模拟电子技术第六章

显然，rn越小，抑制能力越强。
U O rn IO
U I 0
项目任务 认识与调试直流稳压电源
（3）电流调整率SI：电流调整率SI是指在输入电压UI恒定的情况下，负载电流IL从 零变化到最大时，输出电压UO的相对变化量的百分数，即
SI U O UO 100%
U I 0
从上式可以看出， SI越小，说明电流的调整率越好。电流调整率的大小在一定程度上 也反映了内阻rn的大小，它们都是表示在负载电流变化时，输出电压保持稳定的能力。 因此，在一般情况下，二者只用其一，在较多的场合均用内阻rn这个指标。
流过负载RL上的直流电流平均值为
IO
U L 0.9U 2 RL RL
项目任务 认识与调试直流稳压电源
3．整流稳压二极管的选择 在全波整流电路中，两只二极管轮流导通，流经二极管的电流平均值IV为负载电 流IO的一半，即
IO IV 2
每只二极管承受的最大反向电压为二次侧两个绕组的交流电压的最大值，即
任务要求 按测试顺序要求完成所有测试内容，记录测试数据。
测试设备 万用表一只。
项目任务 认识与调试直流稳压电源
测试三端集成稳压电源
测试电路 测试电路如图6-3所示。
图6-3 由三端稳压器构成的正负电压同时输出的电路
项目任务 认识与调试直流稳压电源
测试三端集成稳压电源
测试步骤 （1）按图6-3接好电路（变压器220/7.5 2）。 （2）测得输入电压 为 ，输出电压 为 为 。
（1）调试三端集成稳压电源，掌握输出电压与输入电压之间的关系。 （2）安装并调试带有放大环节的串联型稳压电源，根据输出电压的调节范 围，合理选用元器件。 （3）安装并调试由TL494控制的开关稳压电源，用示波器观察输出电压波 形，并与串联型直流稳压电源进行比较。
项目任务 认识与调试直流稳压电源
测试三端集成稳压电源
项目任务 认识与调试直流稳压电源
（4）纹波系数S0：电源的输出电压中存在着纹波电压，它是输出电压中包含的交 流分量。如果纹波电压太大，对音响设备就可能产生杂音，对电视就可能产生图像扭 动、滚动干扰等。 输出电压中的交流分量的大小常用纹波系数S0表示，即
U mn S0 UO
式中，Umn——输出电压中的交流分量基波；UO——输出电压中的直流分量。 由上式可知，S0越小说明纹波干扰越小。
（5）测试稳压电路的内阻rn。 要求分别测试输出电压为5 V、8 V时的内阻数值，并将结果填入表6-2中。 （UO为空载时的输出电压，U´O为接上负载时的输出电压，负载接50Ω/1W电阻）
表6-2
UO/V U´O/V rn/Ω
5
8
项目制作二 制作与调试开关稳压电源
项目要求 按测试顺序要求完成所有测试内容，记录测试数据。
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项目五 制作与调试直流稳压电源
任务
• 认识与调试直流稳压电源
项目制作一 制作与调试串联型稳压电源
项目要求 按测试顺序要求完成所有测试内容，记录测试数据。
测试设备 双踪示波器一台，万用表一只。
项目制作一 制作与调试串联型稳压电源
测试电路 测试电路如图6-1所示。
图6-1 串联型稳压电源电路
项目任务 认识与调试直流稳压电源
（三）稳压电源的分类
目前生产的电源种类很多，对于品种繁多的稳压电源可以从不同的角度去分 类。按输出电源的类型分为直流稳压电源和交流稳压电源；按稳压电路与负载的 连接方式分为串联稳压电源和并联稳压电源；按调整管的工作状态分为线性稳压 电源和开关稳压电源；按电路类型分为简单稳压电源和反馈型稳压电源，等等。
（3）效率。稳压电源本身是个换能器，在能量转换时有能量损耗，这就存在转换的效率问题。 要提高效率主要是要降低调整管的功耗，这样既节能，又提高了电源的工作可靠性。 （4）保护特性。在直流稳压电源中，当负载出现过载或短路时，会使调整管损坏，因此，电 源中必须有快速响应的过流、短路保护电路。另外，当稳压电源出现故障时，输出电压过高，就 有可能损坏负载。因此，还要求有过压保护电路。
项目任务 认识与调试直流稳压电源
