u 的有效值 U 的关系为 : U I = (. ~.) U 在整流电路中, 每只二极管所承受的最大反向电压为 : U RM = U 流过每只二极管的平均电流为 : I D = I R 0.45U = 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 : ( 3 ~ 5) T RC > 其中 :T = 0ms 是 50Hz 交流电压的周期 3. 稳压电路由于输入电压 u 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 U I 会随着变化因此, 为了维持输出电压 U I 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

3 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 () 固定电压输出稳压器常见的有 CW78 (LM78 ) 系列三端固定式正电压输出集成稳压器 ;CW79 (LM79 ) 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 5V 8V 和 4V 稳压器使用时, 要求输入电压 UI 与输出电压 U o 的电压差 U I - U o V 稳压器的静态电流 I o = 8mA 当 U o = 5 ~ 8V 时,U I 的最大值 U Imax = 35V; 当 U o =8 ~ 4V 时,U I 的最大值 U Imax = 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 () 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 CW37 系列 (LM37) 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 U o =. ~ 37V, 最大输出电流 I omax =.5A 输入电压与输出电压差的允许范围为 :U I -U o = 3 ~ 40V LM37 是三端浮动稳压器, 工作时 LM37 建立并保持输出与调节端之间.5V 的标称参考电压 (Vref) 这一参考电压由 R( 见图 ) 转换编程电流 (IPROG), 该恒定电流经 R 到地稳压输出电压由下式给出 :Vout=Vref(+R/R)+IAdjR 因为调节端的电流 (IAdj) 小于 00μA 才能保持恒定为达到这一点, 所以静态工作电流都返回到输出端这样需要最小负载电流, 如果负载电流小于最小值, 输出电压会上升因为 LM37 是浮动稳压器, 所以只有电路两端电压差对性能是重要的, 工作在对地呈高电压也就成为可能图五基础实验內容. 电源变压器参数测量图所示 0V 交流电压 u 变换为整流电路所需要的交流电压 u 实验室给定变压器参数测量 : 测量结果填入表中表变压器的测量 ( 交流电压档测量 ) 原边电压 (V) 副边 -(V) 副边 -3(V) 副边 -3(V) 副边 4-5(V) 表中 3 为变压器的副边绕组其中为中心抽头,4-5 为变压器的另一组副边绕组. 整流和滤波电路的参数测量 ( 以图 3 为例 ) 在稳压电源中, 一般用四个整流二极管组成桥式整流电路, 整流电路的作用是将交流电压 u 变换成脉动的直流电压 V 滤波电路一般由电容组成, 其作用是把脉动直流电压 V 中的大 3

4 部分纹波加以滤除, 以得到较平滑的直流电压 V I 改变电容观测和测量 V 计算整流系数 K=V /u (V 直流 u 交流有效值 ), 将相应的结果填入表 3 中 ( 测量时变压器副边接 -) 图 3 表 3 电容值 00μ 470μ 00μ 00μ 470μ 00μ 负载值 00Ω 00Ω 00Ω 50Ω 50Ω 50Ω 电压值 u 电压值 V 整流系数 k 波形 3. 三端稳压器各项性能指标的测试 ( 以图 4 为例 ) 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, 而维持稳定的电压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三端可调式集成稳压器的引脚及其应用电路见附录图 6 (). 输出电压与最大输出电流的测试 ( 以 LM37 为例 ), 测量时以 5V 为准测试电路如图所示一般情况下, 稳压器正常工作时, 其输出取 Io=0.A, 可算出 R L =00 Ω, 工作时 R L 上消耗的功率为 :P L =UoIo=5 0.=0.5w 故 R L 取额定功率为 W, 阻值为 00 Ω 测试 I omax 时, 估计最多电流的测试会受变压器输出功率的限制,( 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 ) 改用三极管 Q 和电位器 R V 组成的电流负载, 直到 Vo 的值下降 5%, 此时流经 R L 的电流就是 I omax, 记下 I omax 后, 要马上调大 R L 的值, 以减小稳压器的功耗测量结果填入表 4 中注意输出负载的调节, 用两块数字万用表监视调试, 当电压下降 5% 时, 记下此时的电压和电流 (Iomax), 马上改变 Rv 使输出电压回到 5V. 4

