电源仿真实验报告Word格式.docx

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在调试时，若保护作用提前，应减小R6的值；

若保护作用迟后，则应增大R6的值。

稳压电源的主要性能指标：

（1）输出电压Uo和输出电压调节范围

调节RP可以改变输出电压Uo。

（2）最大负载电流Iom

（3）输出电阻Ro

输出电阻Ro定义为：

当输入电压Ui（指稳压电路输入电压）保持不变，由于负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流变化量之比，即

（4）稳压系数S（电压调整率）

稳压系数定义为;

当负载保持不变，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比，即

由于工程上常把电网电压波动±

10﹪作为极限条件，因此也有将此时输出电压的极限变化△Uo/Uo作为衡量指标，称为电压调整率。

（5）纹波电压

输出纹波电压是指在额定负载条件下，输出电压中所包含交流分量的有效值（或峰值）

3.实验设备与器件

（1）可调工频电源

（2）双踪示波器

（3）交流毫伏表（4）直流电压表

（5）直流毫安表（6）滑线变阻器200欧/1A

（7）晶体二极管1N4007×

4（8）稳压管1N4735×

1

（9）电阻器、电容器若干

（10）晶体三极管3DG6×

2（9011×

2）,3DG12×

1（9013×

1）

4.实验内容

（1）整流滤波电路测试

按图7.18.3所示连接实验电路，取可调工频电源电压为16V，作为整流电路输入电压U2。

1）取RL=240欧，不加滤波电容，测量直流输出电压UL及纹波电压ul,并用示波器观察U2和UL波形，记入表7.18.1中。

2）取RL=240欧，C=470微法，重复内容1）的要求，记入表7.18.1中。

3）取RL=120欧，C=470微法，重复内容1）的要求，记入表7.18.1中。

（2）串联型稳压电源性能测试

切断工频电源，在图7.18.3基础上按图7.18.2连接实验电路。

注意：

每次改变电路时，必须切断工频电源。

在观察输出电压UL波形的过程中，“Y轴灵敏度”旋钮位置调好后，不要再变动，否则将无法比较各波形的脉动情况。

1）初测

将稳压器输出端负载开路，断开保护电路，接通16V工频电源，测量整流电路输入电压U2，滤波电路输出电压Ui（稳压器输入电压）及输出电压uo。

调节电位器RP，观察uo的大小和变化情况。

如果uo能跟随RP线性变化，说明稳压电路各反馈环路工作基本正常，否则，说明稳压电路有故障。

稳压器是一个深负反馈的闭环系统，只要环路中任一个环节出现故障（某管截止或饱和），稳压器稳压器就会失去自动调节作用。

此时可分别检查基准电压Uz，输入电压ui，输出电压uo,以及比较放大器和调整管各电极的电位（主要是Ube,Uce）,分析它们的工作状态是否都处在线性区，从而找出不能正常工作的原因。

排除故障以后就可以进行下一步的测试。

2）测量输出电压可调范围

接入负载RL（滑动变阻器），并调节RL，使输出电流Io≈100mA.再调节电位器RP测量输出电压可调范围Uomin～Uomax，且使RP动点在中间位置附近时Uo=12V.若不满足要求，可适当调整R1，R2之值。

