模块 4-1 直流稳压电源各单元电路基本特性的测试

模拟电子技术与应用 ----- 项目 4 直流稳压电源的测试与设计

南京信息职业技术学院电子信息学院基础教研室

模块 4-1 直流稳压电源各单元电路基本特性的测试模块 4-1 直流稳压电源各单元电路基本特性的测试模块 4-2 直流稳压电源的测试与设计模块 4-2 直流稳压电源的测试与设计

项目 4 直流稳压电源的测试与设计

实训 4 直流稳压电源的设计实训 4 直流稳压电源的设计



学习目标能正确测量直流稳压电源各单元电路的特性。理解直流稳压电源各单元电路的结构、功能及元器件

作用。能对直流稳压电源各单元电路进行分析和计算。

工作任务直流稳压电源各单元电路的测试与结果描述。

模块 4-1 直流稳压电源各单元电路基本特性的测试模块 4-1 直流稳压电源各单元电路基本特性的测试



直流稳压电源的基本组成

一个性能良好的单相小功率直流稳压电源通常由四部分组成：电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。

图 7-1 直流稳压电源的组成框图



变压器：降压

整流：交流变脉动直流

滤波：滤除脉动稳压：进一步消除纹波，提高电压的稳定性和带载能力

直流稳压电源的基本组成



变压器的实物示意图和符号

C 型变压器 R 型变压器



变压器的实物示意图和符号

初级次级

图 7-3 变压器的电路图

图 7-3 变压器的符号

变压器不变换功率



任务 4-1-1 电源变压器基本特性的测试


做一做



V1

200 V 50 Hz 0Deg

T1

10:1

R11.0k

00

XSC1

A B

Ext Trig+

+

_

_ + _

1 3

0

① 按图画仿真电路。

② 调用 Multisim ，取电源变压器变压比为 10:1 ，交流电源为200V/50Hz （其中 200V 应为电压幅值即峰值，而不是有效值）

③ 观察变压器输入、输出电压波形，并记录：变压器初级输出电压幅值（峰值）约为 V ，变压器次级输出电压幅值（峰值）约为 V ，因此，初级输入电压和次级输出电压之比约为：。




任务 4-1-2 整流电路的测试任务 4-1-2 整流电路的测试

做一做



V1

200 V 50 Hz 0Deg

T1

10:1 00

XSC1

A B

Ext Trig+

+

_

_ + _

1

0

D1

1N40012

3

R1100

① 按图画仿真电路。 ② 同时观察半波整流电路的输入和输出电压波形，并记录（画在坐标纸上）。

③ 观察该电路并记录：输入电压（指二极管输入）是（双极性 / 单极性），而输出电压是（双极性 / 单极性），且是（全波 / 半波）波形。

④ 观察该电路并记录：输出电压与输入电压的正向幅值（基本相等 / 相差很大）。

任务 4-1-2 整流电路的测试半波整流电路的测试



负半周工作情况正半周工作情况

半波整流电路



tUu sin2 22

22L 45.02

UUU

半波整流电路



整流二极管选择

L

2F

45.0

R

UI 最大整流电流

2R 2UU 最大反向工作电压

半波整流电路



整流二极管电路



V1

200 V 50 Hz 0Deg

T1

10:1

XSC1

A B

Ext Trig+

+

_

_ + _

1

0

R1100

D1

MDA2500

1

2

4

3

2

4

03

5


② 观察全波整流电路的输出电压波形并记录（画在坐标纸上）。

③ 观察该电路并记录：输出电压是（双极性 / 单极性），且是（全波 /半波）波形。

全波整流电路的测试任务 4-1-2 整流电路的测试



u2

ωt0

ωt

uL

0

tUu sin2 22

22L 9.022

UUU

全波整流电路



整流二极管选择

L

2F

45.0

R

UI 最大整流电流

2R 2UU 最大反向工作电压

全波整流电路



整流桥



任务 4-1-3 滤波电路的测试任务 4-1-3 滤波电路的测试

做一做



T1

10:1

V1

200 V 50 Hz 0Deg

D1

MDA2500

1

2

4

3

R1100

XSC1

A B

Ext Trig+

+

_

_ + _

C1470uF-POL


② 观察电容滤波电路的输出电压波形，并记录（画在坐标纸上）。 ③ 观察该电路输出电压波形，并记录：输出电压直流分量为 V ，纹波分量峰 - 峰值（用 AC 输入端测量）为 mV 。

