长江大学：《模拟电子技术实验》课程教学课件（PPT讲稿）7.直流稳压电源设计

5、直流稳压电源设计实验1、实验目的1.1掌握串联型直流稳压电源的组成与工作原理1.2掌握直流集成稳压电源主要性能指标的测试方法1.3学习可调直流集成稳压电源的设计方法2、实验原理2.1直流稳压电源的主要性能输出电压Uo调节范围（可在空载下测量）。2（稳压电源的最大负载电流）最大负载电流lomax3纹波电压4uo（在输出uo上的毫伏级的交流分量）稳压系数Su（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，即: Su=(AUolUo)/（4UilUi)。5）输出电阻Ro2025/11/15长江大学龙从玉

2025/11/15 长江大学 龙从玉 1 1.1 掌握串联型直流稳压电源的组成与工作原理。 1.2 掌握直流集成稳压电源主要性能指标的测试方法。 1.3 学习可调直流集成稳压电源的设计方法。 1、实验目的 5、 直流稳压电源设计实验 2、实验原理 2.1 直流稳压电源的主要性能 1）输出电压Uo调节范围（可在空载下测量）。 2）最大负载电流Iomax（稳压电源的最大负载电流）。 3） 纹波电压△uo （在输出uo上的毫伏级的交流分量）。 4）稳压系数Su（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， 即： Su =（△Uo/Uo）/（△Ui/Ui）。 5）输出电阻Ro

2.2典型直流串联稳压电源工作原理直流稳压电源由交流变压整流、滤波、稳压和保护等部分组成图-1串联型利稳压电路图稳负载压路电Q1变压R712整流R5R3D3R2D1滤波560510R1560本电路3kRL滤波调压Q310d整流?OFD2D4保护电路C3C1本RW1l0T→UR71220u4702200Q2C2导通?Q3Ube1变压福Q1lbl-loR4R6100uS不5105.6kDZ基准2cw55电压Us1=220v稳压原理：Us1个—U1↑—Uo↑—→Ub2↑—lc2个—Ub11—lol—Uol-22025/11/15长江大学龙从玉

2025/11/15 长江大学 龙从玉 2 220u 2.2 典型直流串联稳压电源工作原理 变压 整流 滤波 电路 负载 稳压原理：Us1↑→U1↑→Uo↑→Ub2↑→Ic2↑→ Ub1↓→Io↓→Uo↓− C2 C3 R1 3k R5 560 100u R6 5.6k R7/2 Q3 Q1 Q2 R2 560 R4 DZ 510 2cw55 Rw1 470 R3 510 稳 压 电 路 基准 电压 直流稳压电源由交流变压、整流、滤波、稳压和保护等部分组成。 Us1=220v 变压 D3 D2 D4 D1 整流 C1 2200u 滤波 RL 100 保护电路 Io↑→UR7↑ →Q3Ube↑导通 →Q1 Ib↓→Io↓ 调压 图-1 串联型稳压电路图

2.3三端可调正电压稳压器的工作原理LM317是可调三端正电压稳压器，在输出电压LM31773范围为1.25V-37V，能够提供1.5A电流123LM317是可调三端正电压稳压器，工作时建立并保持输出与调节端之间1.25V的标称参考电压AdjUo Ui(VREF) 。图-2可调三端稳压电路稳压的输出电压：VoutU1(M)VUoV=12V=9.04481=1.25（1+R2/R1）+IADJ*R23MLM317L VOTU1(M)U1控制端的电流IADJ<100μA才R1VALUE=12调整端220能保持恒定。如果负载电流小rCC1C2RLA于最小值，输出电压会上升。330COR2801u因为LM317是浮动稳压器，所1u2k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。32025/11/15长江大学龙从玉

2025/11/15 长江大学 龙从玉 3 LM317是可调三端正电压稳压器，在输出电压 范围为1.25V-37V，能够提供1.5A电流。 LM317是可调三端正电压稳压器，工作时建立 并保持输出与调节端之间1.25V的标称参考电压 （VREF）。 2.3 三端可调正电压稳压器的工作原理 LM317 1 2 3 Adj Uo Ui VI 3 VO 2 A DJ 1 U1 LM317L 68% R2 2k Uo V=9.04481 图-2可调三端稳压电路 RL 330 U1(VI) VALUE=12 U1(VI) V=12 R1 220 C1 1u C2 1u 调整端 U1(A DJ) I=5e-05 稳压的输出电压：Vout =1.25 （1+R2/R1）+IADJ *R2 控制端的电流IADJ<100μA才 能保持恒定。如果负载电流小 于最小值，输出电压会上升。 因为LM317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

