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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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
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
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
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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
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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
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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
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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 4-1-1 电源变压器基本特性的测试
模拟电子技术与应用 ----- 项目 4 直流稳压电源的测试与设计
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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
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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
① 按图画仿真电路。
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
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T1
10:1
V1
200 V 50 Hz 0Deg
D1
MDA2500
1
2
4
3
R1100
XSC1
A B
Ext Trig+
+
_
_ + _
C1470uF-POL
① 按图画仿真电路。
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
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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。
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T1
10:1
V1
200 V 50 Hz 0Deg
D1
MDA2500
1
2
4
3
R1100
XSC1
A B
Ext Trig+
+
_
_ + _
C1470uF-POL
① 按图画仿真电路。
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
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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)。
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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
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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。
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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
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。
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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
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。
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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
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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)
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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。
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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
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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
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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
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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。
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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)。
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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
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
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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
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。
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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
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
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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
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)
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