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实验七 串联型晶体管稳压电源

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。

实验原理

电子设备一般都需要直流电源供电。这些直流电除了小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。直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路4部分组成，其原理框图如图13-1所示。

电网供给的交流电压表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理，就可得到比较平直的直流电压。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13-2是由分立元件组成的串联型稳压电源的电路图。其整流部分为间相桥式整流和电容滤波电路。稳压部分为串联型稳压电路，它由调整元件（晶体管V1)；比较放大器V2、R7；取样电路R1、R2、RP,基准电压VDZ、R3；过流保护电路V3管及电阻R4、R5和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。其稳压过和为: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，并与基准电压进生比较，产生的误差信号经V2放大后送至调整管V1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。

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夺过高而损坏，所以需要对调整管加以保护。在13-2电路中，晶体管V3、R4、R5和R6组成减流型保护电路。此电路设计在1OP=1.2IO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，若保护功能提前作用，应减小R6值；若保护功能迟后，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RP可以改变输出电压UO。

（2）最大负载电流IOM。

（3）输出电阻RO

输出电阻RO定义为：当输入电压Ui(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作为极限条件，因此也有将此时输出电压的相对变化作为衡量指标，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）。

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和电阻器、电容器若干只。

实验内容

1.整流滤波电路测试

按图13-3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。

（1）取RL=240Ω，不加滤波电容，测量直流输出电压UL及纹波电压uL，并用示波器观察u2和uL波形，并记入表13-1中

（2）取RL=240Ω,C=470uF,重复内容（1）的要求，并记入表13-1中

（3）取RL=120Ω,C=470uF,重复内容(1)的要求，并记入表13-1中

注意：

每次改接电路时，必须切断工频电源。

‚在观察输出电压uL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13-3基础上按图13-2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Ui(稳压器输入电压）及输出电压UO。调节电位器RP，观察UO的大小和变化情况。如果UO能跟随RP线性变化，这说明稳压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UZ,输入电压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RL(滑线变阻器），使输出电流IO≈100mA。再调节是位器RP，测量输出电压可调范围UO，min～UO，max，且使RP动点在中间位置附近时UO=12V。若不满中要求，可适当调整R1和R2之值。

（3）测量各级静态工作点

调节输出电压UO=12V，输出电流IO=100mA，使工频电源为16V情况下，测量各级静态工作点，并记入表13-2中。

（4）测量稳压系数S

取IO=100mA，按表13-3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Ui及输出直流电压UO，记入表13-3中。

（5）测量输出电阻RO

取u2=16V，改变滑线变阻器位置，使IO为空载、50mA和100mA，测量相应的UO值，记入表13-4中。

（6）测量输出纹波电压

取u2=16V，UO=12V，IO=100mA，测量输出纹波电压ÛO，并记录之。

（7）调整过流保护电路

断开工频电源，接上保护回路；再接通工频电源，调节RP及RL使UO=12V,IO=100mA,此时保护电路应不起作用。测出V3管各极电位值。

‚逐渐减小RL，使IO增加到120mA,观察UO是否下降，并测出保护起作用时V3管各极的电位值。若保护作用过早或过滞后，可改变R6之值进行调整。

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

实验总结

（1）对表13-1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13-3和表13-4所测数据，计算稳压电路的稳压系数S和输出电阻RO，并进行分析。

（3）分析讨论实验中出现的故障及其排除方法。

预习要求

（1）复习教材中有关分立元件稳压电源部分内容，并根据实验电路参数估算UO的可调范围及UP=12V时V1,V2管的静态工作点（假设调整管的饱和压降UCEIS≈1V)。

（2）说明图13-2中u2、UI、UO及ÛO的物理意义，并从实验仪器中选择合适的测量仪表。

（3）在桥式整流电路实验中，能否用双踪示波器同时观察u2和uL波形，为什么？

（4）在桥式整流电路中，如果某个二极管发生开路、短路或反反接3种情况，将会出现什么问题？

（5）为了使稳压电源的输出电UO=12V，则其输入电压的最小值UI,min应等于多少？交流输入电压u2,min又怎样确定?

（6）当稳压电源输出不正常，或输出电压UO不随取样电位器RP而变化时，应如何进行检查并找出故障所在？

（7）分析保护电路的工作原理。

（8）怎样提高稳压电源的性能指标（减小S和RO)?