直流穩(wěn)壓電源實驗報告 模擬電子技術(shù)

國家電工電子實驗教學(xué)中心模擬電子技術(shù)實 驗 報 告實驗題目： 集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計 學(xué) 院：電子信息工程學(xué)院專 業(yè)：通信工程學(xué)生姓名：王斯宇學(xué) 號：11211116任課教師：佟毅老師 2013 年 6 月 2 日目 錄1、實驗題目及要求11.1實驗題目11.2設(shè)計要求12 實驗?zāi)康呐c知識背景12.1 實驗?zāi)康?2.2 知識點13 實驗過程63.1 選取的實驗電路及輸入輸出波形63.2 每個電路的討論和方案比較83.3 分析研究實驗數(shù)據(jù)114 總結(jié)與體會124.1 通過本次實驗?zāi)芰Φ玫教岣?，解決問題印象深刻，創(chuàng)新點124.2 對本課程的意見與建議135 參考文獻131、實驗題目及要求1.1實驗題目：集成穩(wěn)壓電源的設(shè)計1.2設(shè)計要求（1）設(shè)計一個雙路直流穩(wěn)壓電源。（2）輸出電壓Vo=12V，+5V最大輸出電流Iomax=1A（3）輸出紋波電壓Vop-p5mV, 穩(wěn)壓系數(shù)Sv510-3。2 實驗?zāi)康呐c知識背景2.1 實驗?zāi)康模?）掌握集成穩(wěn)壓電源的實驗方法。（2）掌握用變壓器、整流二極管、濾波電容和集成穩(wěn)壓器來設(shè)計直流穩(wěn)壓電源。（3）掌握直流穩(wěn)壓電源的主要性能參數(shù)及測試方法。（4）進一步培養(yǎng)工藝素質(zhì)和提高基本技能。2.2 知識點 （1）實驗設(shè)計思想 本實驗基本設(shè)計思想是根據(jù)設(shè)計要求，從后向前依次設(shè)計電路。小功率穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分電路組成。變壓器將220V電壓轉(zhuǎn)換為所需低電壓，整流橋可將正負交流電轉(zhuǎn)換為只有正向，而濾波電路通過利用電容充放電的功能使電壓趨向于平滑。最后再由三端穩(wěn)壓器，使輸出電壓穩(wěn)定為所需值。設(shè)計過程根據(jù)要求選擇三端穩(wěn)壓器。確定電源變壓器副邊電壓V2的值根據(jù)穩(wěn)壓器的輸入電壓和橋式整流濾波電路的電壓關(guān)系，設(shè)計、計算出變壓器付邊的電壓值。濾波電容的選用可根據(jù)技術(shù)要求和電網(wǎng)變化情況，設(shè)計、計算其電容量和耐壓值，然后查有關(guān)手冊選定電容的標(biāo)稱值和耐壓值以及電容型號。橋式整流二極管的型號確定：根據(jù)橋式整流和電網(wǎng)變化情況，計算或估算出二極管的最高反向電壓VRM和最大工作電流Iomax，再查有關(guān)手冊確定所選用的二極管型號。電源變壓器的選擇根據(jù)付邊電壓和輸出電流選擇變壓器。（2）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)壓電路所組成?；究驁D如下。各部分作用：直流穩(wěn)壓電源的原理框圖和波形變換（3）各單元電路原理：電源變壓器T的作用是將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P2/P1=n，式中n是變壓器的效率。電源變壓器的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需的低電壓。由于輸出有12V，因此變壓器擇雙輸出，如下圖。整流電路：整流電路將交流電壓Ui變換成脈動的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的波紋成分，輸出波紋較小的直流電壓U1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。全橋的正向電流有0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、5A、10A、20A等多種規(guī)格，耐壓值（最高反向電壓）25V、50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、800V、1000V等多種規(guī)格。長腳對應(yīng)1。整流電路參數(shù)：輸出電壓平均值：輸出電流平均值：平均整流電流：最大反向電壓：整流二極管的選擇（考慮電網(wǎng)%波動）：濾波電路：各濾波電路C滿足RL-C=(35)T/2，式中T為輸入交流信號周期，RL為整流濾波電路的等效負載電阻。濾波電路參數(shù)T/2二極管導(dǎo)通角：濾波電容的選擇：一般選擇幾十至幾千微法的電解電容，耐壓值應(yīng)大于。穩(wěn)壓電路：常用的穩(wěn)壓電路有兩種形式：一是穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，二是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。