穩(wěn)壓器是一種讓負(fù)載上的輸出電壓保持恒定而不隨負(fù)載電流變化的電路。例如,負(fù)載可以是微控制器系統(tǒng),這就要求電源電壓保持恒定,即使其電流會(huì)隨著系統(tǒng)活動(dòng)的變化而變化。圖1中的齊納二極管穩(wěn)壓器提供了一種非常簡單的方法來將負(fù)載電壓VL保持與齊納二極管的反向擊穿電壓相同的值,只要負(fù)載電阻RL保持在高于某一下限。電壓源VIN和電阻RS通過戴維寧等效電路模擬了輸入電路特性,比如將一個(gè)高電壓(如120 V交流電源)轉(zhuǎn)換為未經(jīng)調(diào)節(jié)和濾波的較低直流電壓源。
材料
ADALM2000主動(dòng)學(xué)習(xí)模塊
無焊面包板
1個(gè)1 kΩ電阻(RS)
1個(gè)5 kΩ可變電阻、電位計(jì)(RL)
一個(gè)齊納二極管(1N4735或類似產(chǎn)品)
指導(dǎo)：
使用1N4735 6．2 V齊納二極管在無焊面包板上構(gòu)建圖1所示電路。使用AWG1(5 V恒定)和–5 V Vn用戶電源作為直流電源VIN。RL使用各種固定和可變電阻。
圖1．齊納二極管穩(wěn)壓器
圖2．齊納二極管穩(wěn)壓器面包板電路
程序步驟
步驟1
對(duì)于下列值的RL,使用Scopy電壓表測量 VL以監(jiān)視并報(bào)告負(fù)載電壓VL:
開路(見圖3)
10 kΩ(見圖4)
1 kΩ(見圖5)
100 Ω(見圖6)
圖3．RL = 開路齊納二極管穩(wěn)壓器波形
圖4．RL = 10 kΩ齊納二極管穩(wěn)壓器波形
圖5．RL = 1 kΩ齊納二極管穩(wěn)壓器波形
圖6．RL = 100 Ω齊納二極管穩(wěn)壓器波形
步驟2
用5 kΩ電位計(jì)替換負(fù)載RL,并調(diào)節(jié)電位計(jì)以確定VL保持在齊納電壓VZ的10%以內(nèi)的RL的最小值。測量并報(bào)告設(shè)置的電位計(jì)電阻。該阻值與RS的值有何關(guān)系?
進(jìn)一步探索
使用步驟2所述的操作,利用示波器通道2測量RS中的電流,并在示波器XY模式下繪制齊納二極管兩端電壓與電流的關(guān)系圖,研究齊納二極管的電流/電壓特性曲線。務(wù)必調(diào)整水平電壓范圍和偏移,以將6．2 V擊穿電壓包括在內(nèi)。討論您的結(jié)果,尤其要討論齊納二極管與常規(guī)二極管的相似和不同之處。
驅(qū)動(dòng)更大負(fù)載電流
正如我們在圖1的簡單齊納二極管穩(wěn)壓器中看到的那樣,最大負(fù)載電流由電阻RS決定。另外,相對(duì)于最大電流,該電路在較小負(fù)載電流下的效率非常低,因?yàn)楫?dāng)負(fù)載中的電流較小時(shí),額外電流會(huì)流入齊納二極管。相對(duì)于如圖2所示的穩(wěn)壓電路,增加一個(gè)射極跟隨器或達(dá)林頓射極跟隨電流放大器可以大大提高穩(wěn)壓電路的效率。
附加材料
兩個(gè)NPN晶體管(2N3904和TIP31)
兩個(gè)小信號(hào)二極管(1N914或類似元件)
圖7．添加一個(gè)電流放大器級(jí)
指導(dǎo)
D1使用1N4735 6．2 V齊納二極管,Q1使用2N3904或TIP31功率晶體管,在無焊面包板上構(gòu)建圖7所示的任一電路。Q2可以是2N3904,D2、D3可以是1N914。
增加二極管D2與齊納二極管串聯(lián),用以部分抵消射極跟隨器Q1引起的額外VBE壓降。類似地,在達(dá)林頓配置中添加兩個(gè)二極管(D2、D3),同樣用來部分抵消達(dá)林頓跟隨器的兩個(gè)VBE壓降。
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