项目1直流稳压电源

项目1直流稳压电源•学习目标了解半导体的基本知识，熟悉二极管、三极管的结构及特性；掌握桥式整流电路的组成、原理分析及正确接法；了解电容及电感滤波的原理；掌握硅稳压管稳压电路的组成与工作原理；了解串联型稳压电路的组成与原理；掌握三端集成稳压器的应用。•工作任务（1）小组制定工作计划。（2）读懂直流稳压电源电路原理图，明确元件连接和电路连线。（3）画出布线图。（4）完成电路所需元件的购买与检测。（5）根据布线图制作直流稳压电源电路。（6）完成直流稳压电源电路功能检测和故障排除。（7）根据老师讲解电路原理，通过小组讨论完成电路详细分析及项目报告。直流稳压电源实物图如图1.1所示，其电路图如图1.2所示。图1.1直流稳压电源实物图图1.2多用途直流稳压电源电路图•项目技能实训直流稳压电源的制作一、实训目的（1）能正确安装桥式整流滤波及稳压电路。（2）能正确调试整流滤波及稳压电路。（3）能正确使用集成稳压器二、实训设备与器件实训设备：模拟电路实验装置1台，万用表一台，示波器一台。实训器件：电路所需元件名称、规格型号和数量见表1.1所示。三、实训电路与说明多用途直流稳压电源电路图可参见图1.2，在业余制作、家电修理以及电池充电等方面都能得心应手地应用。本电路能输出24V、18V、12V、9V、6V、5V和3V的直流电压，输出最大电流约1.5A。本电路采用三端稳压集成电路制作。四、实训电路的安装与调试（1）电路的元件检测。（2）电路的安装。按图1.3所示装配图安装、焊接好电路板。（3）性能检测。用示波器观察到整流、滤波及稳压波形；测量出整流或滤波后的电压数值；测量各输出点的直流电压。五、完成电路的详细分析及编写项目实训报告知识链接一半导体二极管自然界的物质，按导电能力的不同，可分为导体、绝缘体和半导体三大类。1．半导体常用的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）等。如图1.4所示为半导体原子结构简化模型图；如图1.5所示为本征半导体结构图。（1）本征半导体。我们把纯度很高、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。特性：热敏特性;光敏特性;掺杂特性。（2）杂质半导体。如果在本征半导体中掺入微量的杂质，其导电能力会显著变化。根据掺入杂质的不同，可以分为P型半导体和N型半导体。①P型半导体。在本征半导体硅中掺入微量的三价元素硼，结构如图1.6，②N型半导体。在本征半导体中掺入微量的五价元素磷,结构如图1.6，2．PN结及单向导电性（1）PN结的形成。如图1.8所示。（2）PN结的单向导电性。3．半导体二极管半导体二极管简称二极管，是一种非线性半导体器件。由于它具有单向导电特性，故广泛用于整流、稳压、检波、限幅等场合。（1）二极管的结构。半导体二极管是由一个PN结加上管壳封装而成的，从P端引出的一个电极称为阳极，从N端引出另一个电极称为阴极。二极管的内部结构、外形及符号如图1.10所示。（2）二极管的类型。按制造二极管的材料来分，有硅二极管和锗二极管。按用途来分，有整流二极管、开关二极管、稳压二极管等。按结构来分，主要有点接触型和面接触。（3）二极管的特性。伏安特性，如图1.11所示。伏安特性表明二极管具有单向导电特性。正向特性；反向特性；反向击穿特性。（4）二极管的参数。最大整流电流IF；最高反向工作电压URM；反向饱和电流IS。（5）特殊二极管特殊二极管包括硅稳压二极管、发光二极管、光敏二极管。技能实训一二极管的识别与检测一、实训目的（1）能借助资料读懂二极管的型号及极性。（2）用万用表简易测出二极管的极性及质量好坏。三、实训内容与步骤1．查阅资料，认识二极管的型号，填写表1.2。2．判别二极管的极性（1）外观判别二极管的极性。（2）用万用表测量晶体二极管的极性及质量好坏。①用模拟万用表来判别二极管的极性与好坏。将以上判别、测量结果记录于表1.3中。②用数字万用表来判别二极管极性与好坏。四、实训注意事项（1）检测二极管的极性及质量好坏时，万用表的欧姆挡倍率不宜选得过低，也不能选择R×10k。（2）测量时，手不要碰到引脚，以免人体电阻的介入影响到测量值的准确性。（3）由于二极管的伏安特性是非线性的，用万用表的不同电阻挡测量二极管的电阻时，会得到不同的电阻值。思考为什么在检测二极管的质量时，万用表欧姆挡的倍率不宜选R×1和R×10k？