二者的工作原理有所不同。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路其工作原理是利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會引起其電流有較大變化這一特點，通過調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。它一般適用于負載電流變化較小的場合。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是利用電壓串聯(lián)負反饋的原理來調(diào)節(jié)輸出電壓的。集成穩(wěn)壓電源事實上是串聯(lián)穩(wěn)壓電源的集成化。實驗中為簡化電路，我們選擇集成穩(wěn)壓器（三端穩(wěn)壓器）作為電路的穩(wěn)壓部分。集成穩(wěn)壓器的W7800系列輸出正電壓5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V，輸出電流為1.5A（W7800）、0.5A （W78M00）、0.1A（W78L00）；W7900系列輸出負電壓-5V、-6V、-9V、-12V、-15V、-18V、-24V，輸出電流為1.5A（W7900）、0.5A （W79M00）、0.1A（W79L00）。L78、79系列集成穩(wěn)壓器是一種有廣泛用途的三端集成穩(wěn)壓器。W78系列三端集成穩(wěn)壓電路具有固定輸出正電壓，L79系列三端集成穩(wěn)壓電路具有固定輸出負電壓。這兩個系列穩(wěn)壓器都具有較完善的短路和限流保護、過熱保護和調(diào)整管安全工作區(qū)保護電路，因而他的工作是比較可靠的。字母后面的數(shù)字表示輸出電壓，電壓等級：5V、6V、8V、12V、15V、18V、24V 。如設(shè)計一個輸出的線性直流穩(wěn)壓電源，選擇L7812、L7912。實物示意圖以及管腳接法 3 實驗過程3.1 選取的實驗電路及輸入輸出波形（1）備選方案一：（2）備選方案二：3.2 每個電路的討論和方案比較一共列出兩個備選方案，其整流電路、濾波電路相同，穩(wěn)壓電路二者有所不同。備選方案一設(shè)計較為簡單，運用兩個三端穩(wěn)壓電路芯片；備選方案二設(shè)計較為復(fù)雜，運用了三個三端穩(wěn)壓電路并加入了輔助二極管元件，可以保證電路的安全。（1）先計算并確定元件參數(shù)：變壓器選擇：變壓器選擇雙15V變壓，考慮到電流不需要太大，最大電流為2A，實際選擇變壓器輸出功率為30W，可以很好地滿足要求。整流橋：考慮到電路中會出現(xiàn)沖擊電流，整流橋的額定電流時工作電流的23倍。選取RS301（100V,3A）即可，實際購買過程中選擇了2W10也符合設(shè)計要求。濾波電路：考慮到對紋波電壓要求比較高，所以選擇了2200uF、耐壓值為25V的電解電容。為了防止負載產(chǎn)生沖擊電流，故在輸出端加入220uF、耐壓值為25V的電解電容。為防止電源輸出端短路，需安裝保險管；為防止W芯片因過熱而燒壞，需加裝散熱片。（2）在焊電路板之前先對整流電路、濾波電路以及方案一的穩(wěn)壓電路進行仿真。結(jié)果如下：整流電路輸出濾波電路輸出穩(wěn)壓電路輸出可以看到輸入的正弦信號經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓后最終得到我們所需要的直流電壓所以選取方案一便可滿足設(shè)計要求。（3）實驗中遇到的問題：但是在真實實驗過程中，電解電容發(fā)生了擊穿現(xiàn)象。（4）現(xiàn)象出現(xiàn)原因分析：其整流電路部分的保護部分欠缺，（5）解決方案：最后選取了備選方案二，使用三個三端整流電流，并在每個電路兩端加上一個二極管進行保護作用。實驗后未再出現(xiàn)擊穿燒毀現(xiàn)象。輔助二極管元件起到了作用。3.3 分析研究實驗數(shù)據(jù)（1）測量穩(wěn)壓電源輸出的穩(wěn)壓值及穩(wěn)壓范圍首先使調(diào)壓器的輸出為0V，通過示波器或萬用表觀測穩(wěn)壓電路的輸出，然后調(diào)節(jié)調(diào)壓器的輸出，使輸入到變壓器的交流電壓逐漸增加，當(dāng)穩(wěn)壓電路輸出的直流電壓值不再隨著調(diào)壓器輸出電壓的增加而改變時，此時電路輸出的直流電壓值即為穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓值。使穩(wěn)壓器輸出在穩(wěn)壓值上的輸入電壓范圍為穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓范圍。測得：輸出端正電壓Uo1=11.91V Uo2=5.05V ；輸出端負電壓Uo3=-12.05V 實驗數(shù)據(jù)與預(yù)期的“輸出端正電壓Uo1=+12.0V Uo2=+5.0V ；輸出端負電壓Uo3=-12.0V”有較小的差值，而Uo1、Uo3均有向下偏移現(xiàn)象。