变压整流T1.220/12V/10WBR1V2yDKBU4AACVoftsAOVA=312FREQ=50-TRAN-2P2SLP=50HD21N4001LS=160mHRP=10UoV7lRS=1VLM317L.VOravD1U1R1RV2220R1N4001Q1+8%1CTIP41C1VoltsC4C2R210uTC30.1u%E81k470u10u1k可调电流负载稳压调压滤波输出电压：Vout=Vref(1+R2/R1)+IAdjR22025/11/15长江大字龙从玉4

2025/11/15 长江大学 龙从玉 4 BR1 KBU4A VI 3 VO 2 A DJ 1 U1 LM317L 83% R2 1k R1 220R Uo A B C D D1 1N4001 C1 470u D2 1N4001 +88.8 AC Volts T1 220/12V/10W TRAN-2P2S LP=50H LS=160mH RP=10 RS=1 V2 VA=312 FREQ=50 输出电压：Vout=Vref(1+R2/R1)+IAdjR2 31% RV2 1k Q1 TIP41 +88.8 Volts Io C2 0.1u 变压 整流 滤波 稳压调压 可调电流负载 C4 10u C3 10u

滤波图-4用示波器测试：整流稳压输出直流及纹波电压Digital Oscillos整流ChanmetAChannelc滤波PHD电压ACOCGNDAutoOne-ShatCursors测整流滤波、稳压输出用DC耦合SourceHnChiatnelBchannelDPositior0SOCEGNDGNL输出OFE进纹波200nver电压单绕组桥式整流负极接地测纹波电压用AC耦合AC耦合显示为半波波形电压基准：2mV要用双路输入运算显示2ml52025/11/15长江大学龙从玉

2025/11/15 长江大学 龙从玉 5 12V 交流 电压 整流 滤波 电压 输出 稳压 直流 图-4 用示波器测试：整流、滤波、稳压输出直流及纹波电压 单绕组桥式整流负极接地 AC耦合显示为半波波形 要用双路输入运算显示 测整流滤波、稳压输出用DC耦合 测纹波电压用AC耦合 电压基准：2mV AC 输出 纹波 电压 2mV

负三端正三端0O图-5副边双绕组集成三端正负稳压电路LM7805LM7905So0UO1.U52VV=12.0107V=25.028317812VIvO123ule123ANU1(+)TeovORL12地Ui UoUi地UoC3C11k220mBR110uT220/18V*2470uKBU4AV1YRP2C2C488%VA=312VRL210uFREQ=50HZC52.2k470uV=0.0269095D21kR1Aus210u220RU2TO1N40010Qui2-23VILM337TVOV=-25.2693V=-12.0278uo2-注：三端稳压型号中加L的器件lQ=100mA.封装为T09262025/11/15长江大学龙从玉

BR1 KBU4A V1 VA=312V FREQ=50HZ ui1 V=25.028 C1 470u T 220/18V*2 C3 10u UO1 V=12.0107 C1(+) I= 0.016 5 9 4 7 C4 470u VI 2 VO 3 A DJ 1 U2 LM337T 88% RP2 2.2k R1 220R D2 1N4001 C2 10u ui2- V=-25.2693 uo2- V=-12.0278 图- 5 副边双绕组集成三端正负稳压电路 RL2 1k RL1 1k us2 V=0.0269095 VI 1 VO 3 G N D 2 U1 7812 C5 10u 2025/11/15 长江大学 龙从玉 6 注：三端稳压型号中加L的器件IQ=100mA.封装为T092 LM7805 1 2 3 Ui 地 Uo 正三端 LM7905 1 2 3 地 Ui Uo 负三端

3、稳压电源设计中的几个重要环节3.1电源变压器的选择与设计①选定变压器的变比及副边线圈数，次级电压应满足要求②次级额定电流稳压器最大输出电流，即功率满足要求。真，应在选定变压器属性对话框中设定好原边与③运用软件仿真副边的电感量、变比及直流电阻等。否则可能运行会不稳定！3.2按设计要求选择整流方式①对次级双线圈变压器，选择桥式整流可获正负直流输出②对次级单线圈变压器，选择桥式整流可获一路直流输出。但全波整流可获正负两路的半波整流的直流输出。3.3滤波电容的选择电容耐压uc应大于变压器副边电压u2幅值，即uc>1.5u2。②滤波电容量的计算：Iomax*tuipp式中：t为输入电压半周期：uipp为输入脉动电压峰峰值。72025/11/15长江大学龙从玉

①电容耐压uc应大于变压器副边电压u2幅值，即uc﹥1.5u2。 ②滤波电容量的计算： 2025/11/15 长江大学 龙从玉 7 ①选定变压器的变比及副边线圈数，次级电压应满足要求。 ②次级额定电流﹥稳压器最大输出电流，即功率满足要求。 ③运用软件仿真，应在选定变压器属性对话框中设定好原边与 副边的电感量、变比及直流电阻等。否则可能运行会不稳定！ uipp Iomax t C * = 式中：t为输入电压半周期；uipp为输入脉动电压峰峰值。 3、稳压电源设计中的几个重要环节 3.1 电源变压器的选择与设计 ①对次级双线圈变压器，选择桥式整流可获正负直流输出。 ②对次级单线圈变压器，选择桥式整流可获一路直流输出。 但全波整流可获正负两路的半波整流的直流输出。 3.2 按设计要求选择整流方式 3.3 滤波电容的选择