3）测量各级静态工作点

调节输出电压Uo=12V，输出电流Io=100mA，测量各级静态工作点，记入表7.18.2中。

4）测量稳压系数S

取Io=100mA,按表7.18.3改变整流电流输入电压u2（模拟电位电压波动），分别测出相应的稳压器输入电压ui及输出直流电压Uo,记入表7.18.3中。

5）测量输出电阻Ro

取U2=16V，改变滑动变阻器位置，使Io为空载、50mA和100mA，测量相应的值，记入表7.18.4中。

6）测量输出纹波电压

取U2=16V，Uo=12V，Io=100mA,测量输出纹波电压Uo,记录之。

7）调整过流保护电路

第一步断开工频电源，接上保护回路，再接上工频电源，调节RP及RL，使Uo=12V,Io=100Ma,此时保护电路不起作用。

测出V3各级电位值。

第二步逐渐减小RL，使Io增加到120mA,观察Uo是否下降，并测出保护起作用时V3各级的电位值。

若保护作用过早或滞后，可改变R6之值进行调整。

第三步用导线瞬时短接一下输出端，测量Uo值，然后去掉导线，检查电路是否能自动恢复正常工作。

5.仿真实验

（1）分别在Multisim平台上建立如图7.18.4所示的整理滤波电路。

启动仿真开关进行仿真分析。

（2）根据本节实验内容的要求在Multisim平台上逐项完成余下的仿真实验，并分析仿真结果。

6.预习要求

（1）复习教材中有关分立元件稳压电源部分内容，并根据实验电路参数估算Uo的可调范围及Uo=12V时V1，V2的静态工作点（假设调整管的饱和压降Uces≈1V）。

（2）说明图7.18.2中U2，Ui,Uo的物理意义，并从实验仪器中选择合适的测量仪表。

（3）在桥式整流电路实验中，能否用双踪示波器同时观察U2和UL的波形，为什么？

（4）在桥式整流电路中，如果某个二极管发生开路、短路或反接三种情况，将会出现什么问题？

（5）为了使稳压电源的输出电压Uo=12V,其输入电压的最小值Umin应等于多少？

交流输入U2min该怎样确定？

（6）当稳压电源输出不正常，或输出电压Uo不随取样电位器RP而变化时，应如何进行检查并找出故障所在？

（7）分析保护电路的工作原理。

（8）怎样提高稳压电源的性能指标（减小S和Ro）?

（9）画原理图与印刷电路图。

7.实验总结

（1）对表7.18.1所测结果进行全面分析，总结桥式整流、电容滤波电路的特点。

（2）根据表7.18.3和7.18.4所测数据，计算稳压电路的稳压系数S和输出电阻Ro,并进行分析。

（3）分析讨论实验中出现的故障及排除方法。

电源

（二）直流稳压电源（Ⅱ）—集成稳压器

（1）研究集成稳压器的特点及性能指标的测试方法。

（2）了解集成稳压器扩展性能的方法。

随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件。

由于集成稳压器具有体积小外接线路简单、使用方便、工作可靠和通用性能强等优点，因此在各种电子设备中应用十分普遍，基本上取代了由分立元件构成的稳压电路。

集成稳压器的种类很多，应根据设备对直流电源的要求来进行选择。

对于大多数电子仪器、设备和电子电路来说，通常是选用串联线性集成稳压器。

而在这种类型的器件中，又以三端式稳压器应用最为广泛。

W7800和W7900系列三端式集成稳压器的输出电压是固定的，在使用中不能进行调整。

W7800系列三端式稳压器的输出正极性电压，一般有5V，6V，9V，12V，15V，18V和24V七个挡级，输出电流最大可达1.5A（加散热片）。

同类型78M系列稳压器的输出电流为0.5A，78L系列稳压器的输出电流为0.1A。

若要求负极性输出电压，则可选用W79系列稳压器。

图7.19.1所示为W7800系列稳压器的外形和接线图。

它有三个引出端：

·

输入端（不稳定电压输入端）：

标以“1”

输出端（稳定电压输出端）：

标以“3”

公共端：

标以“2”

