1、项目二项目二 直流稳压电源制作与调试直流稳压电源制作与调试模拟电子技术项目教程 高职高专 ppt 课件 本项目学习载体是直流稳压电源制作与调试。本项目包含3个学习情境：认识整流与滤波电路、认识稳压电路和直流稳压电源的制作与调试。 前2个子项目在电子技术实训室进行，直流稳压电源的制作与调试在仿真真实工厂生产环境进行。学生完成本项目的学习后，会制作与调试直流稳压电源、能排除直流稳压电源的常见故障。 模拟电子技术项目教程 高职高专 ppt 课件学习情境学习情境1 1 认识整流与滤波电路认识整流与滤波电路任务任务1 认识整流电路认识整流电路任务任务2 认识滤波电路认识滤波电路模拟电子技术项目教程 高职
2、高专 ppt 课件学习目标v熟悉整流电路、滤波电路的组成；熟悉整流电路、滤波电路的组成；v理解整流电路、滤波电路的工作原理；理解整流电路、滤波电路的工作原理；v会计算单相半波、单相全波和单相桥式整流会计算单相半波、单相全波和单相桥式整流电路的电流、电压。电路的电流、电压。模拟电子技术项目教程 高职高专 ppt 课件工作任务v识读整流电路、滤波电路的电路图；识读整流电路、滤波电路的电路图；v连接、测试整流电路、滤波电路；连接、测试整流电路、滤波电路；v查阅手册及选用元器件。查阅手册及选用元器件。模拟电子技术项目教程 高职高专 ppt 课件问题引入 在日常生活中，空调、电冰箱、电视、电脑等家用电器
3、用的是220伏的交流电源，而复读机、手机、增氧机等用的是直流电源，进户电源是交流电源，如何得到直流电源，这就是我们要讨论的问题。任务一认识整流电路认识整流电路模拟电子技术项目教程 高职高专 ppt 课件 看一看看一看日常生活中的电源实例日常生活中的电源实例 在日常生活中，空调、电冰箱、电视、在日常生活中，空调、电冰箱、电视、电脑等家用电器用的是电脑等家用电器用的是220220伏的交流电源，而伏的交流电源，而复读机、手机、增氧机等用的是直流电源，复读机、手机、增氧机等用的是直流电源，进户电源是交流电源，如何得到直流电源，进户电源是交流电源，如何得到直流电源，这就是我们要讨论的问题。这就是我们要讨
4、论的问题。 任务1 认识整流电路认识整流电路a)复读机专用电源 b)手机充电电源 图2.1 电源实例模拟电子技术项目教程 高职高专 ppt 课件任务1 认识整流电路认识整流电路图2.2 直流稳压电源的组成原理框图 直流稳压电源是一种当电网电压波动或负载发生变化时，输出直流电压仍能基本保持不变的电源。电子设备中都需要有稳定的直流电源，功率较小的直流电源大多数都是将50Hz的交流电经过整流、滤波和稳压后获得的。上图为直流稳压电源的组成原理框图。 模拟电子技术项目教程 高职高专 ppt 课件v变压器：变压器： 将正弦工频交流电源电压变换为符合用电设备所需要的正弦工频交流电压。v整流电路：整流电路：
5、利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替变化的正弦交流电压变换成单方向的脉动直流电压。v滤波电路：滤波电路： 尽可能地将单向脉动直流电压中的脉动部分（交流分量）减小，使输出电压成为比较平滑的直流电压。v稳压电路：稳压电路： 使输出直流电压在电源发生波动或负载变化时保持稳定的措施。变压器是将220v交流电变成所需大小的交流电。v整流电路整流电路:v 是将工频交流电转换为脉动直流电。v滤波电路滤波电路: 将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。v稳压电路稳压电路: 采用负反馈技术，对整流后的直流电压进一步进行稳定。任务1 认识整流电路认识整流电路模拟电子技术项目教程 高职高专 p