2．负载RL上的直流电压和电流的计算 负载RL上的直流输出电压UL和直流电流IL都是指一个周期内的平均值。 设变压器二次侧绕组电压u2=√2U2sinωt，则全波整流电压平均值为
1 π U O 2U2 sint d(t ) π 0 U O 0.9U2
项目制作二 制作与调试开关稳压电源
（3）用示波器观察A点波形。 ①UI=15V，将输出电压调节到9 V， 用示波器测量并画出A点的输出波形， 并将观察到的波形画在下图中，计 算波形的占空比。 ②UI=15V ，将输出电压调节到12 V， 用示波器测量并画出A点的输出波形， 并将观察到的波形画在下图中，计 算波形的占空比。
，输出电压UO2
项目任务 认识与调试直流稳压电源
电子电路通常都要由直流电源来供电，直流电源是构成电子电路的重要组 成部分。直流电源的形式很多，最常用的是干电池或将交流电源变换成直流电 源。比较经济实用的方法是由交流电源经过变换得到直流电源。本项目要求掌 握将交流电经过变换得到直流电源的方法，及其性能的测试方法。 （一）直流稳压电源的组成 直流稳压电源的组成框图如图6-4所示，它由电源变压器、整流电路、滤波 电路和稳压电路等四部分组成。 （1）电源变压器。将交流电网提供的交流电压变换成电子电路所需要的交 流电压，同时还起到直流电源与电网的隔离作用。 （2）整流电路。将变压器变换后的交流电压变为单向脉动的直流电。
项目任务 认识与调试直流稳压电源
在电子设备中，通常都需要用电压稳定的直流电源（DC Power Supply）供 电。目前，在绝大多数电子设备中，都是将交流电网220V/50Hz的正弦交流电压 转换为直流电压，并采用稳压措施，从而得到稳定的直流电源。 按调整管的工作状态分为线性稳压电源和开关稳压电源。线性稳压电源提 供的电压稳定，但效率低；开关稳压电源效率高，但提供的电压中纹波和噪声成 分较大。
项目任务 认识与调试直流稳压电源
（二）直流稳压电源的主要技术指标
1．特性指标 特性指标是指表明稳压电源工作特征的参数，例如，输入、输出电压及输出电流， 电压可调范围等。
（1）最大输出电流。它主要取决于主调整管的最大允许耗散功率和最大允许工作电流。
（2）输出电压和电压调节范围。按照负载的要求来决定。如果需要的是固定电源的设备，其 稳压电源的调节范围最好是小些，电压值一旦调定就不可改变。对于商用电源，其输出范围都从 0 V起调，调压范围要宽些，且连续可调。
项目任务 认识与调试直流稳压电源
（5）温度系数ST：温度系数用来表示输出电压温度的稳定性。在输入电压UI和输 出电流IO不变的情况下，由于环境温度 变化引起输出电压UO的漂移量ΔUO与温度变化 量ΔT之比，称为温度系数ST，即
ST
U O T
U I 0 I O 0
ST越小，说明电源输出电压随温度变化而产生的漂移量越小，电源工作就越稳定。
项目任务 认识与调试直流稳压电源
将交流电压变换成脉动直流电的过程称为整流。 （一）单相半波整流电路 单相半波整流电路由电 源变压器T、整流二极管VD 和负载电阻 组成，如图6-5所 示。
图6-5 单相半波整流电路
项目任务 认识与调试直流稳压电源
1．工作原理 电源变压器T的一次侧接上交流电压u1，在二次侧就会产生交流电压u2。当u2为正 半周时，整流二极管VD上加的是正向ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ压，二极管导通，电流io流过负载RL，在RL上 得到正半周电压uo。当u2为负半周时，整流二极管VD上加的是反向电压，二极管截止， 负载RL上无电流流过。当电压进入下一个周期时，整流电路将重复上述过程。电路中 电压、电流的波形如图6-5（b）所示。
项目制作一 制作与调试串联型稳压电源
（4）测试稳压电路的纹波系数S0 测试并计算输出电压UO为5 V及6 V时的纹波系数S0。将输出电压调至指定 值，用示波器观察并记录纹波的幅值，将结果填入表6-1中。
表6-1
输出电压 UO/V
纹波电压 Umn/V 纹波系数 S0
5
6
项目制作一 制作与调试串联型稳压电源
项目任务 认识与调试直流稳压电源
