直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（穩(wěn)壓管

1、2.10直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)穩(wěn)壓管一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.研究單相橋式整流、電容濾波電路的特性。 2.研究集成穩(wěn)壓器的特點(diǎn)和性能指標(biāo)的測(cè)試方法。3.了解集成穩(wěn)壓器擴(kuò)展性能的方法。 4.學(xué)習(xí)單結(jié)晶體管和晶閘管的簡(jiǎn)易測(cè)試方法。熟悉單結(jié)晶體管觸發(fā)電路（阻容移相橋觸發(fā)電路）的工作原理及調(diào)試方法。5.熟悉用單結(jié)晶體管觸發(fā)電路控制晶閘管調(diào)壓電路的方法。二、 實(shí)驗(yàn)原理 電子設(shè)備一般都需要直流電源供電。大多數(shù)是采用把交流電（市電）轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷闹绷鞣€(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓四部分組成，其原理框圖如圖2-14-1所示。電網(wǎng)供給的交流電壓220V經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓，

2、然后由整流電路變換成方向不變、大小隨時(shí)間變化的脈動(dòng)電壓，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。但這樣的直流輸出電壓，還會(huì)隨交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或負(fù)載的變動(dòng)而變化。還需要穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定。 圖2-14-1 直流穩(wěn)壓電源框圖 隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，穩(wěn)壓電路也制成了集成器件，基本上取代了由分立元件構(gòu)成的穩(wěn)壓電路。集成穩(wěn)壓器的種類很多，通常是選用串聯(lián)線性集成穩(wěn)壓器，而在這種類型的器件中，又以三端式穩(wěn)壓器應(yīng)用最為廣泛。 78、79系列三端式集成穩(wěn)壓器的輸出電壓是固定的，在使用中不能進(jìn)行調(diào)整。 系列三端式穩(wěn)壓器輸出正極性電壓一般有5V、6V、9V、12V、15V、18V、

3、24V 七個(gè)檔次，輸出電流最大可達(dá)1.5mA（加散熱片）。若要求負(fù)極性輸出電壓，則可選用79系列穩(wěn)壓器。圖2-14-2系列的外形和接線圖。它有三個(gè)引出端 輸入端（不穩(wěn)定電壓輸入端）標(biāo)以“” 輸出端（穩(wěn)定電壓輸出端） 標(biāo)以“” 公共端 標(biāo)以“” 除固定輸出三端負(fù)壓器外，還有可調(diào)式三端穩(wěn)壓器LM317，通過外接元件對(duì)其輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同的需要。本實(shí)驗(yàn)所用集成穩(wěn)壓器為三端固定正穩(wěn)壓7812，它的主要參數(shù)有：輸出電壓U0輸出電流L（M）電壓調(diào)整率輸出電阻R0輸出電壓Ui范圍 12V 0.1A（0.5A） 10mV/V 0.15 1517V只有輸出電壓Ui比輸出電壓U0大35V，才能保證集成穩(wěn)

4、壓器工作在線性區(qū)。圖2-14-2 78系列外形及接線圖 圖2-14-3是用三端式穩(wěn)壓器構(gòu)成的單電源電壓輸出串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的實(shí)驗(yàn)電路圖。其中整流部分采用了由四個(gè)二極管組成的橋式整流器。濾波電容C1、C2一般選取幾百幾千微法。當(dāng)穩(wěn)壓器距離整流濾波電路比較遠(yuǎn)時(shí)，在輸入消必須接入電容器C3，以抵 圖2-14-3 由構(gòu)成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源消線路的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。輸出端電容C4（0.1uF）用以濾除輸出端的高頻信號(hào)，改善電路的暫態(tài)響應(yīng)。圖2-14-4為正、負(fù)雙電壓輸出電路，例如某電路需要U015V，則可選用7815和7915三端穩(wěn)壓器，這時(shí)的Ui應(yīng)為單電壓輸出時(shí)的兩倍。當(dāng)集成穩(wěn)壓器本身的輸出電壓

