直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(模電)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)為設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一款輸入220V/50Hz交流電，輸出5V/1A穩(wěn)定直流電壓的電源系統(tǒng)，要求輸出電壓紋波≤50mV，負(fù)載調(diào)整率≤0.5%。實(shí)驗(yàn)基于模擬電子技術(shù)原理，涵蓋變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四大模塊的設(shè)計(jì)與調(diào)試。一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算1.變壓器選型輸入交流電壓有效值為220V，目標(biāo)輸出直流電壓為5V。考慮三端穩(wěn)壓器7805的工作條件（輸入電壓需比輸出高2V以上），設(shè)穩(wěn)壓模塊輸入電壓V_in為7V（留1V裕量）。整流濾波后的直流電壓V_f≈1.2V2（V2為變壓器次級有效值，全波整流電容濾波公式），故V2=V_f/1.2≈7V/1.2≈5.83V，取標(biāo)準(zhǔn)值6V。變壓器變比n=220V/6V≈36.7，選擇次級6V、功率10W（P≥V2×I=6V×1A=6W，留裕量）的小型變壓器。2.整流電路設(shè)計(jì)采用橋式整流電路（4只1N4001二極管），二極管最大反向電壓VRM需≥√2×V2≈8.48V（1N4001的VRM=50V，滿足要求）。二極管平均電流IF≥I_load/2=0.5A（1N4001的IF=1A，滿足要求）。3.濾波電容計(jì)算濾波電容C的選擇需滿足紋波電壓要求。紋波電壓峰峰值ΔV≈(I×T)/(2C)（T=1/50Hz=20ms，半周期10ms），取ΔV≤50mV，I=1A，則C≥(I×T/2)/ΔV=(1A×0.01s)/0.05V=2000μF。實(shí)際選用2200μF/16V電解電容（耐壓≥√2×V2≈8.48V，16V滿足）。4.穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)采用LM7805三端穩(wěn)壓器，其輸入電壓范圍725V，輸出5V±5%，最大輸出電流1.5A（滿足1A需求）。為改善瞬態(tài)響應(yīng)，在輸入端并聯(lián)100nF瓷片電容（濾除高頻噪聲），輸出端并聯(lián)10μF電解電容（抑制低頻紋波）。二、實(shí)驗(yàn)步驟與測試數(shù)據(jù)1.電路搭建與初步測試按原理圖焊接電路板，檢查二極管方向、電容極性、穩(wěn)壓器引腳（1腳輸入，2腳接地，3腳輸出）。接通220V交流電，測量各關(guān)鍵點(diǎn)電壓：變壓器次級電壓V2=5.98V（接近設(shè)計(jì)值6V）；整流輸出（未濾波）峰值電壓Vp=√2×V2≈8.46V，平均值V_avg=0.9×V2≈5.38V（理論全波整流無濾波平均值為0.9V2）；濾波后電壓V_f=6.92V（接近設(shè)計(jì)值7V，因電容充電至峰值后緩慢放電，實(shí)際約1.15V2）；穩(wěn)壓輸出V_out=4.98V（接近5V，誤差0.4%）。2.負(fù)載特性測試通過改變負(fù)載電阻（從空載到1Ω，對應(yīng)電流05A，但限制最大電流1A），測量輸出電壓變化：空載（I=0A）：V_out=5.02V；半載（I=0.5A）：V_out=4.99V；滿載（I=1A）：V_out=4.97V；負(fù)載調(diào)整率=(5.02V4.97V)/5V×100%=1%（略高于設(shè)計(jì)指標(biāo)0.5%，原因是變壓器內(nèi)阻導(dǎo)致輸入電壓隨負(fù)載增大而下降）。3.紋波電壓測量用示波器測量穩(wěn)壓輸出端紋波，峰峰值為35mV（滿足≤50mV要求），主要成分為50Hz諧波（經(jīng)濾波和穩(wěn)壓后衰減明顯）。4.異常情況測試輸入電壓波動（200V240V）：輸出電壓穩(wěn)定在4.95V5.05V（線調(diào)整率≤1%）；輸出短路：穩(wěn)壓器溫度升至55℃（未超過125℃安全閾值），斷開短路后恢復(fù)正常（7805內(nèi)置過流保護(hù)）。三、誤差分析與改進(jìn)1.變壓器次級電壓偏差：實(shí)測V2=5.98V（理論6V），誤差由變壓器繞制精度引起，對后續(xù)電路影響可忽略。2.負(fù)載調(diào)整率超指標(biāo)：因變壓器內(nèi)阻（約0.5Ω）導(dǎo)致負(fù)載增大時(shí)V2下降（滿載時(shí)V2=5.8V），濾波后V_f=6.6V，7805輸入輸出壓差僅1.6V（略低于推薦2V），可增大變壓器功率（如選15W）或提高V2至7V（使V_f=8.4V，壓差3.4V）。3.紋波抑制優(yōu)化：實(shí)測紋波35mV，若需更低（如10mV），可增加濾波電容至4700μF，或在7805輸出端串聯(lián)LC濾波（如10