实验报告：串联型晶体管稳压电源的设计

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实验报告：串联型晶体管稳压电源的设计

一、设计任务

　1、研究单相桥式整流、电容滤波电路的特性。

　2、学习串联型晶体管稳压电源的设计方法以及主要技术指标的测试方法。

二、设计要求及主要技术指标

设计要求

1、方案论证，确定总体电路原理方框图。

2、单元电路设计，元器件选择。

3、安装调试及测量结果。

主要技术指标

1、电网供给的交流电压U₁为220V，50HZ。

2、变压器输出电压U₂为18V～20V，50HZ。

3、稳压电源输出直流可调电压6V<U₀<15V，最大负载电流100mA左右。

4、驱动负载120Ω<R_L<240Ω。

三、稳压电源原理描述

参见Chap10内容。

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10.1 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10.1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10.2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10.2 串联型稳压电源实验参考电路

　　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10.2 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）。

四、安装测试内容

利用Multisim作为工具，参照图10.2安装电路，调试测量时按下列各步骤进行。

　1、整流滤波电路测试

参照图10.3 连接电路。取可调工频电源电压为16V，作为整流电路输入电压u₂。

图10.3 整流滤波电路

　2、串联型稳压电源性能测试

切断工频电源，在图10.3基础上按图10.2连接电路。

　 (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。