1、掌握串聯直流穩壓電源的電路構成及特點。

2、學會測試比較器的方法。

二、實驗器材

1、示波器

2、數字萬用表

3、雙蹤示波器

4、元器件：比較器、三極管，基準電壓等耗材一批

• 實驗原理
  

原理簡介：

              直流穩壓電源由變壓器、整流、濾波、穩壓四部分組成，其原理框圖如圖（1）所示。

交流電壓U1(220V,50Hz)經電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓U2，經單向整流電路得到脈動電壓U3，再用濾波器濾去其交流分量，就可得到比較平直的直流電壓U4.但這樣的直流輸出電壓還會隨交流電網電壓波動或負載變動而變化。在對直流供電要求較高的場合，還需使用穩壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩定。圖（2）（3）（4）串聯起來加上保護電路就組成具有放大環節的串聯型穩壓電路圖。

市電經變壓器變壓后變為低壓交流電，通過整流器（四個二極管組成）整流后變為直流信號，但此時的直流信號紋波特別大，無法直接應用于電路之中，因此輸出端會加濾波電容減小紋波。

              加上波濾電容只能粗略地改善紋波，受市電電壓變化、負載變化等多方面因素影響，輸出電壓仍然不夠穩定。因此利用PWM原理控制三極管導通占空比以便動態補償輸出電壓達到穩定目的。

              輸出電壓通過分壓后與基準電壓進行比較，比較器的輸出狀態控制著三極管的導通與截止，從而保證輸出電壓的穩定。

脈沖寬度調制 脈沖寬度調制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調制。它是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用于測量，通信，功率控制與變換等許多領域。一種模擬控制方式，根據相應載荷的變化來調制晶體管柵極或基極的偏置，來實現開關穩壓電源輸出晶 體管或晶體管導通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定。

脈沖寬度調制（PWM）是一種對模擬信號電平進行數字編碼的方法。通過高分辨率計數器的使用，方波的占空比被調制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼。多數負載(無論是電感性負載還是電容性負載)需要的調制頻率高于10Hz，通常調制頻率為1kHz到200kHz之間。

• 實驗內容與步驟
  

              設計一個輸出電壓可調的串聯直流穩壓電源，將220V/ 50HZ的交流電經電壓變壓器，整流電路，濾波電路，穩壓電路后轉變為9~15V的直流穩壓電源。

總電路如圖：

220V電壓徑流橋式整流電路，輸出9.62V電壓。

整流電路將220V交流電轉變為脈動直流電。波形如下：

脈動直流電經過電容濾波，將信號變為較平整的直流電。

波形如下：

穩壓電路：

在穩壓電路中，則是用晶體三極管來代替可變電阻R，利用負反饋的原理，以輸出電壓的變化量控制三極管集射極間的電阻值，以維持輸出電壓的基本不變。

最簡單的串聯型穩壓電路。晶體管T在電路中起電壓調整作用，故稱調整管，因它與負載是串聯聯接的，故稱串聯型穩壓電路。圖中D1與R組成硅穩壓管穩壓電路，給晶體管基極提供一個穩定的電壓，叫基準電壓UZ 。R又是晶體管的偏流電阻，使晶體管工作于合適的工作狀態，由電路可知

UL = Ui - UCE

UBE = UB - UE = UZ - UL

該電路的穩壓原理如下：當輸入電壓Ui 增加或負載電流 IL減小，使輸出電壓UL 增大時，則三極管的UBE減小，從而使IB、IC都減小，UCE 增加（相當于RCE增大）結果使UL基本不變。這一穩壓過程可表示為：

Ui↑（或IL↓）→UL↑→UBE↓→IB↓→IC↓→UCE↑→UL↓

同理，當Ui減小或IL增大，使UL減小時，通過與上述相反的調整過程，也可維持UL 基本不變。

從放大電路的角度看，該穩壓電路是一射極輸出器（RL接于T的射極），其輸出電壓UL 是跟隨輸入電壓UB ＝UZ變化的，因UB 是一穩定值，故UL 也是穩定的，基本上不受Ui 與IL 變化的影響。

該穩壓電路，由于直接用輸出電壓的微小變化量去控制調整管，其控制作用較小，所以，穩壓效果不好。如果在電路中增加一級直流放大電路，把輸出電壓的微小變化加以放大，再去控制調整管，其穩壓性能便可大大提高，這就是帶放大環節的串聯型穩壓電路。

電壓經過穩壓電路，變為8.956V電壓。

調整R2可改變負載兩端的電壓。經過穩壓電路后轉變為9~15V的直流穩壓電源。無論輸入電壓怎樣變化，穩壓電路都穩定在9~15V范圍內。

• 實驗總結
  

串聯型直流穩壓電源是一種應用較為廣泛的電源,穩壓電路是指輸入端輸入的電壓已經是直流電壓,通過穩壓電路使輸出的直流工作電壓Vo穩定在一數字上,而不隨輸入電壓和負載變化而變化。穩壓電路的種類較多,常見的有三種。

1.硅穩壓二級管穩壓電路;

2.串聯調整管穩壓電路;

3.開關型穩壓電路。

串聯穩壓電路主要工作在線性狀態,因此調整管的功耗大.很多情況下調整管的損壞系因其功耗過大發熱所致,所以計算調整管的最大功耗是選擇調整管的關鍵。

直流穩壓電源電路圖：

電阻Ri、R2和電位器RP串聯組成的分壓器構成信號取樣電路，將輸出電壓Uo的變化情況按一定的分壓比取出一部分，提供給比較放大器與基準電壓隨時進行比較。電阻R3與穩壓二極管VZ組成一個基準電壓源，保證比較放大三極管VT2的發射極電壓保持穩定，并以此電壓作為衡量輸出電壓乩高低的標準。限流電阻颶為穩壓二極管VZ提供適當的穩定工作電流，使之工作在穩定電壓范圍內。比較放大管VT2及其集電極負載電阻R4構成比較放大電路。取樣電壓與基準電壓分別加到三極管VT2的基極與發射極，兩電壓之間的差值（稱為誤差電壓）Ube2被三極管VT2放大后送到調整三極管VT1的基極，通過對三極管VT1基極屯流的控制來調整穩壓電路的輸出直流電壓。

串聯型直流穩壓電源電路是通過改變調整三極管的導通程度來達到穩定輸出電壓的目的。調整三極管進行調整的程度既受調整管本身放大倍數的影響，又受控制信號大小的影響。

圖示串聯型穩壓電路，除了變壓、整流、濾波外，穩壓部分一般有四個環節：調整環節、基準電壓、比較放大器和取樣電路。當電網電壓或負載變動引起輸出電壓V0變化時，取樣電路將輸出電壓V0的一部分饋送回比較放大器和基準電壓進行比較，產生的誤差電壓經放大后去控制調整管的基極電流，自動地改變調整管集—射極間的電壓，補償V0的變化，從而維持輸出電壓基本不變。

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2021-4-17 18:29 上傳

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