6、pt 课件 学一学学一学单相半波整流电路单相半波整流电路 利用具有单向导电性能的整流元件如二极管等，将交流电转换成单向脉动直流电的电路称为整流电路。整流电路按输入电源相数可分为单相整流电路和三相整流电路，按输出波形又可分为半波整流电路和全波整流电路。目前广泛使用的是桥式整流电路。 单相半波整流电路（如图）的输出电压在一个工频周期内，只是正半周导电，在负载上得到的是半个正弦波。负半周时，二极管D承受反向电压。任务1 认识整流电路认识整流电路a)原理图 b)实物示意图 图2.3单相半波整流电路任务1 认识整流电路认识整流电路单相半波整流电压的平均值为： (2.1)图2.4 单相半波整流波形图流过负
7、载电阻RL的电流平均值为： (2.2)流经二极管的电流平均值与负载电流平均值相等，即：上图单相全波整流波形图 (2.3)二极管截止时承受的最高反向电压为u2的最大值，即： (2.4)特点：结构简单，使用元件少，但整流效率低，输出电压脉动大，因此，特点：结构简单，使用元件少，但整流效率低，输出电压脉动大，因此，它只适用于要求不高的场合，如蓄电池充电器等，实际中不常用。它只适用于要求不高的场合，如蓄电池充电器等，实际中不常用。0222o45. 02)(sin221UUttdUUL2Loo45. 0RURUIL2oD45. 0RUII22MRM2UUU学一学学一学单相全波整流电路单相全波整流电路22
8、009 . 0)()sin(21)(1UtdtUtduUooLOODDRUIII212121 图2.5 单相全波整流电路 单相全波整流电路如上图所示，波形如图所示，输出电压的平均值UO为 流过每个二极管的电流平均值为负载平均电流的一半，即任务一任务一认识整流电路认识整流电路图2.6单相全波整流波形图 与半波整流相比全波整流电路中的二极管所承受的最大反向电压增大了一倍。这是因为，变压器副绕组有中心抽头，当二极管VD2截止时，u21和u22串联通过VD1加在VD2上；VD1截止时, u21和u22串联通过VD2加在VD1上，如图2.5所示，其峰值为u21或u22峰值的两倍，即 （2.7）显然，全波
9、整流的Uo提高了，脉动减小了。但变压器副绕组的匝数增加了一倍，而且对于每半个绕组而言，也是只有一半时间通过电流，故变压器利用率仍然不高；另外，二极管承受的最大反向电压增加一倍。为了克服这些缺点实际应用中通常采用桥式整流电路。 222UURM任务一任务一认识整流电路认识整流电路 练一练练一练单相半波整流电路单相半波整流电路1、连接单相半波整流电路由电源变压器T、整流二极管VD、负载电阻Rl组成，如图2.3示。2、测端电压及观察波形（1）在变压器一次侧接入220V交流电压，用示波器观察u2和RL两端电压u0的波形。（2）用万用表测变压器二次交流电压有效值U2=_V。（3）用万用表测负载两端直流输出
10、电压U0=_V。任务一任务一认识整流电路认识整流电路 任务一认识整流电路认识整流电路学一学学一学单相桥式整流电路单相桥式整流电路 a)原理电路 b)简化画法图2.8 单相桥式整流电路 图2.8 单相桥式整流波形图当正半周时，二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当负半周时，二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。任务一认识整流电路认识整流电路v在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相全波整流电压的平均值为： (2.8)v流过负载电阻RL的电流平均值为： (2.9)v流经每个二极管的电流平均值为负载电流的一半，即： (2.10)v每个二
11、极管在截止时承受的最高反向电压为u2的最大值： (2.11)v整流变压器副边电压有效值为： (2.12)v整流变压器副边电流有效值为： (2.13)v由以上计算，可以选择整流二极管和整流变压器。特点：桥式整流电路提高了交流电源和变压器的利用率，输出电压高、波动小。任务一认识整流电路认识整流电路0222o9 . 022)(sin21UUttdUUL2Loo9 . 0RURUIL2oD45. 021RUII22MRM2UUUoo211. 10.9UUUo22211. 111. 1IRURUILL任务一认识整流电路认识整流电路 2o9 . 0 UU)(109 . 090.9o2VUU)(2 . 04
