1、2.10直流穩壓電源設計實驗一、 實驗目的1.研究單相橋式整流、電容濾波電路的特性。 2.研究集成穩壓器的特點和性能指標的測試方法。3.了解集成穩壓器擴展性能的方法。 4.學習單結晶體管和晶閘管的簡易測試方法。熟悉單結晶體管觸發電路（阻容移相橋觸發電路）的工作原理及調試方法。5.熟悉用單結晶體管觸發電路控制晶閘管調壓電路的方法。二、 實驗原理 電子設備一般都需要直流電源供電。大多數是采用把交流電（市電）轉變為直流電的直流穩壓電源。直流穩壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩壓四部分組成，其原理框圖如圖2-14-1所示。電網供給的交流電壓220V經電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓，然后由

2、整流電路變換成方向不變、大小隨時間變化的脈動電壓，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，還會隨交流電網電壓的波動或負載的變動而變化。還需要穩壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩定。 圖2-14-1 直流穩壓電源框圖 隨著半導體工藝的發展，穩壓電路也制成了集成器件，基本上取代了由分立元件構成的穩壓電路。集成穩壓器的種類很多，通常是選用串聯線性集成穩壓器，而在這種類型的器件中，又以三端式穩壓器應用最為廣泛。 78、79系列三端式集成穩壓器的輸出電壓是固定的，在使用中不能進行調整。 系列三端式穩壓器輸出正極性電壓一般有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V

3、 七個檔次，輸出電流最大可達1.5mA（加散熱片）。若要求負極性輸出電壓，則可選用79系列穩壓器。圖2-14-2系列的外形和接線圖。它有三個引出端 輸入端（不穩定電壓輸入端）標以“” 輸出端（穩定電壓輸出端） 標以“” 公共端 標以“” 除固定輸出三端負壓器外，還有可調式三端穩壓器LM317，通過外接元件對其輸出電壓進行調整，以適應不同的需要。本實驗所用集成穩壓器為三端固定正穩壓7812，它的主要參數有：輸出電壓U0輸出電流L（M）電壓調整率輸出電阻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

4、集成穩壓器工作在線性區。圖2-14-2 78系列外形及接線圖 圖2-14-3是用三端式穩壓器構成的單電源電壓輸出串聯型穩壓電源的實驗電路圖。其中整流部分采用了由四個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。當穩壓器距離整流濾波電路比較遠時，在輸入消必須接入電容器C3，以抵 圖2-14-3 由構成的串聯型穩壓電源消線路的電感效應，防止產生自激振蕩。輸出端電容C4（0.1uF）用以濾除輸出端的高頻信號，改善電路的暫態響應。圖2-14-4為正、負雙電壓輸出電路，例如某電路需要U0±15V，則可選用7815和7915三端穩壓器，這時的Ui應為單電壓輸出時的兩倍。當集成穩

5、壓器本身的輸出電壓或輸出電流不能滿足要求時，可通過外接電路來進行性能擴展。圖2-14-5是一種簡單的輸出電壓擴展電路。如7812穩壓器的3、2端之間輸出電壓為 12V，因此只要選擇適當R的值，使w工作在穩壓區，則輸出電壓U012Uz，可以高于穩壓器本身的輸出電壓。 圖2-14-4 正、負雙電壓輸出電路 圖2-14-5 輸出電壓擴展電路圖2-14-6是通過外接晶體管及電阻R1來進行電流擴展的電路。電阻R1的阻值由外接晶體管的發射結導通電壓UBE、三端式穩壓器的輸入電流Ii（近似等于三端穩壓器的輸出電流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，它應等于IC IoIo1；

6、為的電流放大系數；對于鍺管UBE可按0.3V估算，對于硅管UBE按0.7V估算。 圖2-14-6輸出電流擴展電路附：（）圖2-14-7為系列（輸出負電壓）外形及接線圖 圖2-14-7 系列外形及接線圖（）圖2-14-8為可調輸出正三端穩壓器外形及接線圖 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節的直流電。主電路由負載RL（電燈）和晶閘管T1組成，觸發電路為單結晶體管T2及一些阻容元件構成的阻容移相橋觸發電路。改變晶閘管T1的導通角，便可調節主電路的可控輸出整流電壓（或電流）的數值，這點可由電燈負載的亮度變化看

