实验十一 集成稳压器

一、 实验目的

1、 研究单相桥式整流、电容滤波电路的特性 2、 了解集成三端稳压器的特性和使用方法。 1、 掌握集成稳压器主要性能指标的测试方法。

二、实验预习与仿真 实验预习

1、复习《电子技术基础》（模电部分）中集成稳压电路的有关内容。 2、了解相关章节的整流、滤波等内容

3、了解集成稳压器7812的主要技术参数。 4、设计实验思路及自拟实验数据表。 实验仿真

在Multisim10中绘制实验电路图4.11.1，变压器输出16v,用示波器观察桥式整流后的输出波形，用电压表的直流与交流分别测量输出。

XSC1 2V1 D10T22 220 Vrms 4150 Hz 13 0° 31B4B42 XMM2XMM1 图4.11.1桥式整流线路

图4.11.2桥式整流波形 图4.11.3输入电压

Ext Trig+_AB+_+_

图4.11.3输出直流测量 图4.11.4输出交流测量

在Multisim10中绘制实验电路图4.11.5，变压器输出16v，观察加入滤波电容后的输出波形与输出交流、直流测量的电压，分别观察滤波电容100μ和470μ的情况。 XSC1 V12D1 0T22220 Vrms 41240Ω 50 Hz R1130° 3 C11B4B42100uF XMM2 XMM1 图4.11.5桥式整流和电容滤波线路

图4.11.6桥式整流和电容滤波输出波形（电容容量100μ）

Ext Trig+_AB+_+_

图4.11.7滤波电容100μ时 图4.11.8滤波电容100μ时

输出直流 输出交流

图4.11.9桥式整流和电容滤波输出波形（电容容量470μ）

图4.11.7滤波电容470μ时 图4.11.8滤波电容470μ时

输出直流 输出交流

在Multisim10中绘制实验电路图4.11.9，变压器输出16v，观察加入集成稳压7812后输出波形及交、直流电压。

XMM2V1220 Vrms 50 Hz 0¡ã 02A+_+B_XSC1Ext Trig+_XMM3D11T224331C11B4B42470uFC2330nFU1LM7812CT100uFLINEVOLTAGEVREGCOMMON240¦¸C3100nFR1C4图4.11.9集成稳压电源

图4.11.10集成稳压电源输出波形

图4.11.11集成稳压电源输出交、直流电压

三、实验原理与参考电路

直流稳压电源几乎是所有电子设备不可缺少的。它由变压器、整流器、滤波器和稳器四部分组成。稳压器只是直流稳压电源的一部分

图4.11.12单相桥式整流电路 图4.11.13单相桥式整流波形 1、整流

单相桥式整流电路是最基本的整流器，在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。根据图4.11.12电路图可知：当正半周时二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当负半周时二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波仍是正半周。

π122 VOVL2V2sintdtV20.9V2ππ 0流过负载的平均电流为：

图4.11.14 桥堆管脚图

2、滤波

22V20.9V2ILπRLRL

滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L 应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。

电容滤波电路在负载电阻上并联了一个滤波电容C。若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压v2给电容器C 充电。此时C 相当于并联在v2上，所以输出波形同v2 ，是正弦形。在刚过90°时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过90°时二极管仍然导通。在超过90°后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。所以，在t1到t2时刻，二极管导电，Ｃ充电，vC=vL 按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，vC=vL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。这就是电容滤波过程。

图4.11.15 滤波波形

3、稳压

常用的稳压线路：典型的串联型稳压电路如图图4.11.16 所示。它由调整管、放大环节、比较环节、基准电压源几个部分组成。

图4.11.16串联型稳压电路

目前，由分立元件构成的稳压器几乎被淘汰，取而代之的是应用广泛的集成稳压器。集成稳压器具有性能指标高，使用、组装十分方便等特点。其型号较多，如μA7800系列是美国仙童公司生产的，LM7800系列是美国国家半导体公司生产的。我国生产的型号为CW7800系列。该系列的后两位数字代表固定稳压输出值，如7812表示稳压输出为+12V；7900系列是负输出稳压器，如7912表示稳压输出为—12V。

（1）7800系列三端固定正输出稳压器

7800系列的集成稳压器广泛应用于各种整机或电路板电源上。其稳定输出电压从+5~+24有七个档次；加装散热器后输出额定电流可达1.5A。稳压器内部具有过流、过热和安全工作区保护电路，一般不会因过载而损坏。如果外部接少量元件还可构成可调式稳压器和恒流源。7800系列集成稳压器的外形图及外引线排列见图4.11.17。其典型应用电路见图4.11.18.

