Multisim仿真串聯(lián)穩(wěn)壓電路實驗設(shè)計與調(diào)試資料

1、掌握串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源的電路構(gòu)成及特點。

2、學(xué)會測試比較器的方法。

二、實驗器材

1、示波器

2、數(shù)字萬用表

3、雙蹤示波器

4、元器件：比較器、三極管，基準電壓等耗材一批

• 實驗原理
  

原理簡介：

              直流穩(wěn)壓電源由變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓四部分組成，其原理框圖如圖（1）所示。

交流電壓U1(220V,50Hz)經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓U2，經(jīng)單向整流電路得到脈動電壓U3，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U4.但這樣的直流輸出電壓還會隨交流電網(wǎng)電壓波動或負載變動而變化。在對直流供電要求較高的場合，還需使用穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定。圖（2）（3）（4）串聯(lián)起來加上保護電路就組成具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路圖。

市電經(jīng)變壓器變壓后變?yōu)榈蛪航涣麟�，通過整流器（四個二極管組成）整流后變?yōu)橹绷餍盘�，但此時的直流信號紋波特別大，無法直接應(yīng)用于電路之中，因此輸出端會加濾波電容減小紋波。

              加上波濾電容只能粗略地改善紋波，受市電電壓變化、負載變化等多方面因素影響，輸出電壓仍然不夠穩(wěn)定。因此利用PWM原理控制三極管導(dǎo)通占空比以便動態(tài)補償輸出電壓達到穩(wěn)定目的。

              輸出電壓通過分壓后與基準電壓進行比較，比較器的輸出狀態(tài)控制著三極管的導(dǎo)通與截止，從而保證輸出電壓的穩(wěn)定。

脈沖寬度調(diào)制 脈沖寬度調(diào)制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制。它是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于測量，通信，功率控制與變換等許多領(lǐng)域。一種模擬控制方式，根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶 體管或晶體管導(dǎo)通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定。

脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼。多數(shù)負載(無論是電感性負載還是電容性負載)需要的調(diào)制頻率高于10Hz，通常調(diào)制頻率為1kHz到200kHz之間。

• 實驗內(nèi)容與步驟
  

              設(shè)計一個輸出電壓可調(diào)的串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源，將220V/ 50HZ的交流電經(jīng)電壓變壓器，整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路后轉(zhuǎn)變?yōu)?~15V的直流穩(wěn)壓電源。

總電路如圖：

220V電壓徑流橋式整流電路，輸出9.62V電壓。

整流電路將220V交流電轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動直流電。波形如下：

脈動直流電經(jīng)過電容濾波，將信號變?yōu)檩^平整的直流電。

波形如下：

穩(wěn)壓電路：

在穩(wěn)壓電路中，則是用晶體三極管來代替可變電阻R，利用負反饋的原理，以輸出電壓的變化量控制三極管集射極間的電阻值，以維持輸出電壓的基本不變。

最簡單的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。晶體管T在電路中起電壓調(diào)整作用，故稱調(diào)整管，因它與負載是串聯(lián)聯(lián)接的，故稱串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。圖中D1與R組成硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，給晶體管基極提供一個穩(wěn)定的電壓，叫基準電壓UZ 。R又是晶體管的偏流電阻，使晶體管工作于合適的工作狀態(tài)，由電路可知

UL = Ui - UCE

UBE = UB - UE = UZ - UL

該電路的穩(wěn)壓原理如下：當(dāng)輸入電壓Ui 增加或負載電流 IL減小，使輸出電壓UL 增大時，則三極管的UBE減小，從而使IB、IC都減小，UCE 增加（相當(dāng)于RCE增大）結(jié)果使UL基本不變。這一穩(wěn)壓過程可表示為：