7、出。 圖2-14-9 單相半控橋式整流實驗電路 晶閘管導通角的大小決定于觸發脈沖的頻率f。由公式： 可知，當單結晶體管的分壓比（一般在0.50.8之間）及電容值固定時，則頻率大小由決定，因此，通過調節電位器Rw，便可以改變觸發脈沖頻率，主電路的輸出電壓也隨之改變，從而達到可控調壓的目的。用萬用表的電阻擋可以對單結晶體管和晶閘管進行簡易測試。 圖2-14-10單結晶體管BT33管腳排列、結構圖及元件符號圖2-14-10為單結晶體管BT33管腳排列、結構圖及元件符號。好的單結晶體管結正向電阻REB1、REB2均較小，且REB1稍大于REB2，結的反向電阻RB1E、RB2E均應很大，根據所測阻值即可

8、判斷出各管腳及管子的質量優劣。 圖2-14-11為晶閘管管腳排列、結構圖及元件符號圖2-14-11晶閘管管腳排列、結構圖及電元件符號。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均應很大，而G、K之間為一PN結，PN結正向電阻應較小，反向電阻應很大。三、實驗設備與器件萬用表、示波器、信號發生器、三端穩壓器7812、7912、晶閘管3CT3A、單結晶體管BT33、二極管1N1007、穩壓管2CW54、電阻電容若干。四、實驗內容 整流濾波電路測試 圖2-14-12 整流濾波電路按圖2-14-12連接實驗電路。將工頻電壓調至15V，作為整流電路輸入

9、電壓u2。根據表中所給出的電路參數，用萬用表測出輸出電壓UL，用示波器測出紋波電壓L，畫出相應的uL波形填入表2-14-1中。注意： 每次改接電路時，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”旋鈕位置調好以后，不再變動，否則將無法比較各脈沖情況。 集成穩壓器性能測試斷開電源，按圖2-14-3改接實驗電路，取負載電阻RL120。表2-14-1初測 接通工頻15V電源，測量U2值，測量濾波電路輸出電壓UI，集成穩壓器輸出電壓UO，它們的數值應與理論值大致符合，否則說明電路出了故障。設法查找故障并加以排除。 電路經初測進入正常工作狀態后，才能進行各項指標的測試。 各項性能指標測試

10、 輸出電壓UO和最大輸出電流Iomax在輸出端接負載電阻RL120，由于7812輸出電壓UO12V。因此流過RL的電流為Iomax 12120 100mA 。這時UO應基本保持不變，若變化較大則說明集成塊性能不良。 穩壓系數S的測量改變整流電路輸入電壓U2，（模擬電網電壓波動）分別測出相應的穩壓器輸入電壓UI及輸出直流電壓UO填入表2-14-2表2-14-2 輸出電阻RO的測量取U214V，分別測出當RL0、240、120時的UO值，填入表2-14-2 輸出紋波電壓的測量取U214V，UO12V、Iomax 100mA，測出輸出紋波電壓O，記錄之。集成穩壓器性能擴展 根據實驗器材，選取圖2-1

11、4-和圖2-14-5中各元器件，并自擬測試方法與表格，記錄實驗結果。 晶閘管導通、關斷條件測試斷開±12V、±5V電源，按圖2-14-13連接實驗電路 圖2-14-13晶閘管導通、關斷條件測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通（導通時電燈亮，關斷時電燈熄滅） 晶閘管導通后，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斷。記錄之。 晶閘管可控整流電路 按圖2-14-9連接實驗電路。取可調工頻電源14V電壓作為整流電路輸入電壓U2，電位器RW置中間位置。 單結晶體管觸發電路 斷開主電路（把電燈取下），接通工頻電源，測量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、觸發電壓UB1。記錄波形時，注意各波形間的對應關系，并標出電壓幅值及時間。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。可控整流電路斷開電源，接入負載燈泡RL后，接通工頻電源，調節電位器RW，使電燈由暗到中等亮，再到最亮，用示波器觀察并測量晶閘管兩端電壓UT1、負載兩端電壓UL，記入表2-14-4。表2-14-4五、實