电子测量实验报告2
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1 电子测量综合实验报告
——直流可调稳压电源的设计
报告人:
学 号：
专 业：
指导老师：
2010年 12 月 25 日
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摘要：
本稳定电源输出电压可以在2～12v范围调节，额定输出电流为300mA，当电网交
流电压在198V～242V范围变化时，输出电压稳定度<1.5% ，当负载电流从0升到
300mA时，稳压电源内阻<0.5欧姆；当负载电流>500mA时，保护电路动作，自动限
制输出电流。
关键词：
变压器；整流；滤波器；稳压管。
3 目录
1 实验目的
2实验任务与要求
3设计方案论证
4整体电路设计和分析计算
5电路仿真分析
6电路安装与调试
7实验结果和误差分析
8实验总结
9附录：元器件清单
4 一、实验目的
通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试，要求学会：
（1）学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路。
培养综合分析与调试能力；
（2）学会直流稳压殿宇的分析方法和性能指标测试方法。
（3）培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。
二、实验任务与要求
1.集成稳压电源的主要技术指标
（1）输出1~25V的电压，输出电流不超过1A。
（2）输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于5×10-3 ；输出内阻小于0.1欧姆。
2.设计要求
（1）电源变压器只做理论设计。
（2）合理选择集成稳压器及扩流三极管。
（3）完成全电路理论的设计、安装调试、绘制电路图，自制印制板。
（4）撰写设计报告。
三、设计方案论证
直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路、和稳压电路四个部分组成，如下图：
（a） 电源硬件组成部分
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1．电源变压器
电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效率为：
其中： 2 P 是变压器副边的功率， 1 P 是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表1所示：
表1 小型变压器的效率
因此，当算出了副边功率 2 P 后，就可以根据上表算出原边功率 1 P。
2．整流和滤波电路
在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压 u2
变换成脉动的直流电压 u3。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压 u3中的大
部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI。UI与交流电压u2的有效值 U2的关系为：
在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为：
流过每只二极管的平均电流为：
其中：R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容 C提供放电通路，放电时间常数RC应
满足：
其中：T = 20ms是50Hz 交流电压的周期。
3．稳压电路
由于输入电压 u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压 UI会随
着变化。因此，为了维持输出电压 UI 稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是 6 当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维
持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计
的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。
集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压
类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。
（1） 固定电压输出稳压器
常见的有 CW78××（LM78 ×× ）系列三端固定式正电压输出集成稳压器；CW79 ××（LM79
×× ）系列三端固定式负电压输出集成稳压器。三端是指稳压电路只有输入、输出和
接地三个接地端子。型号中最后两位数字表示输出电压的稳定值，有 5V、6V、9V、15V、
18V和24V。稳压器使用时，要求输入电压UI与输出电压 Uo的电压差 UI - Uo ≥2V。稳压器的静态电流 Io = 8mA。当Uo = 5 ~ 18V时，UI的最大值 UImax= 35V；当 Uo=18 ~ 24V时，UI的最大值UImax = 40V。
（2）可调式三端集成稳压器
可调式三端集成稳压器是指输出电压可以连续调节的稳压器，有输出正电压的 CW317
系列（LM317）三端稳压器；有输出负电压的 CW337 系列（LM337）三端稳压器。在可调
式三端集成稳压器中，稳压器的三个端是指输入端、输出端和调节端。稳压器输出电压的可
调范围为Uo=1.2 ~ 37V，最大输出电流 Iomax =1.5A。输入电压与输出电压差的允许范围为：UI -Uo = 3 ~ 40V。
四、整体电路设计和分析计算
将220V的市电经电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压可调转换成可调的直流稳压电源下图是可调式稳压电源的电路图，稳压电路由C1、R5、D5组成的启动电路，R2、RP构成取样电路，D6、D7、R4构成的基准电路，Q1、Q2、Q5构成的比较放大电路，Q2、Q1构成的PNP型复合调整管等组成。R1、LED构成短路后C1、C3的放电回路，同时，发光二极管LED兼作电源指示。开机瞬间，向C1 充电的电流在R5 两端形成一个电压降，极性为上正下负，此电路经D5 加到Q3 基极，Q3 导通，使稳压电路启动输出。
C1 充电结束后，R5 两端电压为0V，此时由于C1 充电已经结束，Q3 截止，稳压电路不能启动。当短路排除后，由于人工关断市电，C1、C3 上的电压经过LED、R1 泄放，再开机便可以正常工作。R3 作为比较放大管的负载电阻接在稳压输出端比接在整流电路后稳压，滤波作用好。Q4 的输出电压ceV 加在Q5 的发射极，提高控制灵敏度。具体设计如仿真电路所示：
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(注：本图是用Multisim 11.0软件绘图，图中元器件数量及规格见附表)8
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五、电路仿真分析
(注：本图是用Multisim 11.0软件绘图，图中元器件数量及规格见附表)
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稳压电源输出电压的最大值：U=11.973V.
最大输出电流：I=298.528mA.
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稳压电源输出电压的最小值：U=1.905V.
最小输出电流：I=29.528mA.
12 六、电路安装与调试
（1）整流滤波环节调试
调试电路如图2-7所示。断开与稳压部分的连线，单独测试整流滤波电路性能，将自藕调压器自零位逐步升压，若无异常，则可调至220V输出，并检查：
1. 空载直流输出电压0U≈22U=2*15V=21V;
2. 当负载电流I2=300mA时，应有
0U≈（1.1-1.2）2U=17～18v
常见故障：二极管有一只开路（或损坏）；滤波电容C开路或失效，使输出电压下降。
（2）稳压电源空载调试
断开负载LR,将稳压部分和整流部分连接，过保护管也暂时断开.
1. 调节电位器RP，输出电压应该可以调节，且0U可以在3～12v范围发生变化；
2. 将交流电压增加10%，调至242v，此时调整管Q1的压降CEU (3) 稳压电源带负载调试 在图2-7中，将负载LR接入输出端，由大到小调节，并检查： 1. 带负载输出功率0P=0U*LI U取10V，I调至300mA。 2. 带负载调压范围0U=3～12v. 3. 调整管的安全管耗P=CEU*LI应该小于允许值，CEU式中去交流升压至242V，直流0U=10V时的最大压降；LI取最大可能值500mA. 13 七、实验结果和误差分析 1. 稳定度0K=IU*100% 将220V交流电压增、减10%，并保持LI=300mA不变，用电压表测量并计算； 2. 测量稳压电源的内阻r 交流电压保持为220V，负载电流LI由0到300mA变化，有电压表测量并计算： R=(U1-U2)/(I1-I2) 6.误差分析： 综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有: ① 测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差; ② 电流表内阻串入回路造成的误差; ③ 测得纹波电压时示波器造成的误差; ④ 示波器, 万用表本身的准确度而造成的系统误差; 可以通过以下的方法去改进此电路: ① 减小接触点的微小电阻; ② 根据电流表的内阻对测量结果可以进行修正; ③ 测得纹波时示波器采用手动同步; ④ 采用更高精确度的仪器去检测; 八、实验总结 通过本次设计,让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标.也让我们认识到在此次设计电路中所存在的问题;而通过不断的努力去解决这些问题.在解决设计问题的同时自己也在其中有所收获.我们这次设计的这个直流稳压电源电路;采用了三极管（9015、9012、9013）和3DD15A管来实现电压的调整。
