直流稳压电源的
设计
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一、实验目的
1. 学习用变压器，整流二极管，滤波电容及集成稳压器设计直流稳压电源
2. 掌握用直流稳压电路的调试及主要参数指标的测试
方法
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。
3. 利用仿真实验，深入理解整流滤波的原理
二、设计指标与要求
设计指标：设计两个电路
(1) 电路一： 同时输出Uo = ±12V 电压，
=0.8A
(2) 电路二：
=+3-+9V连续可调，
=0.8A；
(3) 两者性能指标：
ΔUop-p ≤ 5mV , 稳压系数 SU≤ 5×10-3 。
三、实验原理与
分析
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直流稳压电源的基本原理
直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成。
基本框图如下。各部分作用：
1. 电源变压器：电源变压器的作用是将220V的交流电压Vi变换成整流滤波电路所需要的交流电压Va。变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n，式中n是变压器的效率。
表
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1 小型变压器的效率
副边功率
/W
效率
0.6
0.7
0.8
0.85
2. 整流、滤波电路：整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。
半波整流
全波整流电容滤波电路
桥式整流电容滤波电路
倍压整流滤波电路
本次实验采用桥式整流电容滤波电路。它两端的电压满足如下关系
式中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。
3. 稳压电路：
常用的稳压电路有两种形式：一是稳压管稳压电路，二是串联型稳压电路。二者的工作原理有所不同。稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。它一般适用于负载电流变化较小的场合。串联型稳压电路是利用电压串联负反馈的原理来调节输出电压的。集成稳压电源事实上是串联稳压电源的集成化。实验中为简化电路，我们选择集成稳压器（三端稳压器）作为电路的稳压部分。集成稳压器的W7800系列输出正电压5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V，输出电流为1.5A（W7800）、0.5A （W78M00）、0.1A（W78L00）；W7900系列输出负电压-5V、-6V、-9V、-12V、-15V、-18V、-24V，输出电流为1.5A（W7900）、0.5A （W79M00）、0.1A（W79L00）。
3
1
2
四、元件选择与参数计算
1、整流电路参数
输出电压平均值：
输出电流平均值：
平均整流电流：
最大反向电压：
整流二极管的选择（考虑电网
%波动）：
2、滤波电路参数
T/2
二极管导通角θ：
滤波电容的选择：
一般选择几十至几千微法的电解电容，耐压值应大于
。
3、实际计算过程
（1）要使W7812正常工作，必须保证输入与输出之间维持大于2V的压降，因此W7812输入端直流电压必须保证在14V以上。W7812输入端的电流是许对变压器副边输出电压U2(t)整流、滤波后得到的。假设整流电路内阻为0，负载电流为0，W7812输入端有最大电压U=1.414Uef，Uef是U2(t)的有效值。由于滤波电容不可能无限大，所以U<1.414 Uef,根据经验可知U=1.2 Uef，得Uef=14.4V，考虑到整流桥经过两个二极管约有1.4V的压降，得变压器可取15V。
（2）变压器选择：变压器选择双15V变压，考虑到电流不需要太大，最大电流为2A，实际选择变压器输出功率为30W，可以很好地满足要求。
（3）整流桥：考虑到电路中会出现冲击电流，整流桥的额定电流时工作电流的2~3倍。选取RS301（100V,3A）即可，实际购买过程中选择了2W10也符合设计要求。
（4）滤波电路：考虑到对纹波电压要求比较高，所以选择了2200uF、耐压值为25V的电解电容。
（5）去耦电容：去耦电容的选择是由W7812和W7912芯片要求的，查手册可）知分别为0.1uF和0.33uF，用来滤除高频分量，防止产生自激。
（6）为了防止负载产生冲击电流，故在输出端加入220uF、耐压值为25V的电解电容。
（7）W7912支路的原件参数与W7812支路相同。
（8）为防止电源输出端短路，需安装保险管；为防止W7812和W7912因过热而烧坏，需加装散热片。
至此，所有元件的参数都已确定。
五、整体电路
六、参数性能指标及测试
1、测量稳压电源输出的稳压值及稳压范围
首先使调压器的输出为0V，通过示波器或万用表观测稳压电路的输出，然后调节调压器的输出，使输入到变压器的交流电压逐渐增加，当稳压电路输出的直流电压值不再随着调压器输出电压的增加而改变时，此时电路输出的直流电压值即为稳压电源的稳压值。
使稳压器输出在稳压值上的输入电压范围为稳压电路的稳压范围。
2、测量稳压电源的稳压系数SU
稳压系数定义为：当负载保持不变时，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比。稳压系数反映电网电压波动时对稳压电路的影响，越小越好。
调节调压器的输出，使输入到变压器的交流电压分别为220V+10%和220V-10% ，测量稳压电源的输出电压，根据公式计算稳压电源的稳压系数SU
3、测量稳压电路的输出电阻Ro
输出电阻 Ro 定义为：当稳压电路输入电压保持不变时，由于负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流变化量之比。输出电阻反映稳压电路受负载变化的影响，越小越好。
可用输出换算法测量输出电阻 Ro 。
4、测量稳压电源的纹波电压和纹波因数
纹波电压是指在额定负载条件下，稳压电源输出直流电压中所含的交流分量。
在交流电压为220V，负载电流最大（额定输出电流）的条件下，用示波器分别测量稳压电源的输入纹波电压和输出纹波电压。
纹波因数是负载上交流分量与直流分量之比。
我们小组最初的测试结果并不尽如人意，测试时发现，是因为W7812和W7912烧坏所致，在更换之后输出电压值就很接近要求了。测得纹波电压为0.3mV。
七、仿真报告
整流电路输出
滤波电路输出
稳压电路输出
可以看到输入的正弦信号经过整流、滤波、稳压后最终得到我们所需要的直流电压
八、设计过程的体会、创新点与建议
九、元件清单
1、三端变压器 220V~15V×2 0.333A
2、2W10整流桥
3、电解电容 2200uF 耐压值25V 2个
220uF 耐压值25V 2个
4、独石电容 0.33uF 2个
0.1uF 2个
5、三端稳压器 W7812、W7912
6、散热片 2个
7、保险管 1个
8、导线及杜邦线 若干
十、参考文献
1、《电子电路实验及仿真》 路勇 北京交通大学出版社 清华大学出版社
2、《电子技术基础实验与课程设计》 高吉祥 电子工业出版社
浙公网安备 33021202002483