12、 . 02121oDAII)( 1 .141041. 1222RMVUUUMVUU1 .1422RMAIIVDFM2 . 0【例例2.12.1】有一直流负载需要直流电压9V，直流电流0.4A，若采用桥式整流电路，求电源变压器的二次电压，并选择二极管型号。解解：因则 流过二极管的平均电流 二极管承受的最高反向工作电压 选择二极管要求可选用最大整流电流为1A，最高反向工作电压为50V的IN4001四只。 任务一认识整流电路认识整流电路学一学学一学常用整流组合元件（桥堆）常用整流组合元件（桥堆） 将单相桥式整流电路的四只二极管制作在一起，封成一个器件称为整流桥。常用的整流组合元件有半桥堆（如图2.9
13、所示）和全桥堆（如图2.10所示）。半桥堆的内部是由两个二极管组成，而全桥堆的内部是由四个二极管组成。 图2.9半桥堆连接方式及电路符号图2.10全桥堆连接方式及电路符号任务一认识整流电路认识整流电路练一练练一练单相桥式整流电路单相桥式整流电路 1、连接单相桥式整流电路 由电源变压器T、整流二极管VD1VD4、负载电阻RL组成，如图2.5所示。2、测端电压及观察波形 （1）在变压器一次侧接入220V交流电压，用示波器观察u2和RL两端电压u0的波形。 （2）用万用表测变压器二次交流电压有效值U2=_V。 （3）用万用表测负载两端直流输出电压U0=_V。任务一认识整流电路认识整流电路练一练练一练
14、全桥整流桥堆的检测全桥整流桥堆的检测 选用时应注意整流桥堆的额定工作电流和允许的最高反向工作电压应符合整流电路的要求。标“+”、“”的引脚是整流输出直流电压的正、负端；标“”端要与输入的交流点相连接。桥堆引脚的识别及质量检测在实际应用中有重要意义，如图2.11所示。 图2.11全桥整流桥堆的检测 任务二 认识滤波电路认识滤波电路看一看看一看电容滤波电路 在整流电路的输出端与负载端之间并联一个电解电容C，如图所示。 a）原理图 b）实物示意图 图2.12 桥式整流电容滤波任务二 认识滤波电路认识滤波电路学一学基本滤波电路 在整流电路之后，需要加接滤波电路，尽量减小输出电压中交流分量，使之接近于理
15、想的直流电压。 a)电路 b)电压、电流波形 图2.13桥式整流电容滤波电路任务二认识滤波电路认识滤波电路 1、电容滤波电路、电容滤波电路 （1）电容滤波电路的分析）电容滤波电路的分析 电容滤波电路如图2.13所示。 整流电路接入滤波电容后，不仅使输出电压变得平滑、纹波显著减小，同时输出电压的平均值也增大了。 输出电压的平均值近似为：UO1.2U2 （2.14） 二极管的导通时间缩短，一个周期的导通角。由于电容C充电的瞬时电流很大，形成了浪涌电流，容易损坏二极管，故在选择二极管时，必须留有足够电流裕量。 电容滤波电路简单，输出电压平均值UO较高，脉动较小，但是二极管中有较大的冲击电流。因此，电
16、容滤波电路一般适用于输出电压较高、负载电流较小并且变化也较小的场合。 （2）选择滤波电容）选择滤波电容1)估算：容量C（35）T/RL(T为脉动电压周期)；耐压UCU2。 图2.15LC电感滤波电路任务二认识滤波电路认识滤波电路2、电感滤波电路、电感滤波电路图2.14电感滤波电路 上图所示电路是电感滤波电路，电感滤波适用于负载功率（电流）较大的场合。它的缺点是制做复杂、体积大、笨重且存在电磁干扰。3、其他形式滤波电路、其他形式滤波电路 （1）LC型滤波电路型滤波电路 电感滤波电路输出电压平均值UO的大小一般按经验公式计算。 UO0.9U2（2.15） 如果要求输出电流较大，输出电压脉动很小时，
