实验七 集成运算放大器在稳压电源中应用

1、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。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。 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

2、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图图123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:8-Nov-2007 Sheet of File:D:安装软件PROTELEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:R1R3Rc2RRLDzT1T2R2UoUi+-Uce2Ube1R2R2Uz图123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:13-Nov-2007S

3、heet of File:D:安装软件PROTELEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:Rw2.2KR15.1KR61KR320KR21KR451R55102CW52C1100uF12344*2CP22T1T23DG63DG12411+-UoU+U-Ui15V+-U12*2CP123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:13-Nov-2007Sheet of File:D:安装软件PROTELEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:1234CRLUi15VUo桥式全波整流后的输出电压除直流分量外，还含有

4、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=（0.91.4）Ui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

5、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。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

6、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。 上述过程可简明表示如下：U0UBE2IC2UC2UBE1IC1 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

7、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。03213 222URRRRRUUUBEZB)(23 23210BEZUURRRRRU即当的滑动端位于最上端时，达到最小值)(2323210BEZimUURRRRRU当的滑动端位于最下端时，达到最大值)(23321max0BEZUURRRRU在实际计算时，以上各式中的UBE2约为(0.60.8V)。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

8、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。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

9、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Uo与输出电流变化量Io之比，即Ro=Uo/Io|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。1、整流、滤波电路的研究v（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=10K负载。v（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v（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1

10、0K。（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1 整流电路实验数据表表2 滤波电路实验数据表输出电压纹波电压输出波形接电容前接电容后100uF220uF2、稳压电路工作原理的研究（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中表3 稳压电路静态数据表RwUiUzU+U-UEUBUCU0最上端最下端3、稳压电路技术指标的测量v（1）输出电

11、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在R=时，将稳压电源输出电压调至9V，标准电源也调至9V。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）。接入RL=300负载，万用表电压指示值即为输出电压变化量Uo。将万用表串入负载RL支路中，测量电流值，即Io。以上过程中保持输入电压Ui不变，将测量数据记入表5中 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5 输出电阻测量数据表6 纹波电压测量数据U-RLIOUOIOUORO220V300RL纹波电压输出端未接电容输出端接电容v双踪示波器1台v直流稳压电源1台v模拟电路实验箱1个v万用表1块v运算放大器（LM324或UA741）1个v三极管（3DG6、3DG12）若干v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。v简述运