Ui↑（或IL↓）→UL↑→UBE↓→IB↓→IC↓→UCE↑→UL↓

同理，當(dāng)Ui減小或IL增大，使UL減小時，通過與上述相反的調(diào)整過程，也可維持UL 基本不變。

從放大電路的角度看，該穩(wěn)壓電路是一射極輸出器（RL接于T的射極），其輸出電壓UL 是跟隨輸入電壓UB ＝UZ變化的，因UB 是一穩(wěn)定值，故UL 也是穩(wěn)定的，基本上不受Ui 與IL 變化的影響。

該穩(wěn)壓電路，由于直接用輸出電壓的微小變化量去控制調(diào)整管，其控制作用較小，所以，穩(wěn)壓效果不好。如果在電路中增加一級直流放大電路，把輸出電壓的微小變化加以放大，再去控制調(diào)整管，其穩(wěn)壓性能便可大大提高，這就是帶放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。

電壓經(jīng)過穩(wěn)壓電路，變?yōu)?.956V電壓。

調(diào)整R2可改變負載兩端的電壓。經(jīng)過穩(wěn)壓電路后轉(zhuǎn)變?yōu)?~15V的直流穩(wěn)壓電源。無論輸入電壓怎樣變化，穩(wěn)壓電路都穩(wěn)定在9~15V范圍內(nèi)。

• 實驗總結(jié)
  

串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源是一種應(yīng)用較為廣泛的電源,穩(wěn)壓電路是指輸入端輸入的電壓已經(jīng)是直流電壓,通過穩(wěn)壓電路使輸出的直流工作電壓Vo穩(wěn)定在一數(shù)字上,而不隨輸入電壓和負載變化而變化。穩(wěn)壓電路的種類較多,常見的有三種。

1.硅穩(wěn)壓二級管穩(wěn)壓電路;

2.串聯(lián)調(diào)整管穩(wěn)壓電路;

3.開關(guān)型穩(wěn)壓電路。

串聯(lián)穩(wěn)壓電路主要工作在線性狀態(tài),因此調(diào)整管的功耗大.很多情況下調(diào)整管的損壞系因其功耗過大發(fā)熱所致,所以計算調(diào)整管的最大功耗是選擇調(diào)整管的關(guān)鍵。

直流穩(wěn)壓電源電路圖：

電阻Ri、R2和電位器RP串聯(lián)組成的分壓器構(gòu)成信號取樣電路，將輸出電壓Uo的變化情況按一定的分壓比取出一部分，提供給比較放大器與基準電壓隨時進行比較。電阻R3與穩(wěn)壓二極管VZ組成一個基準電壓源，保證比較放大三極管VT2的發(fā)射極電壓保持穩(wěn)定，并以此電壓作為衡量輸出電壓乩高低的標準。限流電阻颶為穩(wěn)壓二極管VZ提供適當(dāng)?shù)姆�(wěn)定工作電流，使之工作在穩(wěn)定電壓范圍內(nèi)。比較放大管VT2及其集電極負載電阻R4構(gòu)成比較放大電路。取樣電壓與基準電壓分別加到三極管VT2的基極與發(fā)射極，兩電壓之間的差值（稱為誤差電壓）Ube2被三極管VT2放大后送到調(diào)整三極管VT1的基極，通過對三極管VT1基極屯流的控制來調(diào)整穩(wěn)壓電路的輸出直流電壓。

串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源電路是通過改變調(diào)整三極管的導(dǎo)通程度來達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。調(diào)整三極管進行調(diào)整的程度既受調(diào)整管本身放大倍數(shù)的影響，又受控制信號大小的影響。

圖示串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，除了變壓、整流、濾波外，穩(wěn)壓部分一般有四個環(huán)節(jié)：調(diào)整環(huán)節(jié)、基準電壓、比較放大器和取樣電路。當(dāng)電網(wǎng)電壓或負載變動引起輸出電壓V0變化時，取樣電路將輸出電壓V0的一部分饋送回比較放大器和基準電壓進行比較，產(chǎn)生的誤差電壓經(jīng)放大后去控制調(diào)整管的基極電流，自動地改變調(diào)整管集—射極間的電壓，補償V0的變化，從而維持輸出電壓基本不變。

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2021-4-17 18:29 上傳

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