17、可在电感滤波电路之后再加电容C，组成LC滤波电路，如下图所示。练一练练一练滤波电路负载两端的电压及波形滤波电路负载两端的电压及波形 v1）用示波器图2.12 a)观察负载两端电压的波形，比较并联电容前后的变化。v2）用万用表测试负载两端电压，并联电容前U0=_V，并联电容后U0=_V。任务二认识滤波电路认识滤波电路学习情境学习情境2 2 认识整流电路认识整流电路任务任务1 串联型稳压电路串联型稳压电路任务任务2 开关稳压电路开关稳压电路学习目标v了解稳压电源的组成；v理解串联型稳压电路、开关稳压电路的组成和工作原理；v会安装简单串联型直流稳压电路；v能调试、测量简单串联型直流稳压电路。工作任务
18、v识读串联型稳压电路、开关稳压电路的电路图；v安装简单串联型直流稳压电路；v记录简单串联型直流稳压电路测试结果并分析。问题引入 直流稳压电源是电子设备中的重要组成部分，用来将交流电网电压变为稳定的直流电压。一般小功率直流电源由电源变压器、整流滤波电路和稳压电路等部分组成。稳压电路用来在交流电源电压波动或负载变化时，稳定直流输出电压。目前广泛采用集成稳压器，在小功率供电系统中多采用线性集成稳压器，而中、大功率稳压电源一般采用开关稳压器。任务一任务一串联型稳压电路 看一看看一看直流稳压电源实物图直流稳压电源实物图 图2.17 直流稳压电源实物图 任务一任务一串联型稳压电路 学一学学一学稳压管稳压电
19、路的稳压原理 在上图中，以负载电阻不变、交流电源电压增加(或电源电压不变，负载电阻增大(RL）会使输出电压U0上升为例，说明稳压二极管稳压过程如下：U0IZI0U0U0使用注意：使用注意：1稳压二极管两端必须加上大于其击穿电压的反向电压，以保证稳压二 极管工作在反向击穿区。2串联适当阻值的电阻，限制击穿后的反向电流，使反向电流和耗散功率均不超过其允许值。电路特点：电路特点：元件少且简单、负载能力差、输出电压即稳压二极管的稳压值不可调。任务一任务一串联型稳压电路 图2.18 稳压管稳压电路学一学学一学晶体管串联型稳压电源 1、晶体管串联型稳压电源的原理图和框图如图、晶体管串联型稳压电源的原理图和
20、框图如图2.19所示所示。 a）原理图 b）实物示意图 图2.19 晶体管串联型稳压电源的原理图和框图任务一任务一串联型稳压电路 2、稳压原理、稳压原理 当U1或RL变化时，稳压过程如下： U1或RLU0UB2UBE2IB2IC2UB1IC1UCE1U03、输出电压的调节、输出电压的调节 按分压关系 则 因U2UBE2，则 式中为分压比，用n表示，则U0=结论：结论：只要改变RP的抽头位置，便可改变电路分压比，从而调整输出电压U0的大小。4、提高电源稳压性能的措施、提高电源稳压性能的措施 （1）取样电阻：选用金属膜的，使分压比n更稳定。 （2）稳压二极管：选温度系数小的硅稳压二极管，使UZ更稳
21、定。 （3）比较放大管：选大的晶体管，使调压灵敏，稳压性能好。 （4）调整管：当输出功率较大时，要选大功率晶体管，可用复合管作调整管以提高值。 021(22URRRRRURPRPB下）)(2)(2210BEZRPRPUURRRRRU下ZRPRPURRRRRU下）(2210nUZ任务一任务一串联型稳压电路 学一学学一学三端稳压器三端稳压器 三端式稳压器只有三个引出端子，具有应用时外接元件少、使用方便、性能稳定、价格低廉等优点，因而得到广泛应用。三端式稳压器有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器；另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳压器。它们的 基本组成及工作原理都相同，均采用
