实验七 集成运算放大器在稳压电源中的应用

稳压二极管2CW52和R6提供基准电压。 对于稳压电路的性能，通常用以下两个主要性能指标来衡 量。 稳压系数S 稳压系数的定义是：当负载不变时，稳压电路输出电压的 相对变化量与输入电压的相对变化量之比，即 它反映了输入电压变化时输出电压的稳定程度，S值越小 越好。 内阻Ro 稳压电路的内阻定义为：经过整流滤波后输入到稳压电路 的直流电压（Ui）不变时，稳压电路的输出电压变化量 ΔUo与输出电流变化量ΔIo之比，即 Ro=ΔUo/ΔIo|Ui=常数 她反映了负载变化时输出电压的稳定程度，其值越小越好， Ro的值越小，表明其带负载能力越强。
稳压电路一般接在整流滤波电路与负载之间,整 流、滤波的输出电压就是它的输入电压。图3 是比较常见的具有放大环节的串联型稳压电路， 它是由调整管、放大管、取样电路和基准电压 四部分组成的。 在图3所示电路中，T1是调整管、T2是放大管， RC2是它的集电极电阻。放大管的作用是将稳 压电路输出电压的变化量先放大，然后再送到 调整管的基极。这样，只要输出电压有一点微 小的变化，就能引起调整管的管压降发生较大 的变化，提高了稳压效果。放大倍数越大，则 输出电压的稳定性越高。
当Ｒ２的滑动端位于最下端时，Ｒ２‘＝Ｒ２，Ｒ２’‘＝０， Ｕｏ达到最大值．
U 0 max
R1 R2 R3 (U Z U BE 2 ) R3
在实际计算时，以上各式中的UBE2约为(0.6～0.8V)。 图1所示的实验电路，是由运算放大器组成的串联型稳压 电源，运算放大器工作在反相放大器状态，集成运算放大 器取代了图3中的放大管。由于运算放大器具有较强的共 模抑制能力，而且其增益高，输入阻抗低，因而用它作为 放大环节可以使稳压电源的各项技术指标得到较大的改善。 在图1的电路中，调整管是由3DG6（T1）或9011和 3DG12（T2）组成复合管来模拟实际应用电路的。在实际 电路中，由T1、T2组成的复合管往往由中功率或大功率晶 体管组成，管子的选择要根据输出电流的要求来定。实验 中应注意输出电流不能过大。 R4、Rw和R5是取样电路，改变Rw滑动端的位置，可使 输出电压在一定的范围内进行适当的调节。
表1 整流电路实验数据表
（4）观察滤波前后波形变化，测量滤波前后 输出电压和纹波电压，将数据记入表2中。
表2 滤波电路实验数据表
输出电压 接电容前 接电容后 100uF 纹波电压 输出波形
220uF

2、稳压电路工作原理的研究
Rw 最上端 最下端 Ui
表3 稳压电路静态数据表 Uz U+ UUE UB
四 实验内容



1、整流、滤波电路的研究 （1）按图1在模拟电路实验箱上连接整流部分 电路，整流输出端接RL=10KΩ负载。 （2）在桥式整流电路的输入端加15V左右的交 流电压，用示波器观察整流输入、输出波形， 并测量其电压值，将数据记入表1中 （3）在整流电路的基础上接滤波电容C，如图 2所示，负载不变，仍为10KΩ。
实验七 集成运算放大器在稳压电 源中的应用



一、实验目的 二、预习要求 三、基本原理 四、实验内容 五、实验设备与器材 六、实验报告要求 七、思考题
一 实验目的



研究单相桥式整流、电容滤波电路的特 性。 了解串联型稳压电路的工作原理，以及 集成运算放大器在稳压电源中的应用。 掌握串联型稳压电源主要技术指标的测 量方法。
UC
U0
•（1）去掉滤波电路中的负载电阻RL，按图1 连接稳压部分的实验电路，检查无误后接通交 流电源Ui。 •（2）调节Rw，观察输出电压Uo是否正常 （正常情况下，Uo应有较大幅度的变化），如 不正常，先排除鼓掌，然后分别测出Rw 调至 最上端和最下端时电路的静态工作电压，将数 据记入表3中

T1
Ub e1
R1
C 1 Ui 15V ~
4
3
RL Uo
R Uce2 Ui
T2 R2 ' R2 R 2 '' Uz + Dz R3 R L Uo
图２
图３
桥式全波整流后的输出电压除直流分量外，还含 有交流分量。实际应用中，在整流电路后接有滤 波电路，如图2中电容器C。经过电容的滤波作用， 不仅其输出电压变得比较平滑，脉动大大减小， 而且其输出直流电压比未加电容时还高。对电容 滤波来讲，负载RL和电容C的数值越大，输出直 流电压越接近于加在整流电路上的交流电压的峰 值Uim，同时输出电压波形越平滑。输出直流电压 的范围为 Uo=（0.9～1.4）Ui
上述过程可简明表示如下： U0↑→UBE2↑→IC2↑→UC2↓→UBE1↓→IC1↓→ UCE1↑→ U0↓ 由此可见，稳压的过程实质上是通过负反馈使输 出电压保持稳定的过程。 这种稳压电路的输出电压允许在一定的范围内进 行适当调节，只要改变电位器R2的滑动端位置即 可实现。当滑动端向上移动时，UB2升高，UC2降 低，UCE1升高，于是输出电压Uo减少；反之，若 滑动端向下移动，则Uo增大。输出电压总调节范 围与电阻R1、R2和R3之间的比例关系以及稳压管 的稳压值Uz有关。假如流过取样电阻的电流比IB2 大得多，则可用下面的近似方法来估算Uo的调节 范围。
六 实验报告要求