1. 2. 3. 输入端 接地端 输出端 2 3 1 1——输入端 1

2

3

（a） （b） 图4.11.17 7800系列集成稳压器外形及其外引线排列 （a）塑料直插式 （b）金属菱形封装式

2——输出端 3——接地端

图4.11.18 7800系列稳压器典型应用电路

图4.11.2所示电路中，C2用于抑制过压和纹波；C4用于改善负载瞬态响应。为保证稳压器能正常工作，对输入直流电压也有所要求，一般输入直流电压应比输出直流电压高出2~3V，不宜高出太多，高出太多使稳压器功耗过大，已损坏稳压器。

（2）7900系列三端固定负输出稳压器

7900系列的稳压器与7800系列基本相同，只是输出的电流较小，加装散热器后，输出额定电流只能达到500mA左右。7900系列集成稳压器的外形及引线排列见图4.11.19.

1 输入端 2 接地端 3 输出端 1 1——接地端 1 2

3

2——输出端 3——输入端 图4.11.193 7900系列集成稳压器外形及外引线排列

(a) 塑封直插 (b) 金属菱形封装

2 3 （a） (b) 2、稳压器的主要参数及测试方法 （1）稳压系数SV

直流稳压电源可用图4.11.20所示框图表示。当输出电流不变（且负载为确定值）时，输入电压变化将引起输出电压变化，则输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比，定义为稳定系数，用SV表示

S=VVO/VOVI/VI

L0

I测量时，如选用直流数字电压表，可直接测出当输入电压VI增加或减少10%时，其相应的输出电压VO、VO1、VO2，求出VO1、VO2，并将其中数值较大的VO代入SV表达式中。显然，SV愈小，稳压效果愈好。

图4.11.20 稳压电源框图

Ii

Ui

稳压源

RL U0

（2）输出电阻RO

输入电压不变，当负载变化是输出电流增加或减小，回忆起输出电压发生很小变化，则输出电压变化量与输出电流变化量之比，定义为稳压电源的输出电阻，用RO表示。

R式中

VOO=

ILVI0IL

ILILILminILmax=—（为稳定器额定输出电流，ILmin=0）.

测量时，令VI=常数，用直接测量法（或差值法）分别测出ILmax时的VO1和ILmin=0时的VO2，求出VO，即可算出RO。

（3）纹波电压

纹波电压是指输出电压交流分量有效值，一般为毫伏数量级。

测量时，保持输出电压VO和输出电流IL为额定值，用交流电压表直接测量即可。

四、实验内容

1、 整流滤波电路测试

按图图4.11.21 连接实验电路。取可调工频电源电压为16V， 作为整流电路输入电压u2。

图4.11.21 整流滤波电路

1) 取RL＝240Ω ，不加滤波电容，测量直流输出电压UL 及纹波电压并用示波器观察u2和uL波形，记入表18－1 。

L

，

2) 取RL＝240Ω ，C＝100μf ，重复内容1)的要求，记入表4.11.1。

3) 取RL＝120Ω ，C＝470μf ，重复内容1)的要求，记入表4.11.1。 表4.11.1 U2＝16V

电 路 形 式 UL（V） （V） uL波形 LRL=240Ω RL=240Ω C=100µf RL=240Ω C=470µf 注意①每次改接电路时，必须切断工频电源。

②在观察输出电压uL波形的过程中，“Y 轴灵敏度”旋钮位置调好以后，不要再变动，否则将无法比较各波形的脉动情况。

2、用差值法测试图4.11.21稳压器的稳压系数SV。具体线路下图，测试交流输入不同时，UI、UO值。表格记录并计算

3、。

测 试 值 计算值

U（ U（V） U（V） S 2V）IO

6 S12＝

14 S23＝

16

17 3、测试输出电阻RO。

取U2＝16V ，分别去RL，使I0为空载、50mA和100mA，测量相应的U0值，

测 试 值 计算值

I0（mA） U0（V） R0（Ω）

空载 R012＝

50

R023＝ 100

改变负载，得出不同的输出电压与电流，计算输出电阻R0。 4、测试纹波电压值。

取U2＝16V ，U0＝12V，I0＝100mA ，测量输出纹波电压U0，记录之。

五、实验报告要求

1、记录测试条件和测试结果。

2、分析、整理实验结果，对集成稳压器的性能给与评价

六、注意事项

虽然集成稳压器的内部有很好的保护电路，但在实际使用中仍会因为使用不当而损坏。故应特别注意以下几点：

1、输入、输入不能接反，若反接电压超过7V，将会损坏稳压管。 2、输入端不能短路，故应在输入、输出端接一个保护二极管。

3、防止浮地故障。由于三端稳压器的外壳为公共端，当它装在设备底板或

外机箱上时，迎接上可靠的公共连接线。

七、实验元器件

三端稳压器 CW7815 1片

电阻 300、56、10、1.5各一只 电位器 680 1只；1k 1只

电容 2000μF 、200μF、100μF、0.22μF、0.1μF各一只；1μF 2只