22、串联型稳压电路。1、固定输出的稳压器、固定输出的稳压器 三端固定输出集成稳压器通用产品有CW7800系列(正电源)和CW7900系列(负电源)。下图所示为CW7800和CW7900系列塑料封装和金属封装三端集成稳压器的外形及管脚排列。 图2.21三端固定输出集成稳压器的外形及管脚排列 任务一任务一串联型稳压电路 2、提高输出电压的电路、提高输出电压的电路 实际需要的直流稳压电源，如果超过集成稳压器的输出电压数值时，可外接一些元件提高输出电压，图2.23所示电路能使输出电压高于固定电压，图中的UXX为CW78系列稳压器的固定输出电压数值，显然有： UO=UXXUZ 图2.23提高输出电压电路 也
23、可采用图2.24所示的电路提高输出电压。图中R1、R2为外接电阻，R1两端的电压为三端集成稳压器的额定输出电压UXX，R1上流过的电流为IR1= UXXR1，三端集成稳压器的静态电流为IQ，则有： IR2=IR1+Io （2.17）任务一任务一串联型稳压电路 3、输出正、负电压的电路、输出正、负电压的电路 图2.25所示为采用CW7815和CW7915三端稳压器各一块组成的具有同时输出 +15V15V电压的稳压电路。图2.24正、负同时输出的稳压电源任务一任务一串联型稳压电路 4、恒流源可调稳压电路、恒流源可调稳压电路QOIRUI23图2.26恒流源电路任务一任务一串联型稳压电路 学一学学一学
24、串联型开关稳压电路串联型开关稳压电路 图2.27 串联型开关稳压电路组成框图任务二任务二开关稳压电路a)uA、uT波形 b)uB波形 c)uE波形 d) iL波形 e) uO波形图2.28开关稳压电源的电压、电流波形任务二任务二开关稳压电路学一学学一学并联型开关稳压电路并联型开关稳压电路 图2.29并联型开关稳压电路 任务二任务二开关稳压电路式中，ton、toff分别为开关调整管导通和截止的时间。由式（2.20）可见，并联型开关稳压电路的输出电压总是大于输入电压，且ton越长，电感L中储存的能量越多，在toff期间内向负载提供的能量越多，输出电压也就越大于输入电压。IoffonOUttU 1任
25、务二任务二开关稳压电路 并联型开关稳压电路的输出电压UO等于学习情境学习情境3 3 直流稳压电源的制作与调试直流稳压电源的制作与调试学习目标v理解直流稳压电源的工作原理；v会安装直流稳压电源；v会用仪器、仪表对直流稳压电源进行调试与测量；v能排除直流稳压电源的常见故障；v会撰写直流稳压电源的制作与调试报告书。工作任务v安装直流稳压电源；v用仪器、仪表对直流稳压电源进行安装与测量；v排除直流稳压电源的常见故障。看一看看一看直流稳压电源的实践制作印制板图直流稳压电源的实践制作印制板图 图2.37 印刷电路图（正反面合成） 图2.38 元件面排布图学一学学一学直流稳压电源1、复合管作为调整管、复合管
26、作为调整管 在稳压电路中，负载电流要流过调整管，输出大电流的电源必须使用大功率的调整管，这就要求有足够大的电流供给调整管的基极，而比较放大电路供不出所需要的大电流，另一方面，调整管需要有较高的电流放大倍数，才能有效地提高稳压性能，但是大功率管一般电流放大倍数都不高。解决这些矛盾的办法，是在原有的调整管基础上用几个大功率三极管，组成复合管。用复合管V7、V8做调整管的稳压电源电路如下图所示。 图2.39 复合管做调整管的直流稳压电源2、带有保护电路的稳压电源、带有保护电路的稳压电源v在稳压电路中，要采取短路保护措施，才能保证安全可靠地工作。普通保险丝熔断较慢，用加保险丝的办法达不到保护作用，而必
27、须加装保护电路。如下图所示为具有保护电路的稳压电源。图2.40 带有保护电路的直流稳压电源v保护电路的作用是保护调整管在电路短路、电流增大时不被烧毁，称之为短路保护、过流保护。其基本方法是，当输出电流超过某一值时，使调整管处于反向偏置状态，从而截止，自动切断电路电流。做一做做一做直流稳压电源的制作与调试直流稳压电源的制作与调试1、元器件规格和测试表、元器件规格和测试表编编 号号名名 称称规格及型号规格及型号数数 量量使用挡位使用挡位测试结果测试结果R1电阻2k1R2电阻3k1R3电阻2k1R4电阻1001R5电阻6801R6功率电阻0.331RP电位器4.7k1V1V4整流二极管1N54084