整理实验数据，对有关数据进行理论估 算，比较其差异，分析测量结果。 简述运算放大器在稳压电源中的作用。 记录和分析实验中出现的故障及排除方 法。
七 思考题




在测量ΔUo时，是否可以直接用万用表 测量，为什么？ 在桥式整流电路部分实验中，能否用双 踪示波器同时Ui和UI的波形？为什么？ 整流滤波电路的输出电压UI是否随负载电 流而变化，为什么？ 当稳压电源输出电压Uo不随取样电阻Rw 可调，或输出电压不正常时（接近于滤 波输出UI或接近于0），应如何检查故障？
3、稳压电路技术指标的测量 （1）输出电压范围 调节Rw滑动端，分别调至最上端和最下 端，测量输出电压Uo的变化范围，并与 理论估算值相比较，将结果记入表4中
表4 Uo变化范围数据表
（2）微差法测输出电阻Ro ①在R=∞时，将稳压电源输出电压调至9V，标准电源也调 至9V。 ②二者负极相连，万用表置小量程直流电压档，红、黑表 笔连至二者正极之间，万用表指示为零（若不为零可 调节Rw）。 ③接入RL=300Ω负载，万用表电压指示值即为输出电压变 化量ΔUo。 ④将万用表串入负载RL支路中，测量电流值，即ΔIo。 ⑤以上过程中保持输入电压Ui不变，将测量数据记入表5中
二 预习要求




复习串联型稳压电源的工作原理及主要 性能指标、工程估算等理论知识。 根据实验电路估算输出电压U0的可调范 围，了解稳压电源的稳压原理。 在桥式整流电路中，如果某个二极管发 生开路、短路或反接，将会出现什么问 题？ 预习实验内容，了解实验中各测量量的 物理含义及所用测量仪器。
三 实验原理
T2 + R6 1K R1
2
3 DG12 T1 3 DG6
R4 51
U+
3
+ 4 *2 CP2 2 U1 C1 1 Ui 1 5V ~ 3 1 00 u F 4
2
5 .1 K 4 11 R2 1K
Rw Uo 2 .2 K
2 CW5 2
2 *2 CP
UR3 2 0K R5 5 10 -
图１
2
R c2
R1、R2和R3组成取样电路。当输出电压变化时，取样 电路将其变化量的一部分送到放大管的基极。 稳压管Dz提供一个基准电压，取样电压与基准电压比 较以后，再送到T2进行放大。电阻R的作用是保证Dz 有一个合适的工作电流。 稳压电路的稳压过程是这样的：假如由于Ui的增加或 Ii的减少使输出电压Uo增大，通过取样电阻的分压使 放大管的基极电位UB2也升高了，而放大管的发射极 接基准电压，即UE2=Uz，因此，UBE2=UB2-Uz也升高， 于是放大管的集电极电流IC2增大，而集电极电压Uc2 降低，调整管的输入电压UBE1=UC2-Uo降低，那么T1 管的集电极电流IC1将会随之减小，同时管压降UCE1升 高，最后输出电压Uo基本保持不变。
R2'' R3 U B 2 U Z U BE 2 U0 R1 R2 R3
即
R1 R2 R3 U0 (U Z U BE 2 ) '' R2 R3
当Ｒ２的滑动端位于最上端时，Ｒ２‘＝０，Ｒ２’‘＝Ｒ２，Ｕ ｏ达到最小值．
U 0im
R1 R2 R3 (U Z U BE 2 ) R2 R3
如图1所示的实验电路中，左端是由4个晶体二极 管组成的桥式整流电路和电容滤波电路，现把它 重新画在图2中。经过全波整流，在交流电压正 负半周都有电流流过负载RL，且方向一致，这种 电路称为桥式全波整流电路。当输入交流正弦电 压的有效值为Ui时，在未加电容滤波前，经理论 计算，其输出直流电压值Uo与加在整流电路上的 交流正弦电压有效值Ui之间有如下关系： Uo=0.9Ui
表5 输出电阻测量数据
U220V RL IO UO Δ IO ΔUO RO
∞
300
4、纹波电压的测量 在Io=90mA，Uo=9V时，用毫伏表测 纹波电压，将数据填入表6中
表6 纹波电压测量数据 RL 纹波电压 输出端未接电容 输出端接电容
五 实1台 模拟电路实验箱1个 万用表1块 运算放大器（LM324或UA741）1个 三极管（3DG6、3DG12）若干