串联型晶体管直流稳压电源的实验优化

一、实验目的

掌握直流串联型稳压电源的调试方法和主要性能测试方法。

二、实验原理

直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波器和稳压电路四部分组成。电网供给的交流电压u1（220 V，50 Hz）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UI，再经滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压，再经过稳压电路就可得到稳定的直流电压了。

图1.11.1 串联型稳压电源实验电路

图1.11.1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，RP；基准电路R3，DZ，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。

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1.11.1所示电路中，晶体管T3，R4，R5，R6组成减流型保护电路。此电路设计在Iop=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，若保护作用提前，应减小R6的阻值；若保护作用延后，则应增大R6的阻值。

稳压电源的主要性能指标如下：

① 输出电压Uo和输出电压调节范围。

式中 Uz—— 基准电压。

调节RP可以改变输出电压Uo。

② 最大负载电流Iomax。

③ 输出电阻 Ro。

输出电阻 Ro定义为：当输入电压UI（稳压电路输入）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S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%作为极限条件，因此也有将此输出电压的相对变化Δuo/uo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）。

三、实验设备与器件

可调工频电源；双踪示波器；交流毫伏表；直流电压表；直流毫安表；滑线变阻器200Ω/1A；晶体三极管3DG6×2（9 011×2），3DG12×1（9 013×1）；晶体二极管IN4007×4，稳压管2CW53×1；电阻、电容若干。

四、实验内容

按图1.11.1连接实验电路。

1. 初 测

稳压嚣输出端负载开路，断开保护电路，接通14 V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，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度负反馈的闭环系统，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UI、输出电压Uo以及比较放大器和调整管各电极的电位（主要是UBE1和UCE1），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

调节滑线变阻器使输出电流Io=100 mA。再调节电位器RP，测量输出电压可调范围Uomin～Uomax，且使RP动点在中间位置附近时Uo=9 V。若不满足要求，可适当调整R1，R2的阻值。(www.xing528.com)

3. 测量各级静态工作点

调节输出电压Uo=9 V，输出电流Io=100 mA，测量各级静态工作点，并记入表1.11.1中。

表1.11.1 静态工作点测试值（u2=14 V，Uo=9 V，Io=100 mA）

4. 测量稳压系数S

取Io=10 mA，按表1.11.2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1.11.2中。

5. 测量输出电阻Ro

取u2=14 V，改变滑线变阻器位置，使Io依次为空载、50 mA和100 mA，测量相应的Uo值，记入表1.11.3中。

表1.11.2 稳压系数（Io=100 mA）

表1.11.3 输出电阻 （u2=14 V）

6. 测量输出纹波电压

取u2=14 V，Uo=9 V，Io=100 mA，测量输出纹波电压uo，并做记录。

7. 调整过流保护电路

① 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=9 V，Io=100 mA，此时保护电路应不起作用。测出T3管各极电位值。

② 逐渐减小RL，使Io增加到120 mA，观察Uo是否下降，并测出保护起作用时T3管各极的电位值。若保护作用过早或延迟，可改变R6的阻值进行调整。

③ 用导线瞬时短接输出端，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。

五、预习要求

① 预习串联型稳压电源的工作原理和质量指标的定义。

② 预习过流保护电路的工作原理。

③ 初步估算实验电路中各点的电位。

④ 说明图1.11.1所示电路中u2，UI，Uo及uo的物理意义，并从实验仪器中选择合适的测量仪表。

六、思考题

① 根据实验数据分析，为什么当Io增加，输出纹波会随之增加，可用哪些措施来减小纹波电压。

② 根据本实验电路分析如何进一步改善电压稳定度和减小内阻，有哪些措施可采用。

七、实验报告要求

① 根据表1.11.2和表1.11.3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。

② 分析讨论实验中出现的故障及其排除方法。