串联型稳压电源的电路制作与调试

4．1．1 任务目标

(1)掌握串联型稳压电路的组成和工作原理。

(2)会估算串联型可调稳压电源输出电压的调节范围。

(3)能进行串联型稳压电源的电路制作与调试。

4．1．2 基础知识

串联型稳压电路的组成与工作原理

4．1．2．1 串联型稳压电路的组成

当电网电压波动或负载发生变化时，输出电压仍能基本保持不变的电源叫直流电源。串联型稳压电源由变压、整流、滤波、稳压等四部分组成。稳压部分又由四部分组成: 调整部分、基准环节、比较电路和取样电路，如图4-1-1所示。

4．1．2．2 工作原理

1．最简单的串联型稳压电路

最简单的串联型稳压电路如图4-1-2所示。

图4-1-1 串联型稳压电路的组成

图4-1-2 最简单的串联型稳压电路

晶体管BG在电路中起电压调整作用，故称调整管，因它与负载RL是串联连接的，故称串联型稳压电路。图中VS与R1组成硅稳压管稳压电路，给晶体管基极提供一个稳定的电压，叫基准电压UZ。R1又是晶体管的偏流电阻，使晶体管工作于合适的工作状态，由电路可知:

UO=UI-UCE

UBE=UB-UE=UZ-UO

该电路的稳压原理如下: 当输入电压UI增加或负载电流IL减小，使输出电压UO增大时，则三极管的UBE减小，从而使IB、IC都减小，UCE增加(相当于RCE增大)结果使UO基本不变。这一稳压过程可表示为:

UI↑(或IL↓)→UO↑→UBE↓→IB↓→IC↓→UCE↑→UO↓

同理，当UI减小或IL增大，使UO减小时，通过与上述相反的调整过程，也可维持UO基本不变。

从放大电路的角度看，该稳压电路是一射极输出器(RL接于BG的射极)，其输出电压UO是跟随输入电压UB=UZ变化的，因UB是一稳定值，故UO也是稳定的，基本上不受UI与IL变化的影响。

该稳压电路，由于直接用输出电压的微小变化量去控制调整管，其控制作用较小，所以，稳压效果不好。如果在电路中增加一级直流放大电路，把输出电压的微小变化加以放大，再去控制调整管，其稳压性能便可大大提高，这就是带放大环节的串联型稳压电路。

2．具有放大环节的串联型可调稳压电源

(1)电路及各元器件的作用

电路如图4-1-3所示，它由四个部分组成: 调整部分(调整管BG1)、取样电路(R1、RP、R2组成的分压器)、基准环节(稳压管VS和R3组成的稳压电路)、比较放大级(放大管BG2等)。

(2)稳压原理

图4-1-3 串联型可调稳压电源

当UI增加或负载减轻(输出电流减小)使UO升高时:

UO↑→UB2↑→UBE2( =UB2-UZ)↑→IB2↑→IC2↑→UC2↓→UB1↓→IB1↓→UCE1↑→UO↓

当UI减小或负载加重(输出电流增加)使UO降低时:

UO↓→UB2↓→UBE2( =UB2-UZ)↓→IB2↓→IC2↓→UC2↑→UB1↑→IB1↑→UCE1↓→UO↑

(3)输出电压的确定和调节范围

UO=R1+R2+RPRP2+R2(UZ+UBE2)

因UA≫UBE2，则

(4)影响串联型可调稳压电源稳压性能的因素

取样电路: 取样电路的分压比越稳定，则稳压性能越好。

基准环节: UZ值越稳定，则UO也越稳定。

放大环节: 放大级的Au越大，则稳压性能越好，调压越灵敏。

调整环节: 输出功率较大的稳压电源，应选用大功率三极管作调整管。

4．1．3 技能实训

串联型稳压电源的电路制作与调试

4．1．3．1 实训目的

(1)增强专业意识，培养良好的职业道德和职业习惯。

(2)熟悉具有放大环节的可调式串联型稳压电路及其工作原理。

(3)会熟练使用常用电子仪器仪表。

(4)能正确装接电路，并能完成稳压电源的电路调试与技术指标的测试。

4．1．3．2 实训器材

1．仪器仪表

(1)双踪示波器1台;

