串聯穩壓電路實驗--模擬電路實驗箱

一、實驗目的
1、研究穩壓電源的主要特性，掌握串聯穩壓電路的工作原理。
2、學會穩壓電源的調試及測量方法。
二、實驗原理
圖16-1為串聯穩壓電路。它包括四個環節：調壓環節、基準電壓、比較放大器和取樣電路。

圖16-1 串聯穩壓電路

當電網或負載變動引起輸出電壓V₀變化時，取樣電路取輸出電壓V_O的一部分送入比較放大器與基準電壓進行比較，產生的誤差電壓經放大后去控制調整管的基極電流，自動地改變調整管的集-射極間電壓，補償V₀的變化，使以維持輸出電壓基本不變。
穩壓電源的主要指標
1、特性指標
（1）輸出電流I_L（即額定負載電流）。它的最大值決定于調整管最大允許功耗P_CM和最大允許電流I_CM。要求：I_L(V_imax-V_omin)≤P_CM，IL≤I_CM，式中V_imax是輸電壓最大可能值，V_omin是輸出電壓最小可能值。
（2）輸出電壓V₀和輸出電壓調節范圍。在固定的基準電壓條件下，改變取樣電壓比就可以調節輸出電壓。
2、質量指標
（1）穩壓系數S
當負載和環境溫度不變時，輸出直流電壓的相對變化量與輸入直流電壓的相對變化量之比值定義為S，即

通常穩壓電源的S約為10^-2～10^-4。
（2）動態內阻R_O
假設輸入直流電壓V_i及環境溫度不變，由于負載電流I_C變化ΔI_L引起輸出直流電壓V_O相應變化ΔV_O，兩者之比值稱為穩壓器的動態內阻，即：

從上式可知，R_O越小，則負載變化對輸出直流電壓的影響越小，一般穩壓電路的R_O約為(10～10^-2)歐姆。
（3）輸出紋波電壓是指50Hz和100Hz的交流分量通常用有效值或峰峰值來表示，即當輸入電壓220V不變，在額定輸出直流電壓和額定輸出電流的情況下測出的輸出交流分量，經穩壓作用可使整流濾波后的紋波電壓大大降低，降低的倍數反比于穩壓系數S。
三、實驗儀器
1、直流電壓表
2、直流毫安表
3、示波器
4、數字萬用表
5、串聯穩壓電路模塊
四、預習要求
1、估算圖l6-l電路中各三極管的Q點(設：各管的β=100，電位器R_P滑動端處于中間位置)。
2、分析圖l6-l電路，電阻R₂和發光二極管LED的作用是什么?
3、畫好數據表格
五、實驗內容
1、靜態測試
(1) 看清楚實驗電路板的接線，查清引線端子。
(2) 按圖l6-l接線，負載R_L開路，即穩壓電源空載。
(3) 將+5V～+27V電源調到9V，接到V_i 端，再調電位器R_P，使V_O=6V。測量各三極管的Q點。
(4) 調試輸出電壓的調節范圍。
調節R_P，觀察輸出電壓V_O的變化情況。記錄V_O的最大和最小值。
2、動態測量
(1) 測量電源穩壓特性，使穩壓電源處于空載狀態，調可調電源電位器，模擬電網電壓波動±10%，即V_i由8V變到10V，測量相應的△V_O，根據

，計算穩壓系數。
(2) 測量穩壓電源內阻。穩壓電源的負載電流I_L由空載變化到額定值I_L=l00mA時，測量輸電壓V_O的變化量即可求出電源內阻

。測量過程，使V_i=9V保持不變。
(3) 測試輸出的紋波電壓。將圖16-1的電壓輸入端V_i接到圖16-2的整流濾波電路輸出端(即接通A-a，B-b)，在負載電流I_L=l00mA條件下，用示波器觀察穩壓電源輸入輸出中的交流分量uo，描繪其波形。用晶體管毫伏表，量測交流分量的大小。

圖16-2

思考題一：A：如果把圖16-l電路中電位器的滑動端往上(或是往下)調，各三極管的Q點將如何變化?可以試一下。
B：調節R_L時，V3的發射極電位如何變化？電阻R_L兩端電壓如何變化?可以試一下。
C：如果把C3去掉(開路)，輸出電壓將如何?
D：這個穩壓電源哪個三極管消耗的功率大?按實驗內容2中(3)的接線。
3、輸出保護
(1) 在電源輸出端接上負載R_L同時串接電流表。并用電壓表監視輸出電壓，逐漸減小R_L值，直到短路，注意LED發光二極管逐漸變亮，記錄此時的電壓、電流值。
(2) 逐漸加大R_L值，觀察并記錄輸出電壓、電流值。注意：此實驗內容短路時間應盡量短(不超過5秒)，以防元器件過熱。
思考題二：如何改變電源保護值？
4、選做項目
測試穩壓電源的外特性。(實驗步驟自擬)
六、實驗報告
1、對靜態調試及動態測試進行總結。
2、計算穩壓電源內阻r0=ΔV_O/ΔI_L，以及穩壓系數Sr 。
3、對部分思考題進行討論。

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