5、或輸出電流不能滿足要求時(shí)，可通過外接電路來進(jìn)行性能擴(kuò)展。圖2-14-5是一種簡(jiǎn)單的輸出電壓擴(kuò)展電路。如7812穩(wěn)壓器的3、2端之間輸出電壓為 12V，因此只要選擇適當(dāng)R的值，使w工作在穩(wěn)壓區(qū)，則輸出電壓U012Uz，可以高于穩(wěn)壓器本身的輸出電壓。 圖2-14-4 正、負(fù)雙電壓輸出電路 圖2-14-5 輸出電壓擴(kuò)展電路圖2-14-6是通過外接晶體管及電阻R1來進(jìn)行電流擴(kuò)展的電路。電阻R1的阻值由外接晶體管的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓UBE、三端式穩(wěn)壓器的輸入電流Ii（近似等于三端穩(wěn)壓器的輸出電流I01）和的基極電流IB來決定。即 式中：IC為晶體管T的集電極電流，它應(yīng)等于IC IoIo1；為的電流放大系數(shù)；

6、對(duì)于鍺管UBE可按0.3V估算，對(duì)于硅管UBE按0.7V估算。 圖2-14-6輸出電流擴(kuò)展電路附：（）圖2-14-7為系列（輸出負(fù)電壓）外形及接線圖 圖2-14-7 系列外形及接線圖（）圖2-14-8為可調(diào)輸出正三端穩(wěn)壓器外形及接線圖 圖2-14-8 LM317外形及接線圖圖2-14-9所示為單相半控橋式整流電路。可控整流電路的作用是把交流電變換為電壓值可以調(diào)節(jié)的直流電。主電路由負(fù)載RL（電燈）和晶閘管T1組成，觸發(fā)電路為單結(jié)晶體管T2及一些阻容元件構(gòu)成的阻容移相橋觸發(fā)電路。改變晶閘管T1的導(dǎo)通角，便可調(diào)節(jié)主電路的可控輸出整流電壓（或電流）的數(shù)值，這點(diǎn)可由電燈負(fù)載的亮度變化看出。 圖2-14-

7、9 單相半控橋式整流實(shí)驗(yàn)電路 晶閘管導(dǎo)通角的大小決定于觸發(fā)脈沖的頻率f。由公式： 可知，當(dāng)單結(jié)晶體管的分壓比（一般在0.50.8之間）及電容值固定時(shí)，則頻率大小由決定，因此，通過調(diào)節(jié)電位器Rw，便可以改變觸發(fā)脈沖頻率，主電路的輸出電壓也隨之改變，從而達(dá)到可控調(diào)壓的目的。用萬用表的電阻擋可以對(duì)單結(jié)晶體管和晶閘管進(jìn)行簡(jiǎn)易測(cè)試。 圖2-14-10單結(jié)晶體管BT33管腳排列、結(jié)構(gòu)圖及元件符號(hào)圖2-14-10為單結(jié)晶體管BT33管腳排列、結(jié)構(gòu)圖及元件符號(hào)。好的單結(jié)晶體管結(jié)正向電阻REB1、REB2均較小，且REB1稍大于REB2，結(jié)的反向電阻RB1E、RB2E均應(yīng)很大，根據(jù)所測(cè)阻值即可判斷出各管腳及管子

8、的質(zhì)量優(yōu)劣。 圖2-14-11為晶閘管管腳排列、結(jié)構(gòu)圖及元件符號(hào)圖2-14-11晶閘管管腳排列、結(jié)構(gòu)圖及電元件符號(hào)。晶閘管陽極（A）陰極（K）及陽極（A）門極（G）之間的正、反向電阻RAK、RKA、RAG、RGA均應(yīng)很大，而G、K之間為一PN結(jié)，PN結(jié)正向電阻應(yīng)較小，反向電阻應(yīng)很大。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件萬用表、示波器、信號(hào)發(fā)生器、三端穩(wěn)壓器7812、7912、晶閘管3CT3A、單結(jié)晶體管BT33、二極管1N1007、穩(wěn)壓管2CW54、電阻電容若干。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 整流濾波電路測(cè)試 圖2-14-12 整流濾波電路按圖2-14-12連接實(shí)驗(yàn)電路。將工頻電壓調(diào)至15V，作為整流電路輸入電壓u2。根據(jù)表中