(2)万用表、直流毫安表各1块;

(3)晶体管毫伏表1块。

2．元器件清单

串联型稳压电源的电器制作与调试所需元器件如表4-1-1所示。

表4-1-1 元器件清单

续表4-1-1

4．1．3．3 实训内容与步骤

(1)元器件的检测: 根据电路图准备好各种元器件，在安装前应对各元器件的好坏进行检查，防止已损坏的元器件被安装。

(2)根据电路原理图(图4-1-4)设计好电路装配图。

图4-1-4 串联稳压型电源原理图

(3)按装配图正确安装各元器件，RW置中间位置附近，RL置最大。

(4)电路调试

①接通交流电源，测量变压器输入电压Ui、基准电压UZ、输出电压UO以及输出电流IO，记入表4-1-2。

表4-1-2 稳压电源实测数据表(U2=16V，f=50Hz，RL=200Ω)

若有异常数据，说明电路存在故障，排除故障后记录如下:

故障现象及排除过程:______________ 。

②调节RW，观察UO、IO的大小和变化情况。若UO不能随RW而变，说明稳压电路失去自动调节作用，三极管非线性工作，需对电路进行检修，并将故障现象与检修过程加以说明。(提示: 检测量有UZ、UB2、UC2、UCE1)

故障现象及检修过程: _______。

③调节RW，使UO=12V。再逐渐调小RL，使IO=100m A。测量静态工作点，记入表4-1-3。

表4-1-3 稳压电源中的静态工作点实测数据表(U2=16V，f=50Hz，UO=12V)

(5)部分技术指标的测试

①纹波电压UW的测试(纹波电压就是直流电压中的交流成分)

保持U2=16V、UO=12V、IO=100m A，用示波器观察输出纹波，用晶体管毫伏表测纹波电压，UW=_______ m V。

②稳压系数S的测试(稳压系数就是输出电压变化量与输入电压变化量的比值)

保持RW、RL不变，U2、UO的初始值分别为16V和12V。调节电源，使U2分别为14V和18V，测量各自对应的输出电压UO，填入表4-1-4中。计算两种情况分别相对于初始条件的稳压系数S1、S2，填入表4-1-4。

表4-1-4 稳压电源的稳压系数测试表(IO=100m A)

③输出电阻的测试

保持U2=16V不变，调节RL，使IO分别为80m A和120m A，测量各自对应的输出电压UO，填入表4-1-5中，计算两种情况分别相对于初始条件的输出电阻RO1、RO2，填入表4-1-5中。

表4-1-5 稳压电源的输出电阻测试表(U2=16V)

④输出电压UO可调范围的测试

U2保持16V不变，取出RL，使稳压电源空载。调节电位器RW，测量输出电压UO，得到其可调范围:

UOmin= _______; UOmax=_______

⑤稳压电路最小输入电压UImin的测试

稳压电源空载下，用示波器观测UO波形。缓慢调小U2，当UO开始明显随U2下降时，停止调节。测量此时的UI，即得稳压电路的最小输入电压，UImin=_______ 。

4．1．3．4 实训注意事项

(1)电路装接时，整流管、稳压管、电解电容以及三极管的极性不能接错，以免损坏元器件，甚至烧毁电路。

(2)电路装接好之后，才通电，也不能带电改装电路。

(3)负载电阻不能过小，更不允许短路，以免烧毁毫安表或调整管。

(4)在调节交流电源以获得所需U2时，可将万用表打到对应交流电压挡，一只表笔固定到交流侧接地点，手持另一只表笔测U2有效值，另一只手调节旋钮。

4．1．3．5 实训考核

串联型稳压电源的电路制作与调试实训考核评价如表4-1-6所示。

表4-1-6 考核评价表

续表4-1-6

注: 各项配分扣完为止

4．1．3．6 实训思考

(1)图4-1-4中C2有何作用?

(2)若稳压管的极性接反了，对电路工作会产生什么影响?

(3)若取样环节中的R1取得过大或过小，会对电路工作分别形成怎样的影响?