（3）滤波电路。对整流部分输出的脉动直流电进行平滑处理，使之成为一 个含纹波成分很小的直流电压。
（4）稳压电路。对滤波输出的直流电压进行调节，以维持输出电压的基本稳 定。由于滤波后输出的直流电压受温度、负载、电网电压波动等因素的影响很 大，所以要设置稳压电路。
图6-4 直流稳压电源的组成框图
测试设备 万用表一只，双踪示波器一台，稳压电源一台。
项目制作二 制作与调试开关稳压电源
测试电路 测试电路如图6-2所示。
图6-2 开关型稳压电源
项目制作二 制作与调试开关稳压电源
（1）输入电压UI由稳压电源提供，UI=15V时，调节电位器RP，测试输出 电压UO的变化范围为 V～ V。
（2） UI=15V时，调节电位器RP使得输出电压UO为9 V，保持RP不动，改 变UI，测试UO的大小。
1 π 2 UO UL 2 U sin( t )d( t ) U 2 0.45U 2 2 0 2π π
流过负载RL上的直流电流IO（或用IL表示）为
2U 2 0.45U 2 IO IL π RL RL
二极管所承受的最大反向电压为
URM 2U2
项目任务 认识与调试直流稳压电源
U RM 2 2U2
选择整流稳压二极管的参数应大于IV和URM，以防二极管过流烧坏或过压击穿。
项目任务 认识与调试直流稳压电源
（三）单相桥式整流电路 单相全波整流电路输出的电压较高，脉动程度较小。但这种电路中的变压器 必须有中心抽头，其绕组利用率低，而且每个二极管承受较大的反向电压。 如图6-7所示的单相桥式整流电路可以克服以上缺点。从图可见，4个二极管 VD1、VD2、VD3、VD4构成电桥的臂，在四个顶点中，不同极性点接在一起与变 压器二次侧绕组相连，同极性点接在一起与直流负载相连。
（二）单相全波整流电路 图6-6（a）为电源变压器有中心抽头的单相全波整流电路，在变压器二次侧 引出大小为u2的两个电压u2a、u2b，波形如图6-6（b）所示。
图6-6 单相全波整流电路
项目任务 认识与调试直流稳压电源
1．工作原理 （1）当u2为正半周时，二极管VD1因承受正向电压而导通，VD2因承受反向电压 而截止，电流IL1通路为A→VD1 →RL→O→A，如图6-6（a）中实线箭头所示。 （2）当u2为负半周时，二极管VD2因承受正向电压而导通，VD1因承受反向电压 而截止，电流IL2通路为B→CD2→RL→O→B，如图6-6（a）中虚线箭头所示。 由此可见，在交流电一个周期内，二极管VD1、VD2交替导通，负载上得到单一 方向的全波脉动直流电压和电流，如图6-6（b）所示。这种整流电路称为单相全波整 流电路。
由图可见，在负载RL两端得到的电压UO的极性是单方向的，这种大小波动、方向 不变的电压（或电流）称为脉动直流电压（电流）。这种电路只在交流电压的半个周 期内才有电流流过负载，所以称为单相半波整流电路。
项目任务 认识与调试直流稳压电源
2．负载RL上的直流电压和电流的计算 设二极管VD是理想的，同时忽略变压器的内阻。利用高等数学中积分的方法来 求得UO（或用UL表示）的平均值。即
项目制作一 制作与调试串联型稳压电源
（1）试回答图中电路由哪几部分组成？并写出各部分对应的元件及作用。 （2）要求该电源的输出电压范围为4～9 V，通过计算估值，若RP为680Ω， 选择合适的R3、R4。（备选电阻分别为15kΩ、5kΩ、500Ω、100Ω） （3）按原理图安装实物，根据电路原理进行检测并调试，叙述在调试中 出现的问题及解决方案。
项目任务 认识与调试直流稳压电源
2．技术指标 （1）稳压系数（电压调整率）SU：在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电 压的相对变化（10%）引起输出电压的相对变化，即
U O / U O SU U I / U I
式中，SU值越小，表示稳压性能越好。 （2）内阻（输出电阻）rn：当负载电流变化时，电源的输出电压也会发生变化， 变化数值越小越好。内阻用于表征电源对负载电流变化的抑制能力。 电源内阻rn的定义为：在输入电压不变的情况下，电源的输出电压变化量ΔUO与输 出电流变化量ΔIO之比，即