9、所給出的電路參數(shù)，用萬用表測(cè)出輸出電壓UL，用示波器測(cè)出紋波電壓L，畫出相應(yīng)的uL波形填入表2-14-1中。注意： 每次改接電路時(shí)，必須切斷電源。 在觀察輸出電壓UL波形的過程中，“Y軸靈敏度”旋鈕位置調(diào)好以后，不再變動(dòng)，否則將無法比較各脈沖情況。 集成穩(wěn)壓器性能測(cè)試斷開電源，按圖2-14-3改接實(shí)驗(yàn)電路，取負(fù)載電阻RL120。表2-14-1初測(cè) 接通工頻15V電源，測(cè)量U2值，測(cè)量濾波電路輸出電壓UI，集成穩(wěn)壓器輸出電壓UO，它們的數(shù)值應(yīng)與理論值大致符合，否則說明電路出了故障。設(shè)法查找故障并加以排除。 電路經(jīng)初測(cè)進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，才能進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試。 各項(xiàng)性能指標(biāo)測(cè)試 輸出電壓UO和最

10、大輸出電流Iomax在輸出端接負(fù)載電阻RL120，由于7812輸出電壓UO12V。因此流過RL的電流為Iomax 12120 100mA 。這時(shí)UO應(yīng)基本保持不變，若變化較大則說明集成塊性能不良。 穩(wěn)壓系數(shù)S的測(cè)量改變整流電路輸入電壓U2，（模擬電網(wǎng)電壓波動(dòng)）分別測(cè)出相應(yīng)的穩(wěn)壓器輸入電壓UI及輸出直流電壓UO填入表2-14-2表2-14-2 輸出電阻RO的測(cè)量取U214V，分別測(cè)出當(dāng)RL0、240、120時(shí)的UO值，填入表2-14-2 輸出紋波電壓的測(cè)量取U214V，UO12V、Iomax 100mA，測(cè)出輸出紋波電壓O，記錄之。集成穩(wěn)壓器性能擴(kuò)展 根據(jù)實(shí)驗(yàn)器材，選取圖2-14-和圖2-14-

11、5中各元器件，并自擬測(cè)試方法與表格，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 晶閘管導(dǎo)通、關(guān)斷條件測(cè)試斷開12V、5V電源，按圖2-14-13連接實(shí)驗(yàn)電路 圖2-14-13晶閘管導(dǎo)通、關(guān)斷條件測(cè)試電路晶閘管陽極加12V正向電壓， 門極G開路、 門極G加5V正向電壓、 管子導(dǎo)通后，去掉+5V門極電壓、 反接門極電壓（5V）。上述四種情況分別觀察管子是否導(dǎo)通（導(dǎo)通時(shí)電燈亮，關(guān)斷時(shí)電燈熄滅） 晶閘管導(dǎo)通后，去掉12V陽極電壓和反接陽極電壓（接12V），兩種情況管子是否關(guān)斷。記錄之。 晶閘管可控整流電路 按圖2-14-9連接實(shí)驗(yàn)電路。取可調(diào)工頻電源14V電壓作為整流電路輸入電壓U2，電位器RW置中間位置。 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路 斷開主電路（把電燈取下），接通工頻電源，測(cè)量U2值。用示波器依次觀察并記錄交流電壓u2、整流輸出電壓UI、削波電壓Uw、鋸齒波電壓UE、觸發(fā)電壓UB1。記錄波形時(shí)，注意各波形間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并標(biāo)出電壓幅值及時(shí)間。填入表2-14-3中。表2-14-3改變移相電位器RW阻值，觀察UE及UB1波形的變化及UB1的移相范圍。記入表2-14-3中?？煽卣麟娐窋嚅_電源，接入負(fù)載燈泡RL后，接通工頻電源，調(diào)節(jié)電位器RW，使電燈由暗到中等亮，再到最亮，用示波器觀察并測(cè)量晶閘管兩端電壓UT1、負(fù)載兩端電壓UL，記入表2-14-4。表2-14