28、V5发光二极管3mm红色1V10稳压二极管6.2V1V6、V9三极管90142V7大功率三极管3DD1021V8三极管90131C1、C2电解电容2200F/16V1F保险丝2A12、实践安装工具及仪器仪表、实践安装工具及仪器仪表 电烙铁一把，焊锡丝，普通万用表1只，示波器1台，直流稳压电源1台。3、实践安装过程、实践安装过程 （1）识读串联型稳压电源电路原理图和印制电路图。 （2）先在印制电路板上找到相对应的元器件的位置，将元器件成形。 （3）采用边插装边焊接的方法依次正确插装焊接好元器件（注意二极管、 电解电容的正、负极，三极管的电极）。插装步骤如下：v 插装电阻R1、R2、R3、R4、R
29、5、R6v 插装二极管V1、V2、V3、V4、V10 v 插装电解电容器C1 、C2v 插装发光二极管V5 v 插装三极管V6、V8、V9 v 插装保险丝Fv 插装大功率三极管V7 （4）安装变压器，再用电烙铁焊接好变压器（注意此时不要急于把变压器的初 级和交流电源相连）。 （5）检查焊接的电路中元器件是否有假焊、漏焊，以及元器件的极性是否正确。 （6）通电试验，观察电路通电情况。 4、整机调测、整机调测 （1）测在路直流电阻 （2）通电调测 5、注意、注意 做该项实践内容时，短路时间不能太长，否则会因短路电流太大，导致调整管发热而损坏，所以采用瞬时短路法时，首先将万用表搭在被测电压的测试点上
30、，然后用短路线将输出端短接一下，测出短路后的电压时应立即放开短路线。想一想直流稳压电源常见故障及排除方法 进行故障维修时，首先根据故障现象进行判断，以划分故障的大致位置，方可着手修理。表中为直流稳压电源常见故障现象和排除方法。序序 号号故障现象故障现象故障部位及排除方法故障部位及排除方法1P1P2或P3P2之间无交流电压输出检查保险丝有无断路现象。如断路，则接上保险丝；没有断路，则检查电桥上的每只整流二极管是否断路，如果断路则重新接好。检查电源变压器初、次级线圈是否断路。如断路，则接好相应的线圈部位；没有断路，则检查电源插头是否插接好。2烧保险丝检查C1或C2有无短路现象。如短路，则更换C1或
31、C2；没有短路，则检查电桥上的每只整流二极管是否短路，如果短路则更换二极管。检查负载是否短路。3输出电压高检查比较放大管V9的发射结是否存在断路现象。如断路，则更换三极管；没有断路，检查采样电路中的电阻R6是否存在断路现象，如断路，则接好电阻R6或更换，没有断路，则检查电位器RP的触点是否良好。检查调整管V7的集射之间是否存在短路现象。如短路，则更换三极管；没有短路，则检查调整管V8。4输出电压低或为零检查调整管V7的发射结之间是否存在断路现象。如断路，则更换调整管V7；没有断路，检查偏电阻R3是否存在断路现象。检查R5是否存在断路现象。稳压管V10是否存在短路或接反现象。写一写直流稳压电源安
32、装与调试任务书安装直流稳压电源要求如下： 1、直流稳压电源的安装指标、直流稳压电源的安装指标 （1）输出电压Uo=12V； （2）最大输出电流Iomax=1A； （3）输出纹波小于5mV。 2、直流稳压电源的安装要求、直流稳压电源的安装要求： （1）画出实际设计电路原理图和印制板图 （2）写出元器件及参数选择 （3）元器件的检测 （4）元器件的预处理 （5）基于PCB板的元器件焊接与电路装配 （6）在安装过程中发现问题并能解决问题 3、实际电路检测与调试、实际电路检测与调试 选择测量仪表与仪器，对电路进行实际测量与调试 4、撰写直流稳压电源的安装与调试报告书，写出安装与调试全过程，附上有关、撰写直流稳压电源的安装与调试报告书，写出安装与调试全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。资料和图纸，有心得体会。
