集成稳压器优化直流稳压电源设计

一、实验目的

① 熟悉集成稳压器件的使用方法。

② 研究集成稳压器的特点和性能指标测试方法。

二、实验原理

由于集成稳压器具有体积小、外接线简单、使用方便、工作可靠和通用性强等优点，因此在各种电子设备中应用十分普遍，基本上取代了由分立元件构成的稳压电路。集成稳压器的种类很多，应根据设备对直流电源的要求来进行选择。对于大多数电子仪器、设备和电子电路来说，通常是选用串联线性集成稳压器。而在这种类型的器件中，又以三端式稳压器应用最为广泛。

78，79系列三端式集成稳压器的输出电压是固定的，在使用中不能进行调整，78系列三端式稳压器输出正极性电压，一般有5 V，6 V，9 V，12 V，15 V，18 V，24 V共7个档次，输出电流最大可达1.5 A（加散热片）。同类型78M系列稳压器的输出电流为0.5 A，78L系列稳压器的输出电流为0.1 A。若要求负极性输出电压，则可选用79系列稳压器。图1.12.1为78系列稳压器的外形和接线图。它有3个引出端：

输入端（不稳定电压输入端—— 标以“1”；

输出端（稳定电压输出端）—— 标以“2”；

公共端——标以“3”。

图1.12.1 78系列稳压器外形及接线图

除固定输出三端稳压器外，还有可调式三端稳压器，后者可通过外接元件对输出电压进行调整，以适应不同的需要。

本实验所用集成稳压器为三端固定正稳压7812，它的主要参数如下：

输出直流电压为Uo=+12 V；

输出电流为L—— 0.1 A，M—— 0.5 A；

电压调整率为10 mV/V；

输出电阻Ro= 0.15 Ω；

输入电压UI的范围为15～17 V。因为一般UI要比Uo大3～5 V，才能保证稳压器工作在线性区。

图1.12.2是用三端式稳压器7812构成的单电源电压输出串联型稳压电源的实验电路图。

图1.12.2 由7812构成的串联型稳压电源

其中整流部分采用了由4个二极管组成的桥式整流集成块（又称桥堆），型号为1CQ-4B，其内部接线和外部管脚引线如图1.12.3所示。滤波电容C1，C2一般选取几百到几千微法。当稳压器距离整流滤波电路比较近时，在输入端必须接入电容器C3（0.33 μF），以抵消线路的电感效应，防止产生自激振荡。输出端电容C4（0.1μF）用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态响应。

图1.12.3 ICQ-4B管脚图

图1.12.4所示为正负双电压输出电路。例如，需要Uo1=+18V，Uo2=-18V，则可选用7818和7918三端稳压器，这时的UI应为单电压输出的2倍。

图1.12.4 正负双电压输出电路

图1.12.5 输出电压扩展电路

当集成稳压器本身的输出电压或输出电流不能满足要求时，可通过外接电路来进行性能扩展。图1.12.5是一种简单的输出电压扩展电路。如7812稳压器的3，2端间输出电压为12 V，因此只要适当选择R值，使稳压管DZ工作在稳压区，则输出电压Uo=12+Uz，可以高于稳压器本身的输出电压。图1.12.6是通过外接晶体管T及电阻R1来进行电流扩展的电路。电阻R1的阻值由外接晶体管的发射结导通电压UBE、三端式稳压器的输入电流Ii（近似等于三端稳压器的电流Io I）和T的基极电流IB来决定，即

式中，IC为晶体管T的集电极电流，IC=Io-Io1；β为T的电流放大倍数；对于锗管UBE可按0.3估算，对于硅管UBE按0.7估算。

图1.12.6

图1.12.7所示为79系列（输出负电压）稳压器的外形及接线图。

图1.12.7 79系列稳压器外形及接线图

图1.12.8所示为可调输出正三端稳压器317的外形及接线图。

输出电压计算公式为

最大输入电压UImax=40V

输出电压范围Uo=1.2～37V

Io=1.5A

图1.12.8 317外形及接线图

三、实验设备与器件(www.xing528.com)

可调工频电源；双踪示波器；交流毫伏表；直流电压表；直流毫安表；三端稳压器7812×1， 7912×1，桥堆ICQ-4B×1；电阻，电容若干。

四、实验内容

1．整流滤波电路测试

按图1.12.9连接实验电路，取可调工频电源14 V电压作为整流电路输入电压u2。接通工频电源，测量输出端直流电压UL及纹波电压u L，用示波器观察U2，UL的波形，并记录下数据和波形。

图1.12.9 整流滤波电路

2．集成稳压器性能测试

断开工频电源，按图连接1.12.2实验电路，取负载电阻RL=120 Ω。

（1）初测

接通工频14 V电源，测量u2、滤波电路输出电压UI、集成稳压器输出电压Uo，它们的数值应与理论值大致符合。否则，说明电路出了故障，应设法查找故障并加以排除。

电路经初测进入正常工作状态后，才能进行各项指标的测试。

（2）各项性能指标测试

① 输出电压Uo和最大输出电流Iomax的测量。

在输出端接负载电阻RL=120 Ω，由于7812榆出电压Uo=12 V，因此流过RL的电流为

这时Uo应基本保持不变，若变化较大则说明集成块性能不良。

② 稳压系数S的测量。

取Io=100 mA，按表1.12.1改变整流电路输入电压u2（模拟电网电压波动），分别测出相应的稳压器输入电压UI及输出直流电压Uo，记入表1.12.1。

③ 输出电阻Ro的测量。

取u2=14 V，改变RL值（240 Ω，120 Ω），使Io依次为空载、50 mA和100 mA，测量相应的Uo值，记入表1.12.2中。

④ 输出纹波电压的测量。

取u2=15 V，Uo=12 V，Io=100 mA，测量输出纹波电压uo，并记录。

表1.12.1 稳压系数（Io=100 mA）

表1.12.2 输出电阻（u2=14 V）

（3）集成稳压器性能扩展

根据实验器材，选取图1.12.4和图1.12.5所示电路中各元器件，并自拟测试方法与表格，记录实验结果。

五、预习要求

① 预习集成稳压器的工作原理，要求能正确掌握外接元件的连接方法。

② 在测试稳压系数S和输出电阻Ro时，应怎样选择测试仪表？

③ 估计在实验中可能产生的问题和应采取的保护措施，以防器件受到意外损坏。

六、思考题

① 集成稳压器与分立元件串联型稳压电源各有何特点？集成稳压器是否能完全取代分立元件的稳压电源？

② 参阅其他资料，了解还有哪些型号的集成稳压器，以及它们在性能指标方面有何差异。

七、实验报告要求

① 整理实验数据，计算S和Ro，并与手册上的典型值进行比较。

② 分析讨论实验中发生的问题。