3、实验内容与实验步骤变压T1 220/12V/10WsW1滤波整流3.1整流滤波的测试SW2SW3SW4SW5V1YYY经变压Us1lUs2=220/12VBR12，改变滤整流后为脉动直流VA=312KBU4AFREQ=50ACVolt波电容大小，分别测量改变C2TRAN-2P2SC1R2R1LP=50HEN负载电阻时直流电压，实验10018LS=160mH470u10uRP=10RS=1电路如图-6*试分别用示波器观测记整流、滤波电路图-6变压录整流滤波各状态下的波形表-1整流滤波实验记录表（交流Us=12V）无电容10u470u滤波电容C/uF181810018100100负载RL/Q直流电压UiN电压波形82025/11/15长江大学龙从玉

图-6 变压、整流、滤波电路 BR1 KBU4A +88.8 AC Volts T1 220/12V/10W TRAN-2P2S LP=50H LS=160mH RP=10 RS=1 V1 VA=312 FREQ=50 变压 整流 C1 10u SW2 C2 470u SW3 SW1 R1 100 R2 18 SW4 SW5 滤波 2025/11/15 长江大学 龙从玉 8 3、实验内容与实验步骤 3.1 整流滤波的测试 经变压US1/US2=220/12V 整流后为脉动直流，改变滤 波电容大小，分别测量改变 负载电阻时直流电压，实验 电路如图-6, *试分别用示波器观测记 录整流滤波各状态下的波形。 表-1 整流滤波实验记录表 (交流US=12V) 滤波电容C/uF 无电容 10u 470u 负载RL/Ω 100 18 100 18 100 18 直流电压Ui/V 电压 波形

3.2稳压电源性能测试集成稳压电路的测试电路如图-3中的稳压部分下图：1）输出电压Uo调节范围测量Uo=1.25【1+（Rw/R））D21N4001分别向上下调节VUoO4+.*23VILM317LVO电压控制端电位VALUE=12.50D1U1器，测量并记录R1RV2220R最大与最小输出1N4001Q1电压Uo，记录在%16TIP41C1C4C2RV1表-2中；10uC30.1u01k470u（注：Lm317的输SES10u入输出最小压差1k2.5V)。可调电流负载滤波稳压调压92025/11/15长江大学龙从玉

2025/11/15 长江大学 龙从玉 9 3.2 稳压电源性能测试 集成稳压电路的测试电路如图-3中的稳压部分下图： 1）输出电压Uo调节范围测量 U0=1.25【1+（RW/R1）】 分别向上下调节 电压控制端电位 器，测量并记录 最大与最小输出 电压Uo，记录在 表-2中； (注:Lm317的输 入输出最小压差 2.5V)。 VI 3 VO 2 A DJ 1 U1 LM317L 83% RV1 1k R1 220R Uo D1 1N4001 C1 470u D2 1N4001 31% RV2 1k Q1 TIP41 Io C2 0.1u 滤波 稳压调压 可调电流负载 C4 10u C3 10u ui VALUE=12.5

表-2测量输出直流电压Uo的可调范围测量项Us/VU;/ VUomin/VUomax/V12测量值3）稳压系数Su的测量Su=(AUo/Uo)/(4Us/Us对图-3所示稳压电路，测试电源稳压系数Su：先取交流电压Us2=12V,分别测量Us.Ui、Uo再取Us2=9V后，测量Us、Ui、Uo，计算Su。记录表-3中表-3稳压电源性能测试表计算测量项UsNUoN18100RoRL(2)xSuUs2=12AUOAUo=?V测量值4Us2Alo=?mAUs2'=9计算值1AUo=?AUs2=310长江大学龙从玉2025/11/15

2025/11/15 长江大学 龙从玉 10 3） 稳压系数Su的测量 Su=(△Uo/Uo)/(△Us/Us) 对图-3所示稳压电路，测试电源稳压系数Su： 先取交流电压US2=12V,分别测量Us、Ui、U0 ； 再取US2 ’=9V后，测量Us、Ui、U0 ，计算Su。记录表-3中. 表-3 稳压电源性能测试表 测量项 Us /V UO /V 计算 RL(Ω) × 100 18 Su R0 测量值 Us2=12 △Uo △Us2 △Uo=？V Us2’=9 △Io=？mA 计算值 △Us2=3 I △Uo=？ 表- 2 测量输出直流电压Uo的可调范围 测量项 Us/V Ui / V U0max /V U0min / V 测量值 12