除固定输出三端稳压器外，还有可调式三端稳压器，后者用外接元件对输出电压进行调整，以适应不同的需要。

本实验所用集成稳压器为三端固定正稳压器W7812,它的主要参数有：

输出直流电压Uo=+12V,输出电流I：

0.1A，M：

0.5A，电压调整率10mV/V，输出电阻Ro=0.15欧，输入电压Ui的范围为15~17V。

一般Ui要比Uo高3~5V才能保证集成稳压器工作在线性区。

图7.19.2所示为用三端式稳压器W7812构成的单电源电压输出串联型稳压电源的实验电路图。

其中整流部分采用了四个二极管组成的桥式整流器成品（又称桥堆），型号为2W06（或KBP306），内部接线和外部引脚引线如图7.19.3所示。

滤波电容C1，C2一般选取为几百微法至几千微法。

当稳压器距离整流滤波电路比较远时，在输入端必须接入电容器C3（数值为0.33微法），以抵消线路的电感效应，防止产生自激振荡。

输出端电容C4（0.1微法）用以滤除输出端的高频信号，以改善电路的暂态响应。

图7.19.4为正、负双电压输出电路。

例如，当需要Uo1=+15V,Uo2=—15V时，可选用W7915和W7915三端稳压器，这时的Ui应为单电压输出时的两倍。

当集成稳压器本身的输出电压或输出电流不能满足要求时，可通过外接电路来进行性能扩展。

图7.19.5所示为一种简单的输出电压扩展电路。

如W7812稳压器的3、2端之间输出电压为12V，只要适当选择R的值，使稳压管Vz工作在稳压区，则输出电压Uo=12+Uz,可以高于稳压器本身的输出电压。

图7.19.6是通过外接晶体管V及R1来进行电流扩展的电路。

电阻R1的阻值由外接晶体管的发射结导通电压Ube、三端式稳压器的输入电流Ii（近视等于三端稳压器的输出电流Io1）和V的基极电流Ib来决定，即

式中，Ic为晶体管V的集电极电流，它应等于Ic=Io—Io1;

b为V的电流放大系数；

对于锗管Ube可按0.3V估算，对于硅管Ube按0.7V估算。

附：

（1）图7.19.7所示为W7900系列稳压器（输出负电压）外形及接线图。

（2）图7.19.8所示为可调输出正三端稳压器W317外形及接线图。

输出电压计算公式

最大输入电压

输出电压范围

（1）可调工频电源

（2）双踪示波器

（5）直流毫安表（6）三端稳压器W7812，W7815，W7915

（7）桥堆2W06（或KBP306）（8）电阻器、电容器若干

按图7.19.9所示连接实验电路，取可调工频电源14V电压作为整流电路输入电压u2.接通电源，测量输出端直流电压UL及纹波电压UL~，用示波器观察u2及UL的波形，把数据及波形记入自拟表格中。

