电工学实验8整流、滤波整流、滤波及稳压电路及稳压电路 整流、滤波及稳压电路整流、滤波及稳压电路一、实验目的一、实验目的 1 1、熟悉单相半波、全波、桥式整流电路、熟悉单相半波、全波、桥式整流电路 2 2、观察了解电容滤波作用、观察了解电容滤波作用 3 3、了解并联稳压电路、了解并联稳压电路 4 4、研究稳压电源的主要特性，掌握串联稳压电路的工作原理。、研究稳压电源的主要特性，掌握串联稳压电路的工作原理。 5 5、学会稳压电源的调试及测量方法。、学会稳压电源的调试及测量方法。 6 6、掌握直流稳压电源主要参数测试方法。、掌握直流稳压电源主要参数测试方法。二、实验原理二、实验原理 1 1、稳压电源通常由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路几部分组、稳压电源通常由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路几部分组成，结构框图如下：成，结构框图如下： 整流、滤波及稳压电路整流、滤波及稳压电路二、实验原理二、实验原理 1 1、电源变压器的作用是把、电源变压器的作用是把220V220V电网电压变换成符合整流电路所需的电电网电压变换成符合整流电路所需的电 压。压。 整流电路是利用二极管的单向导电性，将交流电变换成脉动的直流整流电路是利用二极管的单向导电性，将交流电变换成脉动的直流 电。本实验采用单相桥式整流电路。电。本实验采用单相桥式整流电路。 滤波电路：整流电路输出的电压是脉动的，即含有直流分量，又有滤波电路：整流电路输出的电压是脉动的，即含有直流分量，又有 交流分量，经过滤波电路后，可将大部分交流分量滤掉，从而使波形变交流分量，经过滤波电路后，可将大部分交流分量滤掉，从而使波形变 得比较平滑的直流电压。本实验采用电容器滤波。得比较平滑的直流电压。本实验采用电容器滤波。 稳压电路：由于整流、滤波电路输出的直流电压稳定性较差，当电稳压电路：由于整流、滤波电路输出的直流电压稳定性较差，当电 网电压波动或负载变化时输出的电压也随之变化，采用稳压电路后，输网电压波动或负载变化时输出的电压也随之变化，采用稳压电路后，输 出电压的稳定程度将大为提高。本实验采用并联稳压电路、串联稳压电出电压的稳定程度将大为提高。本实验采用并联稳压电路、串联稳压电 路、集成稳压器。路、集成稳压器。整流、滤波及稳压电路整流、滤波及稳压电路二、实验原理二、实验原理 2 2、直流稳压电源的技术指标、直流稳压电源的技术指标 直流稳压电源的技术指标可分为两种。一种是表示其基本特性的，直流稳压电源的技术指标可分为两种。一种是表示其基本特性的，称为特性指标，如允许的输入电压称为特性指标，如允许的输入电压U Ui i、输出电压、输出电压U Uo o、电压调节范围、电压调节范围UUo o和输出的最大电流等。另一种是表示稳压电源质量优劣的质量指和输出的最大电流等。另一种是表示稳压电源质量优劣的质量指 标，如稳压系数标，如稳压系数S Sr r、输出电阻、输出电阻R Ro o、最大输出纹波电压等。各质量指标的、最大输出纹波电压等。各质量指标的 定义是：定义是： （1 1）稳压系数）稳压系数S Sr r是在保持输出电流是在保持输出电流I Io o不变的情况下，输出电压与输不变的情况下，输出电压与输 入电压相对变化量之比，即入电压相对变化量之比，即 。 S Sr r是表示是表示 稳压电源稳压性能的最重要的指标。一般稳压电源稳压性能的最重要的指标。一般 。 整流、滤波及稳压电路整流、滤波及稳压电路二、实验原理二、实验原理 2 2、直流稳压电源的技术指标、直流稳压电源的技术指标 （2 2）输出电阻）输出电阻R Ro o是保持输入电压是保持输入电压U Ui i不变时，输出电压的变化量不变时，输出电压的变化量UUo o 与输出电流变化量与输出电流变化量IIo o之比，即之比，即 。 R Ro o是稳压电源是稳压电源 的另一个重要指标，它表示电源驱动负载的能力接近理想电压源的程的另一个重要指标，它表示电源驱动负载的能力接近理想电压源的程 度，其值越小越好，一般在度，其值越小越好，一般在 。 （3 3）最大输出纹波电压是指在输出额定电流时，输出纹波电压的有）最大输出纹波电压是指在输出额定电流时，输出纹波电压的有 效值。纹波越小，表示稳压性能越高，一般在毫伏数量级，经特殊处效值。纹波越小，表示稳压性能越高，一般在毫伏数量级，经特殊处 理可做到理可做到VV数量级。数量级。