4-1-3 电容滤波电路的测试



T1

10:1

V1

200 V 50 Hz 0Deg

D1

MDA2500

1

2

4

3

R1100

XSC1

A B

Ext Trig+

+

_

_ + _

C1470uF-POL

4-1-3 电容滤波电路的测试

④ 观察该电路输出电压波形并记录：输出电压纹波（已消失 /仍存在），但滤波后的纹波要比滤波前（大得多 /小得多）。 ⑤ 观察该电路输出电压波形并记录：滤波后输出电压的直流分量（大于 /等于 /小于）滤波前输出电压的直流分量。



u2

ωt0

ωt

uL

0

电容滤波电路



T1

10:1

V1

200 V 50 Hz 0Deg

D1

MDA2500

1

2

4

3

R1100

XSC1

A B

Ext Trig+

+

_

_ + _

C1470uF-POL


② 按下表所列 C 的容量改变电容，（ RL=100Ω ）并记录仿真结果。

C=500F C=1000F C=2000F

直流分量 /V

纹波（有效值） /mV

电容 C和负载电阻 RL 变化对输出电压作用的测试



T1

10:1

V1

200 V 50 Hz 0Deg

D1

MDA2500

1

2

4

3

R1100

XSC1

A B

Ext Trig+

+

_

_ + _

C1470uF-POL

电容 C和负载电阻 RL 变化对输出电压作用的测试

③ 按下表所列 RL 的阻值改变负载电阻（ C=1000μF ），并记录仿真结果。

RL=50 RL=100 RL=200

直流分量 /V

纹波（有效值） /mV

结果表明，电容 C 越大，输出电压纹波（越大，越小）；负载电阻 RL 越大，输出电压纹波（越大，越小）。



电容滤波电路中电容 C 和负载电阻 RL 变化对输出电压的作用

RLC 越大，电容放电速度越慢，负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高 RL 越小输出电压越小

电容滤波适用于负载电压较高、负载变化不大的场合



任务 4-1-5 稳压电路的测试任务 4-1-5 稳压电路的测试

做一做



串联反馈式稳压电路

ZUR

RRU

2

21O

UO↑ UF↑ UB↓

Uce↑UO↓



4-1-5 串联式稳压电路的仿真测试

U1A

MC4558CD

3

2

4

8

1

V115 V

1

V215 V

2

0

Q12N2222A

3

D11N4370A

R11.0k

4

R23.3k

R31.0k

7V320 V

5

XMM1

0

R410

6

0

① 按图画仿真电路。 ② 按表所列 UI 电压值改变输入电压，并记录仿真结果。 UI/V 30 25 20 15 9 5 1

UO/V

仿真结果表明，当输入电源电压变化时串联式稳压电路（可以 / 不可以）实现稳压作用。




U1A

MC4558CD

3

2

4

8

1

V115 V

1

V215 V

2

0

Q12N2222A

3

D11N4370A

R11.0k

4

R23.3k

R31.0k

7V320 V

5

XMM1

0

R410

6

0

③ 按表所列 RL 阻值改变负载电阻，并记录仿真结果。

RL/ ∞ 5000 1000 200 20 10 5

UO/V

结论：当负载电阻变化时串联式稳压电路（可以 /不可以）实现稳压作用，同时，其最大可能的输出电流（远大于 /基本等于 /远小于）简单稳压管稳压电路。




U1A

MC4558CD

3

2

4

8

1

V115 V

1

V215 V

2

0

Q12N2222A

3

D11N4370A

R11.0k

4

R23.3k

R31.0k

7V320 V

5

XMM1

0

R410

6

0

④ 按表所列 R1 阻值改变取样电阻，并记录仿真结果。

R1/ 10 000 6200 3300 1000 100 0

UO/V

结论：当取样电阻变化时串联式稳压电路（可以 / 不可以）实现输出电压的可调作用，且取样电阻 R1 与

R2 的比值越大，输出电压（越大 / 基本不变 / 越小）；输出电压的最小值为， ______________ （基本等于 Uz/ 与Uz 相差很大），此时R1= ；输出电压的最大值为，当输出电压等于最大输入电压时，电路（仍可以 / 不可以）实现稳压作用。



4-2-1 三端式集成稳压器的测试

U1LM7815CT

V120 V

1

R14.7k

R2

10K_LINKey = A

0%

XMM1

3

0

0

2

结论：当输入电源电压在一定范围内变化时三端式稳压器（可以 / 不可以）实现稳压作用

① 按上图画仿真电路② 按下表所列 UI 电压值改变输入电压，并记录仿真结果

UI/V 30 25 20 15 9 5 1

UO/V



4-2-1 三端式集成稳压器的测试

U1LM7815CT

V120 V

1

R14.7k

R2

10K_LINKey = A

0%

XMM1

3

0

0

2

③ 按下表所列 RL 阻值改变负载电阻，并记录仿真结果

RL/ 5000 1000 200 20 10 5

UO/V

结论：当负载电阻变化时串联式稳压电路（可以 / 不可以）实现稳

压作用结论：实际的三端式稳压器的稳压作用（是完全理想的 / 不是完全

理想的）



三端集成稳压电路

78××

GNDin out



三端集成稳压电路



实训 4 直流稳压电源的设计实训 4 直流稳压电源的设计

学习目标能独立完成直流稳压电源的设计。能解决一般电路故障问题。

工作任务初选电路，画出电路草图。计算电路中各元器件参数，在计算结果的基础上对各元器件进行选型查阅电子元器件手册，并在电路设计过程中正确选用相关元器件。进行电路装接、调试、电路图修改和故障处理。绘制最终的标准电路图。通过上述步骤，独立完成直流稳压电源的设计与制作。



