<p> 现有12V,50Hz的交流电源,需要将其转为5V的直流电输出。 基本的思想是先接入桥式电路整流滤波,然后进行降压稳压。 电路原理图如下:</p>
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输出电压波形如下:
输出稳定后,电压约为4.99V。
电路第一部分是桥式整流电路。
1N4007 是封装形式为 DO-41 的塑料封装型通用硅材料整流二极管。广泛应用于各种交流变直流的整流电路中。也用于桥式整流电路。利用1N4007二极管单向导电性,可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电。
电路中滤波电容的选取用以下公式计算:
Iout :指的是电容的放电电流的大小,即电容后面电路的电流的大小。
Vripple :指的是从电容流出的电压的波动的大小,即纹波的最大电压和最小电压的差值。要先自己指定好纹波多大。
f :指的是给电容充电的频率的大小。在全桥整流电路中,一个周期内给电容冲两次电,所以本实验中f =100Hz。
毫无疑问,容量越大则成本越高,但更重要的是,滤波容量大到一定程度,电容容量所带来的好处会越少。
如桥式整流滤波,滤波电容的容量从10uF到100uF,纹波电压改善是64V-22V=42V,从100uF到1000uF的纹波改善值为22V-4.24V=19.6V,而从1000uF到4700uF的纹波改善值就只有4.24-1.35=2.89V了,如下图所示:

很明显可以看到,滤波电容的容量越大,相应的纹波电压是下降了,但是滤波电容越大,则能够获得的好处就更少了,从经济学的角度看,就是边际效益越小(性价比低),不值得这么做。
另外,滤波电容的容量过大,则充电电流(纹波电流)也会越大,过大的纹波电流对电路系统是一个致命的伤害。

本实验中为了避免使用容值过大的电容,同时提高桥式电路输出电压,在桥式电路输出端接了LC 低通滤波器,使输出电压更加平滑。LC滤波无论在小电流还是大电流负载场合都有较强的适应性。桥式电路输出波形如下:

输出电压约15.45V。可见波形十分平稳。
第二部分电路用于获取参考电压。
R3是限流电阻,需要取合适的数值,保证稳压二极管工作在合适的稳压区间。
稳压二极管使运放同相端稳定在3V,通过反相端为后续电路提供参考3V的电压。
当输出电压稳定时,三极管工作在线性放大区。
通过负反馈机制稳定输出电压。当输出端电压变小,反相电压变小,运放输出增大,三极管输出电流增大;反之亦然。
第三部分电路放大输出。
由第二部分电路运放的反相端获取的参考电压Vref=3V,调节R7和R6的比值可以调整输出电压。输出电压计算公式如下:
经过测试,无论输出端负载如何变化,输出电压基本稳定在5V左右,本电路满足实验要求。
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参考文献:

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