3 3、串联型直流稳压电源的组成及电压调节、串联型直流稳压电源的组成及电压调节 图图13-113-1是串联型直流稳压电源的基本结构，它包括采样电阻是串联型直流稳压电源的基本结构，它包括采样电阻R R1 1、 R R2 2，基准电源，基准电源D Dz z，电压比较放大器，电压比较放大器T T1 1 ，电压调整管，电压调整管T T2 2和滤波电容和滤波电容C C1 1、 C C2 2及各种保护电路等三部分组成。及各种保护电路等三部分组成。 整流、滤波及稳压电路整流、滤波及稳压电路二、实验原理二、实验原理 3 3、串联型直流稳压电源、串联型直流稳压电源 的组成及电压调节的组成及电压调节 图图13-113-1是串联型直流是串联型直流 稳压电源的基本结构，它稳压电源的基本结构，它 包括采样电阻包括采样电阻R R1 1、R R2 2，基，基 准电源准电源D Dz z，电压比较放大，电压比较放大 器器T T1 1，电压调整管，电压调整管T T2 2和滤和滤 波电容波电容C C1 1、C C2 2及各种保护及各种保护 电路等三部分组成。电路等三部分组成。 因为在稳压电源主回因为在稳压电源主回 路中电压调整管路中电压调整管T T2 2是与负是与负 载载R RL L串联的，故称串联型串联的，故称串联型 稳压电源。电阻稳压电源。电阻R R3 3既是既是T T1 1 的集电极负载电阻，又是的基极偏流电阻。稳压电源的工作过程是：当的集电极负载电阻，又是的基极偏流电阻。稳压电源的工作过程是：当输入端加电压输入端加电压U Ui i时，由于时，由于T T2 2、R R3 3以及以及(R(R1 1+ R+ R2 2) R) RL L构成射极输出器，构成射极输出器，图图13-1 13-1 串联式稳压电源的基本结构串联式稳压电源的基本结构整流、滤波及稳压电路整流、滤波及稳压电路二、实验原理二、实验原理 3 3、串联型直流稳压电源的组成及电压调节、串联型直流稳压电源的组成及电压调节 其输出电压其输出电压U Uo o将跟随将跟随T T2 2的基极电位逐渐升高。当的基极电位逐渐升高。当U Uo o还小于还小于D Dz z的击穿电压的击穿电压 时，时，T T1 1射极电位射极电位U UE1E1 U Uo o。 ， T T1 1的发射的发射 结处于反向偏置状态，因此结处于反向偏置状态，因此T T1 1不导通，此时不导通，此时I IC1C1=0=0。流过。流过R R3 3的电流全部注的电流全部注入入T T2 2的基极，促进的基极，促进T T2 2的进一步导通，的进一步导通，U UCE2CE2下降，下降， U Uo o逐渐上升。直至逐渐上升。直至U Uo o等等于于D Dz z的击穿电压而被击穿使的击穿电压而被击穿使U UE1E1稳定不变，此时稳定不变，此时U Uo o进一步增加将使进一步增加将使U UB1B1-U-UE1E1， T T1 1导通。导通。I IC1C1的产生，此时电压调节作用的开始。这时流过的产生，此时电压调节作用的开始。这时流过R R3 3的电的电流为流为I IR3R3=I=IB2B2I IC1C1。当由于某种原因使输出电压。当由于某种原因使输出电压U Uo o降低时，降低时， U U0 0 U UBE1BE1IIC1C1UUB2B2IIB2B2UUCe2Ce2UU0 0。反之亦然。反之亦然。U UE1E1不变不变整流、滤波及稳压电路整流、滤波及稳压电路二、实验仪器二、实验仪器 1 1、示波器、示波器 2 2、数字万用表、数字万用表 3 3、直流毫安表、直流毫安表 三、实验内容三、实验内容 1 1、半波整流电、半波整流电 路：实验电路如路：实验电路如 图图13-213-2所示所示, , 用用 示波器观察示波器观察U UZ Z及及 U UL L的波形的波形. .并测量并测量 U UZ Z、U UD D、U UL L。图图13-2 13-2 整流、滤波及稳压电路整流、滤波及稳压电路三、实验内容三、实验内容 2 2、桥式整流电路：实验电路如图、桥式整流电路：实验电路如图13-313-3所示所示, ,用示波器观察用示波器观察U UZ Z及及U UL L的的 形。并测量形。并测量U UZ Z、U UD D、U UL L。图图13-313-3整流、滤波及稳压电路整流、滤波及稳压电路三、实验内容三、实验内容 3 3、电容滤波电路：、电容滤波电路： 实验电路如图实验电路如图13-413-4 所示。所示。 (1) (1) 当当R RL L=1K=1K 时时，分别将不同的，分别将不同的 电容接入电路，用电容接入电路，用 示波器观察示波器观察U UL L波形，波形， 用万用表的电压档用万用表的电压档 测量测量U UL L并记录。并记录。 (2) (2)将将R RL L=1K=1K 改为改为150150 时时，重复，重复 上述实验。上述实验。