穩壓器與直流電源供應器

穩壓器與直流電源供應器

零件

78L05 一枚。

LM317T 一枚。

SCR 2P4M 一枚。

Zener diode MZ6.2 一枚。

電阻 240、750、20Ω(5W) 各一枚；

100Ω(2W) 二枚。

可變電阻 10k 一枚。

電容 0.01μF 一枚；

4.7μF 二枚。

目的

瞭解各種穩壓器的使用方法及限制。

相關知識

1. 固定電壓穩壓器的原理及使用；

2. 可調式電壓穩壓器的原理及使用；

3. “撬棍”（Crowbar）式電壓過大保護電路；

4. 直流電源供應器的設計。

預習問題

*1. (a)計算程序2 步驟1 的317 穩壓電路中R2=750Ω時V^out=？這時+Vin最少應該為 多少？

提示：查一下317 的資料，在Iout(max)時之Vdrop-out 為多少？

(b)計算Vout 為5V、10V 及15V 時，R2 分別應該為多少？

2. (a)在程序2 步驟2 中，我們利用317 設計了一個電流源，你能不能從LM317T 的 資料估計出，當+Vin=5V 時，此電流源之Voltage Compliance（即電流源還正常工 作之最高VX）？當+Vin=15V 時，Voltage Compliance =？

(b)計算此電流源電流應該是多大？假如RL為500Ω，此時VX=？VY=？欲使此電 流源正常工作，Vin 至少要多大？假如RL改為1kΩ呢？VX、VY及+Vin 的min 為多 少？

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程序

＜1＞三腳固定電壓穩壓器

在此我們將利用78L05 說明這一類型穩壓器的使用方法。

從上課時發的資料（Fixed Voltage Regulators），可查閱到 78L05 的特性及相關參數：

Output I(Max) Regulation Input Volt.

Vout Accu. @75℃ no heatsink Load Line θJC min max Type Pkg (V) (%) Iout(A) Iout(A) Pdiss(W) (mV) (mV) (℃/W) (V) (V)

LM78L05ACZ TO-92 5 4 0.1 0.1 0.6 5 50 160 7 35

在這個實驗中，我們用的78L05 是 TO-92 型的塑膠包裝，他的接腳圖如下：

在in 的輸入電壓至少為 7V（即 drop-out voltage 至少為 2V），最大不可大於 35V。

輸出為5±4%V，最大輸出電流為 100mA，最大可消耗功率 0.6W（=I_out(V_out-V_in)）。

1. 接腳如下，十分可笑的簡單，Vin慢慢地由0V 往上調到 25V，每隔 1V 記錄一次 Vout，畫出Vout對Vin圖。

78L05 TO-92

Vin Vout +4.7μF +0.01μF ceramic

1.out 2.gnd 3.in

78L05 3-terminal regulator

可調 + 電源 供應器 _

78L05

2. 現在我們測試一下 78L05 的過熱保護系統（Thermal Self-Protection）

(i) 如圖加上 70Ω（100//100+20）負載，Vin由 0V 慢慢上升，注意觀察 Vout，記錄 下在 V_in多大時會觸動 78L05 的過熱保護電路，並觀察當保護電路被觸發時，V_out 有何變化？還是維持5V 嗎？

(ii) 保護電路被觸動後（Vin不要太高），用一小塊濕（不要太濕！並注意不要讓電 路短路了！）的衛生紙（品牌不拘）包住78L05，看看 V_out有何變化？

＜2＞可調式三腳穩壓器：317

這裡我們用LM317T 做測試，他的特性及相關參數 也 可 從 上 課 發 的 資 料 查 到 （Adjustable Voltage Regulators），他的包裝是 TO-220 型，接腳如右：

LM317 會使 ADJ 和 Vout 間維持在 1.25V 的電壓差。

1. 可調式直流電源：

(i) 電路如下圖，V_out的大小可由R₁和R₂的值來調 整，R1用240Ω，R2若是用750Ω，測 Vout之大小？

並測一下R1的兩端電壓差，看他是不是1.25V。+Vin

你覺得用多少比較恰當（請查資料）。

(ii) 將上面電阻中的 R₂用 1k 可變電阻代替，+V_in設在+30V，調整 R₂使得 V_out為 +5V，+9V 及+15V，分別測量 R2的值，記錄下來。又當R2為0 時，Vout為何？

Vin Vout +4.7μF +0.01μF

ceramic

317 TO-220

ADJ Vin

Vout

可調 + 電源 供應器 _

78L05

2. 利用 317 的電流源：

(i) 電路如下圖，+Vin先設定為+5V，調整 1k 可變電阻使得 Vx由0V 慢慢增加，記 錄IL、VX和VY的值。什麼時候此電流源不正常工作？

(ii) +Vin 設為+10V，重複上面實驗。

(iii) Vin 設為+15V，重複上面實驗。

＜3＞“撬棍”式（“Crowbar”）電壓過高 保護電路

有很多電路對於直流電壓源電壓過高

Vin Vout 4.7μF 4.7μF 240Ω R2

317 Simple Current Source

Vin Y

Crowbar Circuit

IN OUT ADJ

可調式 + A

SCR Vout 317

IN OUT ADJ

X

RL 1k

三用電表 電流檔

240 4.7u

極）控制的二極體。SCR 的操作使用方法請參考後面的附錄。

慢慢地調整電源供應器，使V_out由0V 慢慢增加，觀察 V_out，什麼時候SCR 會導通？

導通後你慢慢將直流電源供應器調小，注意Vout的變化。這個電路是不是能防止電 壓太高呢？

問題與討論

1. (a)計算程序 2 步驟 1 的 317 穩壓電路中 R2=750Ω時 Vout=？這時+Vin最少應該為 多少？和實驗結果比較。

提示：查一下317 的資料，在 Iout(max)時之 Vdrop-out為多少？

(b)計算 Vout為5V、10V 及 15V 時，R2分別應該為多少？和實驗結果比較。

2. (a)在程序 2 步驟 2 中，我們利用 317 設計了一個電流源，由實驗結果你可否推知 當+V_in=5V 時，此電流源之 Voltage Compliance（即電流源還正常工作之最高 V_X）？ 當+V_in=15V 時，Voltage Compliance=？你能不能從 LM317T 的資料估計出這些結 果？

(b)計算此電流源電流應該是多大？假如 R_L為500Ω，此時 V_X=？V_Y=？欲使此電 流源正常工作，V_in至少要多大？假如R_L改為1kΩ呢？V_X、V_Y及+V_in的min 為多 少？這些和你的實驗結果相符嗎？

3. 參考附錄中 SCR 之操作方法，說明“撬棍”式（“Crowbar”）電壓過高保護電路之 工作原理。

*4. 利用 LM317 及 LM337 設計一個±10V 的雙電壓源，包括(a)插頭(b)保險絲(c)變 壓器(d)濾波器(e)整流器(f)穩壓器。

End Of Experiment

**本課程的實作專題是要同學製作一個電源供應器，由電路設計到洗電路版，

焊接...到最後裝箱測試。

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