（2）測量穩(wěn)壓電源的紋波電壓和紋波因數(shù)紋波電壓是指在額定負載條件下，穩(wěn)壓電源輸出直流電壓中所含的交流分量。在交流電壓為220V，負載電流最大（額定輸出電流）的條件下，用示波器分別測量穩(wěn)壓電源的輸入紋波電壓和輸出紋波電壓。輸出紋波電壓(正)Uop-p1=5.0 mV Uop-p2=0.06mV （負）Uop-p3=0.78uV 波紋電壓偏大，而仿真電路中比較正常，其原因可能是焊接技術(shù)不夠精準(zhǔn)，導(dǎo)致誤差。4 總結(jié)與體會4.1 通過本次實驗?zāi)切┠芰Φ玫教岣?，那些解決的問題印象深刻，有那些創(chuàng)新點。本學(xué)期一開學(xué)，模擬電子技術(shù)這門課就成為我的心頭第一件事。以前經(jīng)常聽學(xué)長學(xué)姐說：“模電”就是“電魔”，學(xué)不好就容易死。剛剛接觸這門課的時候，感覺跟上學(xué)期學(xué)的“電路分析”有相通之處，進一步解釋了二極管、三極管的原理，后來又引入了運算放大器等上學(xué)期十分神秘的器件，難度也隨之增大。從第七周開始就開始了有模擬電子技術(shù)實驗，懷著忐忑的心理來到實驗室，發(fā)現(xiàn)示波器的調(diào)節(jié)是最基本的一項技能，第一次負反饋實驗就令我焦頭爛額，沒出波形令人十分苦惱，在之后的補做實驗中才得以出現(xiàn)。之后兩次的實驗，我都做了十分充分的預(yù)習(xí)，結(jié)果也是一喜一憂，模擬電子技術(shù)實驗的可怕之處已經(jīng)深深烙印到我的心上。經(jīng)過三次實驗之后，就到了設(shè)計性試驗。一開始得到的消息是做兩個設(shè)計性實驗，一個是本次論文的主角“集成直流穩(wěn)壓電源”，另一個是“語音放大器”?？墒呛髞碛謱⒌诙€實驗改成了“非線性失真的研究”。集成直流穩(wěn)壓電源是我們所做的第一個設(shè)計性實驗，所以剛開始時都有些無從下手，總覺得有很多問題，比如電路如何設(shè)計，需要哪些元件，參數(shù)如何選取等等。后來，我們整理了下思緒，首先非常仔細的研究了下老師給的PPT里的內(nèi)容，借助老師所給的電路結(jié)構(gòu)，確立了變壓電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四個部分，然后查閱模電實驗的教材，擬定了所需要的元件及元件的的參數(shù)。其中不得不要說一句，網(wǎng)上查找資料確實為我們提供了很多便利，許多參數(shù)前人都已有相關(guān)總結(jié)，再加上電子信息工程學(xué)院科學(xué)技術(shù)協(xié)會有模擬電子技術(shù)實驗所需的元件庫。 元件庫中的元件型號也并不太多，這是我們眼前一亮。大一的時候曾經(jīng)學(xué)習(xí)過“電類工程素質(zhì)訓(xùn)練”，焊接過電路板以及萬用表，對焊接的基本知識還是比較了解的。但此次電源設(shè)計的焊接并不理想。起初買電路板時聽別人說有單聯(lián)板和三聯(lián)板，感覺三聯(lián)板更高級，但是買的時候買成了單聯(lián)板，曾經(jīng)很是郁悶。但是焊接后期聽到許多同學(xué)抱怨三聯(lián)板總是短路，一不細心就出問題，方知自己傻人有傻福，買單聯(lián)板踏踏實實焊接才是硬道理。此次焊接與萬用表焊接差別很大。需要自己布線。我一一將元件焊接好后選擇布線，總是把線弄得很長很不美觀，只好拆掉重新焊接。有了一些布線的經(jīng)驗后，電源焊接基本結(jié)束。但是發(fā)現(xiàn)買的芯片和散熱片無法緊密連接，于是就強行用焊錫、膠帶使他倆連接在一起。最后接上220V電壓進行測試。測試途中未斷掉電源就拔掉了示波器與導(dǎo)線相連的部分，結(jié)果產(chǎn)生大量電火花，電路中的元器件異常發(fā)熱，重新連接之后波形全部異常，我們了解到元件被燒壞了。也為我們提醒：連接電源時不能隨意拆卸導(dǎo)線。并且散熱器需要正確安裝。經(jīng)過這次教訓(xùn)之后，我們改進了電路，加入了二極管輔助，并且加入了保險管。最終測得了論文中的較令人滿意的數(shù)據(jù)。這才大功告成。此次電源設(shè)計，讓我們親身體驗了如何用空白的電路板，進行自己所需的電路設(shè)計。雖然過程十分艱辛，但是經(jīng)過老師的指導(dǎo)和伙伴的努力，終于完成了，同時對我們模擬電子技術(shù)這門課的學(xué)習(xí)有更好的幫助。4.2 對本課程的意見與建議 本課程對學(xué)生的實驗操作鍛煉有十分重大的幫助。前三個實驗感覺比課程進度稍微提前了些，可能對原理還不太清楚。并且模擬電子技術(shù)實驗期末焊電路板等工作工程量有些大，對期末復(fù)習(xí)相對有些影響，建議將焊電路、設(shè)計電路等工程訓(xùn)練類課程放到小學(xué)期踏踏實實訓(xùn)練。5 參考文獻1、電子電路實驗及仿真 路勇 北京交通大學(xué)出版社 清華大學(xué)出版社 2、電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計 高吉祥 電子工業(yè)出版社