图图13-10 13-10 电容滤波电路电容滤波电路 整流、滤波及稳压电路整流、滤波及稳压电路三、实验内容三、实验内容 4 4、并联稳压电路：实验电路、并联稳压电路：实验电路 如图如图13-1113-11所示。所示。 (1) (1)电源输入电压不变电源输入电压不变, ,负负 载变化时电路的稳压性能。载变化时电路的稳压性能。 改变负载电阻改变负载电阻R RL L使负载电使负载电 流流I IL L=1mA=1mA，5mA5mA，10mA10mA时，分时，分 别测量别测量U UL L、U UR R、I IL L、I IR R，计算，计算 电源输出电阻。电源输出电阻。 (2) (2)负载不变，电源电压负载不变，电源电压 变化时电路的稳压性能。变化时电路的稳压性能。 用可调的直流电压变化用可调的直流电压变化 模拟模拟220V220V电源电压变化，电路接入前将可调电源调到电源电压变化，电路接入前将可调电源调到10V10V，然后调到，然后调到图图13-5 13-5 并联稳压电路并联稳压电路整流、滤波及稳压电路整流、滤波及稳压电路三、实验内容三、实验内容 4 4、并联稳压电路：、并联稳压电路： 8V 8V、9V9V、11V11V、12V12V，按表，按表13-113-1内容测量填表内容测量填表, ,并计算稳压系数。并计算稳压系数。U Ui iU UL L(V)(V)I IR R(mA)(mA)I IL L(mA)(mA)10V10V8V8V9V9V11V11V12V12V表表13-1 13-1 整流、滤波及稳压电路整流、滤波及稳压电路三、实验内容三、实验内容 5 5、串联稳压电路、串联稳压电路 (1) (1)静态调试静态调试 按图按图13-613-6接线，负载接线，负载R RL L开路，既稳压电源空载。开路，既稳压电源空载。图图13-613-6整流、滤波及稳压电路整流、滤波及稳压电路三、实验内容三、实验内容 5 5、串联稳压电路、串联稳压电路 (1) (1)静态调试静态调试 将电源调到将电源调到9V9V，接到，接到U Ui i端。再调电位器端。再调电位器R RP P，使，使U UO O6V6V。测量各。测量各 三极管的三个管脚对地的电压。三极管的三个管脚对地的电压。 调试输出电压的调节范围。调节调试输出电压的调节范围。调节R RP P ，观察输出电压，观察输出电压U UO O的变化的变化 情况。记录情况。记录U UO O的最大和最小值。的最大和最小值。 (2) (2)动态测量动态测量 测量电源稳压特性。测量电源稳压特性。 使稳压电源处于空载状态，调电源电位器，模拟电网电压波使稳压电源处于空载状态，调电源电位器，模拟电网电压波 动动 10%10%：即：即U Ui i由由8V8V变到变到10V10V。测量相应的。测量相应的UUO O，根据，根据 计算稳压系数。计算稳压系数。整流、滤波及稳压电路整流、滤波及稳压电路三、实验内容三、实验内容 5 5、串联稳压电路、串联稳压电路 (2) (2)动态测量动态测量 测量稳压电源内阻。测量稳压电源内阻。 稳压电源的负载电流稳压电源的负载电流I I由空载变化到额定值由空载变化到额定值I I=100mA=100mA时，测时，测 量输出电压量输出电压U UO O的变化量即可求出内阻的变化量即可求出内阻 。测量过程。测量过程 中，使中，使U Ui i =9V =9V保持不变。保持不变。 测试输出的纹波电压。测试输出的纹波电压。 将图将图13-613-6的电压输入端接到图的电压输入端接到图13-713-7的整流滤波电路输出端（即的整流滤波电路输出端（即 接通接通AaAa，BbBb），在负载电流），在负载电流I I=100mA=100mA条件下，用示波器观察条件下，用示波器观察 稳压电源输入输出中的交流分量，描绘其波形。用晶体管毫伏表，稳压电源输入输出中的交流分量，描绘其波形。用晶体管毫伏表， 测量交流分量的大小。测量交流分量的大小。 整流、滤波及稳压电路整流、滤波及稳压电路三、实验内容三、实验内容 5 5、串联稳压电路、串联稳压电路 （3 3）输出保护）输出保护 在电源输出端接上负载同时串接电流表。并用电压表监视输在电源输出端接上负载同时串接电流表。并用电压表监视输 出电压，逐渐减小出电压，逐渐减小R RL L值，直到短路，注意值，直到短路，注意LEDLED发光二极管逐渐变发光二极管逐渐变 亮，记录此时的电压、电流值。亮，记录此时的电压、电流值。 逐渐加大逐渐加大R RL L值，观察并记录输出电压、电流值。值，观察并记录输出电压、电流值。 注意：此实验内容短路时间应尽量短（不超过注意：此实验内容短路时间应尽量短（不超过5 5秒），以防元秒），以防元 器件过热。器件过热。