直流稳压电源的性能指标

输出电压 ) , , ( OIO TIUfU

输出电压变化量 TSIRUKU T OoIVO

输入调整因数00

I

OU O

TIU

UK

电压调整率00

I

OOU O

%100/

TIU

UUS



稳压系数00

II

OOO

/

/

TIUU

UU

输出电阻0

0O

Oo I

TUI

UR

温度系数0

0O

I

TUT T

US

直流稳压电源的性能指标



任务直流稳压电源的设计设计指标：

（ 1 ）输出电压 UO=9V±0.5V

（ 2 ）最大输出电流 IOmax=1A

（ 3 ）输出纹波（峰峰值）小于 4mV （ IOmax=1A

时）（ 4 ）其它指标要求同三端式稳压器



设计内容：（ 1）电路原理图设计

任务直流稳压电源的设计

正常工作时，输入、输出电压差为 2 ~3V 。电路中接如电容 C2 ， C3 用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入高频干扰，C4 是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。VD5 是保护二极管，当输入端短路时，给输出电容器 C3 一个放电通路，防止C3 两端电压作用于调整管的 be 结，造成调整管 be 结击穿而损坏。



设计内容：

任务直流稳压电源的测试与设计

（ 2 ）元器件及参数选择

１）三端稳压器

选为 7809 ，其输出电压和输出电流均满足指标要求。

２） D5 、 C2 ， C3 和 C4

VD5 可选小功率二极管 1N4001 ，

C2 、 C3 和 C4 取值如图 7-22 中所示（主要根据工程经验而得到），其中， C2 ， C3 一般为瓷片电容， C4 一般为电解电容，耐压可取 16V 或 25V （大于输出电压的 1.5 倍）。



设计内容：



３）电压 UI 和 U2

UI 和 U2 的取值决定了相关元器件及参数的选择。一般情况下， UI 应比 UO 高 3V 左右（太小影响稳压；太大稳压器功耗大，易受热损坏），所以可取 UI =12V ，考虑电网电压 10％的波动，最终取 UI =13.5V 。

由式（ 7-9 ）可取变压器次级电压有效值 U2 为

受变压器规格的限制，实际应选 U2=12V 。

V3.12V1.1

5.13

1.1I

2 U

U



设计内容：



L1 2

5

R

TC

2.131

121.1

Omax

ILmin I

UR

F3760F3.132

1000205

2

5

Lmin1

R

TC

４）滤波电容 C1

由式（ 7-8 ）可暂定 RLC1=5T/2 ，则

式中， T为市电交流电源的周期， T=20ms ； RL 为 C1 右边的等效电阻，应取最小值，由于 IOmax=1A ，因此，

可见， C1 容量较大，应选电解电容。受规格的限制，实际容量应选为4700F ，其耐压值可取 25V （大于输入电压的 1.5 倍）。C1 的最后取值还需根据纹波电压的要求调整并确定。



设计内容：



５）整流二极管Ｖ D1～Ｖ D4

整流二极管的参数应满足：

最大整流电流 IF ＞ 1.5IOmax=1.5A （暂定）

最大反向电压 UR＞

特别应该指出的是，电容滤波使得电路被接通的一瞬间整流管的实际电流远大于 IOmax （称为浪涌电流），如果 IF 较小，很可能在电路被接通时就已经损坏，因此，一般取 IF ＞ 5IOmax=5A

查手册可选定整流二极管Ｖ D1～Ｖ D4 ，可能有多种选择，不过应充分考虑市场的供货情况

V3422 2 U



设计内容：



６）变压器 Tr

由 U2 值选变压器输出电压为 12V 。

考虑电网电压 10％的波动，稳压电路的最大输入功率

PImax=1.1UIIOmax=1.1×1.1U2IOmax==1.1×1.1×12×1=14.5 （ W ）

考虑变压器和整流电路的效率并保留一定的余量，选变压器输出功率为 20W 。（ 3 ）元器件选型（略）（ 4 ）电路装接与调试或仿真

（略）（ 5 ）电路性能检测（略）（ 6 ）设计文档编写（略）



P7M2 直流稳压电源的设计与调试

模块 4-1 直流稳压电源各单元电路基本特性的测试

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