（2）集成稳压器性能测试

断开工频电源，按图7.19.2改接实验电路，取负载电阻RL=120欧。

1）初测

接通工频14V电源，测量u2的值；

测量滤波电路输出电压Ui（稳压器输入电压），集成稳压器输出电压Uo,它们的数值应与理论值大致符合，否则说明电路出了故障。

设法查找故障并加以排除。

电路经初测进入正常工作状态后，才能进行各项指标的测试。

2）各项性能指标测试

第一步输出电压Uo和最大输出电流Iomax的测量。

在输出端接负载电阻RL=120欧，由于W7812的输出电压Uo=12V，因此流过RL的电流Iomax=12/120=100mA。

这时Uo应保持不变，若变化较大则说明集成块性能不良。

第二步稳压系数S的测量

第三步输出电阻Ro的测量

第四步输出纹波电压的测量

第二步~第四步的测试方法同7.18节，把测量结果记入自拟表格中。

3）集成稳压器性能扩展

根据实验器材来选取图7.19.4图、图7.19.8中各元器件，自拟测试方法与表格，记录实验结果。

（1）分别在Multisim平台上建立如图7.19.10所示集成稳压器。

（2）根据本节实验内容的要求在Multisim平台上逐项完成余下的仿真实验，并分析仿真结果。

（3）画原理图与印刷电路图。

6.预习要求

（1）复习教材中有关集成稳压器部分内容。

（2）列出实验内容中所要求的各种表格。

（3）在测量稳压系数S和输出电阻Ro时，应怎样选择测试仪器？

（1）整理实验数据，计算S和Ro,与手册上的典型值进行比较。

（2）分析并讨论实验中发生的现象和问题。

电源（三）晶闸管可控整流电路

1.实验目的

（1）学习单结晶体管和晶闸管的简易测试方法。

（2）熟悉单结晶体管触发电路（阻容移相桥触发电路）的工作原理及调试方法。

（3）熟悉用单结晶体管触发电路控制晶闸管调压电路的方法。

2.实验原理

可控整流电路的作用时把交流电变换为电压值可以调节的直流电。

图7.20.1所示为单相半桥式整流实验电路，主要由负载RL（灯泡）和晶闸管V1组成，单结晶体管V2及一些阻容元件构成阻容移相桥触发电路。

改变晶闸管V1的导通角，便可调节主电路的可控输出整流电压（或电流）的数值，这点可由灯泡负载的亮度变化看出。

晶闸管导通角的大小取决于触发脉冲的频率

，由公式

可知，当单结晶体管的分压比

（一般在0.5~0.8之间）及C值固定时，频率

的大小由R决定，因此，通过调节电位器RP，便可以改变触发脉冲的频率，主电路的输出电压也随之改变，从而达到可控调压的目的。

用万用表的电阻挡（或用数字万用表二极管挡）可以对单结晶体管和晶闸管进行简易测试。

图7.20.2所示为单结晶体管BT33引脚排列、结构图及电路符号。

好的单结晶体管的PN结正向电阻Reb1和Reb2均较小，且Reb1稍大于Reb2；

PN结的反向电阻Rbe1和Rbe2均应很大。

根据所测阻值即可判断出各引脚及管子的质量优劣。

图7.20.3所示为晶闸管3CT3A引脚排列、结构图及电路符号。

晶闸管阳极（A）—阴极（K）及阳极（A）—门极（G）之间的正、反向电阻

及

均应很大，而G—K之间为一个PN结，PN结正向电阻应较小，反向电阻应很大。

3.实验设备及器件

（1）±

5V、±

12V直流电源

（2）可调工频电源

（3）万用电表

（4）双踪示波器

（5）交流毫伏表

（6）直流电压表

（7）晶闸管3CT3A

（8）单结晶体管BT33

（9）二极管1N4007×

4

（10）稳压管1N4735

（11）灯泡12V／0.1A

（1）单晶晶体管的简易测试

用万用表R×

10欧挡分别测量EB1和EB2之间正、反向电阻，记入7.20.1中。

表7.20.1实验数据记录

REB1（欧）

REB2（欧）

RBE1（千欧）

RBE2（千欧）

结论

（2）晶闸管的简易测试

用万用表R×

1K挡分别测量A-K及A-G间的正、反向电阻；

用R×

10欧挡测量G-K间正、反向电阻，记入表7.20.2中。

表7.20.2实验数据记录

RAK（千欧）

RKA（千欧）

RAG（千欧）

RGA（千欧）

RGK（千欧）

RKG（千欧）

（3）晶闸管导通及关断条件测试

断开±

12V和±

5V直流电源，按图7.20.4所示连接实验电路。

1）晶闸管阳极加12V正向电压，门极开路或加5V正向电压，观察管子是否导通（导通时灯泡亮，关断时灯泡灭）。

管子导通后去掉＋5V门极电压或反接门极电压（接－5V），观察管子是否继续导通。

2）晶闸管导通后，去掉＋12V阳极电压，或反接阳极电压（接－12V），观察管子是否关断，记录之。

（4）晶闸管可控整流电路

按图7.20.1所示连接实验电路。

取可调工频电源14V电压作为整流电路输入电压U2，电位器RP置中间位置。

1）单结晶体管触发电路

第一步断开主电路（把灯泡取下），接通工频电源，测量U2的值。

用示波器依次观察并记录交流电压U2、整流输出电压U0（i-O）、削波电压UW（w-0）、锯齿波电压Ue（E-O）及触发输出电压UB1（B1-0）。

记录波形时，注意各波形间的对应关系，并标出电压幅度及时间，记入表7.20.3中

第二步改变移相电位器RP的值，观察UE和UB1波形的变化，以及UB1的移相范围，记入表7.20.3中。

表7.20.3实验数据记录

U2

ui

uRP

UE

UB1

移相范围

2）可控整流电路

断开工频电源，接入负载灯泡RL；

再接通工频电源，调节电位器RP，使电灯由暗到亮，再到最亮，用示波器观察晶闸管两端电压UV1和负载两端电压UL，并测量负载直流电压UL及工频电源电压U2的有效值，记入表7.20.4中。

表7.20.4实验数据记录

暗

亮

最亮

UL波形

UV1波形

导通角

UL（V）

U2（V）

5.仿真实验

（1）分别在Multisim平台上建立如图7.20.5所示可控整流电路。

（1）复习教材中晶闸管可控整流部分内容。

（2）可否用万用表R×

10k挡测试管子，为什么？

（3）为什么可控整流电陆中必须保证触发电路与主电路同步？

本实验是如何实现同步的？

（4）可以采取哪些措施来改变触发信号的幅度和移相范围。

（5）能否用双踪示波器同时观察U2和UL的波形？

为什么？

7.实验总结

（1）总结晶闸管导通、关断的基本条件。

（2）画出实验中记录的波形（注意各波形间的对应关系），并进行讨论。

（3）将实验数据UL与理论计算数据UL=0.9U21+cosa/2进行比较，分析产生误差的原因。

（4）分析实验中出现的异常现象。