五、 实验数据

注：UL波形为直流耦合的波形，ul波形为交流耦合的波形。

第二篇：串联型晶体管稳压电源

       ─ 串联型晶体管稳压电源 ─

一、实验目的

　1、 研究单相桥式整流、电容滤波电路的特性。

　2、 掌握串联型晶体管稳压电源主要技术指标的测试方法。

二、实验原理

电子设备一般都需要直流电源供电。这些直流电除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源。

图18－1  直流稳压电源框图

直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图18－1 所示。电网供给的交流电压u₁(220V,50Hz) 经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压u₂，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压u₃，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压u_I。但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。

　　图18－2 是由分立元件组成的串联型稳压电源的电路图。其整流部分为单相桥式整流、电容滤波电路。稳压部分为串联型稳压电路，它由调整元件（晶体管T₁）；比较放大器T₂、R₇；取样电路R₁、R₂、R_W，基准电压D_W、R₃和过流保护电路T₃管及电阻R₄、R₅、R₆等组成。整个稳压电路是一个具有电压串联负反馈的闭环系统，其稳压过程为：当电网电压波动或负载变动引起输出直流电压发生变化时，取样电路取出输出电压的一部分送入比较放大器，并与基准电压进行比较，产生的误差信号经T₂放大后送至调整管T₁的基极，使调整管改变其管压降，以补偿输出电压的变化，从而达到稳定输出电压的目的。

图18－2  串联型稳压电源实验电路

　　由于在稳压电路中，调整管与负载串联，因此流过它的电流与负载电流一样大。当输出电流过大或发生短路时，调整管会因电流过大或电压过高而损坏，所以需要对调整管加以保护。在图18－2 电路中，晶体管T₃、R₄、R₅、R₆组成减流型保护电路。此电路设计在I_0P＝1.2I₀时开始起保护作用，此时输出电流减小，输出电压降低。故障排除后电路应能自动恢复正常工作。在调试时，若保护提前作用，应减少R₆值；若保护作用迟后，则应增大R₆之值。

　　稳压电源的主要性能指标:

1、  输出电压U₀和输出电压调节范围

    调节R_W可以改变输出电压U₀。

    2、 最大负载电流I_0m

  　3、 输出电阻R₀

　　输出电阻 R₀ 定义为：当输入电压U_I（指稳压电路输入电压）保持不变，由于负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流变化量之比，即

         

   　4、 稳压系数S （电压调整率）

稳压系数定义为：当负载保持不变，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比，即

    由于工程上常把电网电压波动±10％做为极限条件，因此也有将此时输出电压的相对变化△U₀／U₀做为衡量指标，称为电压调整率。

  　5、 纹波电压

输出纹波电压是指在额定负载条件下，输出电压中所含交流分量的有效值（或峰值）。

    三、实验设备与器件

  　1、 可调工频电源             2、 双踪示波器

    3、 交流毫伏表               4、 直流电压表

    5、 直流毫安表               6、 滑线变阻器200Ω/1A

    7、 晶体三极管 3DG6×2(9011×2)，3DG12×1(9013×1)

        晶体二极管 IN4007×4       稳压管 IN4735×1

电阻器、电容器若干

    四、实验内容

  　1、 整流滤波电路测试

按图18－3 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18－3  整流滤波电路

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

  　2) 取R_L＝240Ω ，C＝470μf ，重复内容1)的要求，记入表18－1。

3) 取R_L＝120Ω ，C＝470μf ，重复内容1)的要求，记入表18－1。

表18-1       U₂＝16V

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u_L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、串联型稳压电源性能测试

    切断工频电源，在图18－3基础上按图18－2连接实验电路。

 　 1) 初测

    稳压器输出端负载开路，断开保护电路，接通16V工频电源， 测量整流电路输入电压U₂，滤波电路输出电压U_I（稳压器输入电压）及输出电压U₀。调节电位器R_W，观察U₀的大小和变化情况，如果U₀能跟随R_W线性变化，这说明稳压电路各反馈环路工作基本正常。否则，说明稳压电路有故障，因为稳压器是一个深负反馈的闭环系统，只要环路中任一个环节出现故障（某管截止或饱和），稳压器就会失去自动调节作用。此时可分别检查基准电压U_Z，输入电压U_I，输出电压U₀，以及比较放大器和调整管各电极的电位（主要是U_BE和U_CE），分析它们的工作状态是否都处在线性区，从而找出不能正常工作的原因。排除故障以后就可以进行下一步测试。

  　2) 测量输出电压可调范围

　　接入负载R_L（滑线变阻器），并调节R_L，使输出电流I₀≈100mA。再调节电位器R_W， 测量输出电压可调范围U_0min～U_0max。且使R_W动点在中间位置附近时U₀＝12V。若不满足要求，可适当调整R₁、R₂之值。

  　3) 测量各级静态工作点

　　调节输出电压U₀＝12V，输出电流I₀＝100mA ， 测量各级静态工作点，记入表18－2。

 表18-2   U₂＝16V  U₀＝12V  I₀＝100mA

  　4) 测量稳压系数S

　　取I₀＝100mA，按表18－3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U_I及输出直流电压U₀，记入表18－3。

  　5) 测量输出电阻R₀

取U₂＝16V ，改变滑线变阻器位置，使I₀为空载、50mA和100mA，测量相应的U₀值，记入表18－4。

表18－3     I₀＝100mA             表18-4    U₂＝16V

  　

6) 测量输出纹波电压

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

7) 调整过流保护电路

  　a. 断开工频电源，接上保护回路，再接通工频电源，调节R_W及R_L 使U₀＝12V，I₀＝100mA ，此时保护电路应不起作用。测出T₃管各极电位值。

  　b. 逐渐减小R_L，使I₀增加到120mA ，观察U₀是否下降，并测出保护起作用时T₃管各极的电位值。若保护作用过早或迟后，可改变R₆之值进行调整。

  　c. 用导线瞬时短接一下输出端，测量U₀值，然后去掉导线， 检查电路是否能自动恢复正常工作。

   五、实验总结

　  1、 对表18－1 所测结果进行全面分析，总结桥式整流、 电容滤波电路的特点。

　  2、 根据表18－3和表18－4所测数据，计算稳压电路的稳压系数S和输出电阻R₀，并进行分析。

  　3、 分析讨论实验中出现的故障及其排除方法。