5 图 4 表 4 RL(Ω) I(mA) 5V V (). 电压调节范围的测量调节电位器 RV, 分别测量 Vomin 和 Vomax 的值, 验证 Vo=.5 (+Rw/R) 将测量的结果填入表 5 中表 5 Vomin Vomax 测量电压值 (V) 计算电压值 (V) (3). 稳压系数的测量 ( 调节输出电压为 5V 时 ) 按图所示连接电路, 在 u =0V 时, 测出稳压电源的输出电压 Vo, 应改变电源电压上升和下降 0%, 分别测量稳压电源的输出电压 V O,R L =00Ω 在实验室调节交流不太方便时, 可采用变压器的次级变换的方法, 如脚电压为 8V, 测量一次, 记下 V O. 再更换到 3 脚测量一次 V O, 将测量的结果填入表 6 中则稳压系数为 : S V =(ΔV O /V O )/(Δu /u ) 表 6 变压器次级位置 u (V) U 0 (V) 计算 S V (4). 输出内阻的测量 ( 调节输出电压为 5V 时 ) 通过表格 3 的数据可以计算出输出内阻, 则输出电阻为 : R O =-(V O -V O )/(I O -I O )=(V O -V O )/I O (5). 纹波电压的测量 ( 调节输出电压为 5V 时 ) 用示波器观察 Vo 的纹波峰峰值,( 此时 Y 通道输入信号采用交流耦合 AC), 测量 Vop-p 的值 ( 约几 mv) 六扩展实验内容. 扩大输出电流 ( 以 LM37 为例 ) LM37 最大输出电流为 A, 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 T 以扩大电流, 如图 5 所示 LM37 稳压器的输出电流为晶体管 T 的基极电流, 负载所需要大电流 IL 由大功率晶体管 T 提供, 为发射极电流, 因而最大负载电流 ILmax=IEmax=(+β)Io 式中 B 为 T 的电流放大系数,Io 为 LM37 稳压器的额定输出电流由于输出电压 Uo=UBE+Uo`, 可用调整电阻 Rv 改变流过 LM37 的控制电流的方法来调整 Uo`, 则输出电压 Uo=Uo`+UBE 5

6 图 5 调节 Rv 使输出电压为 5V, 改变负载电阻 RL 的值, 若 RL 不可调, 可以选用可变负载电阻来完成测量最大输出电流 Ilmax 值 Ilmax= A 注意输出负载的调节, 用两块数字万用表监视调试, 当电压下降 5% 时, 记下此时的电压和电流 (Iomax), 马上改变 Rv 使输出电压回到 5V 七实验报告要求. 设计题目和实验内容. 写出测量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. 记录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分析误差原因八注意事项. 实验时要对各个功能模块电路进行单个测试, 需要时可设计一些临时电路用于调试. 测试电路时, 必须要保证接法正确, 才能打开电源, 以防元器件烧坏 3. 注意 LM37 芯片的输入输出管脚和桥式整流电路中二极管的极性, 不应反接 4. 按照原理图联接时必须要保证可靠接地九实验总结. 通过实际测试该电路形式和选择的设计参数能满足设计指标的要求. 稳压电源的输出内阻和稳压系数是稳压电源的关键指标, 设计时应考虑指标的要求 3. 设计中如何减小纹波电压 4. 对所测结果进行全面分析, 总结桥式整流电容滤波电路的特点 5. 根据所测数据, 计算稳压电路的稳压系数 S 和输出电阻 R0, 并进行分析 6. 分析讨论实验中出现的故障及其排除方法十附录 0. 固定式三端稳压器的引脚图及典型应用电路 (a) LM78 系列的引脚图及应用电路 (b) LM79 系列的引脚图及应用电路 ( 其中 :C = 0.33μF,C o = 0.μF,C ( 其中 :C =.μf,c O = μf) C o 采用漏电流小的钽电容 ) 6

7 图 6 固定式三端稳压器的引脚图与应用电路说明 : 稳压器输入端的电容 C 用来进一步消除纹波, 此外, 输出端的电容 C o 与 C 起到了频率补偿的作用, 能防止自激振荡, 从而使电路稳定工作 0. 可调式三端稳压器的引脚图及其典型应用电路 (a) CW37 系列引脚图及应用电路 (b) CW37 系列引脚图及应用电路其中 :C = 0.0μF,C =0μF,C O =μf, 其中 :C = 0.μF,C =0μF,C O =μf R =00Ω,R W =3kΩ,D 5 用 IN400 R =00Ω,R W =3kΩ,D 用 IN400 图 7 可调三端式集成稳压器在图 7(a) 中,R 与 Rw 组成输出电压调节电路, 输出电压 Vo.5 ( + Rv / R ),R 的值为 0 ~ 40Ω, 流经 R 的泄放电流为 5 ~ 0mA Rv 为精密可调电位器电容可以进一步消除纹波, 电容 C 与 Co 还能起到相位补偿作用, 以防止电路产生自激振荡电容 C 与 Rw 并联组成滤波电路, 电位器 Rv 两端的纹波电压通过电容 C 旁路掉, 以减小输出电压中的纹波二极管 D5 的作用是防止输出端与地短路时, 因电容 C 上的电压太大而损坏稳压器 7

电子技术基础 ( 第版 ) 3. 图解单相桥式整流电路 ( 图 4-1-3) 电路名称电路原理图波形图整流电路的工作原理 1. 单相半波整流电路 u 1 u u sin t a t 1 u 0 A B VD I A VD R B

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