知识链接二二极管整流电路由于电网系统供给的电能都是交流电，而电子设备需要稳定的直流电源供电，才能正常工作，因此必须将交流电变换成直流电，这一过程称为整流。本课题主要介绍单相半波整流电路和单相桥式整流电路。一、单相半波整流电路由于在一个周期内，二极管导电半个周期，负载RL只获得半个周期的电压，故称为半波整流。1．电路组成：见图1-162．工作原理：•设变压器副边电压为：式中，U2为变压器副边电压有效值。•在u2的正半周（0～）期间，假定变压器副边绕组的极性是上“+”下“”，则二极管V承受正向电压导通，此时有电流io（io=iV）流过负载RL，其压降为uo=ioRL，如果忽略V的管压降uV，则uo≈u2，负载上的电压uo与u2基本相等。•在u2的负半周（～2）期间，变压器副边绕组的极性变为上“”下“+”，二极管V承受反向电压截止，此时电流io≈0，负载上的电压uo≈0，变压器上的电压u2以反向全部加到二极管上。•第二个周期开始又重复上述过程。3．指标参数计算4．特点单相半波整流电路简单，元件少，但输出电流脉动很大，变压器利用率低。因此半波整流仅适用于要求不高的场合。二、单相桥式整流电路1．电路组成：如图1.17所示2．工作管理•在u2的正半周（0～）时，二极管V1、V3承受正向电压导通，V2、V4承受反向电压而截止，电流Io从变压器副边a端经V1、RL、V3回到b端，电流在电阻RL上产生压降Uo。如果忽略V1、V3的管压降，则Uo=U2。•在U2的负半周（～2）时，V1、V3反向截止，V2、V4承受正向电压而导通，电流Io从变压副边b端开发经V4、RL、V2回到a端。忽略V2、V4的管压降，则Uo=U2。•可见，在u2的一个周期内，V1、V3和V2、V4轮流导通，流过负载RL的电流Io的方向始终不变，负载的电压为单方向的脉动直流电压。波形如图1.18所示。3．指标参数计算负载的平均电压为：负载的平均电流为：在每个周期内，两组二极管轮流导通，各导电半个周期，所以每只二极管的平均电流应为负载电流的一半，即在一组二极管正向导通期间，另一组二极管反向截止，其承受的最高反向电压为变压器副边电压的峰值4．特点桥式整流比半波整流电路复杂，但输出电压脉动比半波整流小一倍，变压器的利用率也较高，因此桥式整流电路得到了广泛的应用。知识链接三滤波电路由于整流电路只是把交流电变成了脉动的直流电。这种直流电波动很大，主要是含有许多不同幅值和频率的交流成分。为了获得平稳的直流电，必须利用滤波器将交流成分滤掉。常用滤波电路有电容滤波、电感滤波和复合式滤波等。一、电容滤波电路1．电路组成电路由单相桥式整流电路、大容量电容C和负载RL组成，电路如图1.19所示。2．工作原理（1）不接RL的情况。如图1.19所示桥式整流电容滤波电路中，开关S打开。（2）接负载RL的情况。如图1.19所示桥式整流电容滤波电路中，开关S闭合。（3）特点。电容滤波电路虽然简单,但输出直流电压的平滑程度与负载有关。3．主要参数（1）输出电压平均值Uo。经过滤波后的输出电压平均值Uo得到提高。工程上，一般按下式估算Uo与U2的关系：Uo=1.2U2（2）二极管的选择。由于电容在开始充电瞬间，电流很大，所以二极管在接通电源瞬间流过较大的冲击尖峰电流，所以在实际应用中要求：二极管的额定电流为：二极管的最高反向电压为：（3）电容器的选择。负载上直流电压平均值及其平滑程度与放电时间常数=RLC有关。越大，放电越慢，输出电压平均值越大，波形越平滑。实际应用中一般取•式中，T为交流电源的周期T=电容器的耐压为：二、电感滤波电路1．电路工作原理利用电感线圈交流阻抗很大、直流电阻很小的特点，将电感线圈与负载电阻R串联，组成电感滤波电路，如图1.21所示。整流电路输出的脉动直流电压中的直流成分在电感线圈上形成的压降很小，而交流成分却几乎全都降落在电感上，负载电阻上得到平稳的直流电压。电感量越大，电压越平稳，滤波效果越好。但电感量大会引起电感的体积过大，成本增加，输出电压下降。2．特点电感滤波适用于输出电流大、负载经常变动的场合，其缺点是体积大、易引起电磁干扰。三、复式滤波电路将电容滤波和电感滤波组合起来，可获得比单个滤波器更好的滤波效果，这就是复式滤波器。如图1.22所示为常用的复合滤波电路。常见有型和型两类复合滤波器，图1.23所示。知识链接四稳压电路一、直流稳压电源的组成直流稳压电源一般由交流电源变压器、整流、滤波和稳压电路等几部分组成，如图1.24所示。二、稳压电路在直流稳压电源中的作用及要求1．稳压电路在直流稳压电源中的作用克服电源波动及负荷的变化，使输出直流电压恒定不变。2、稳压电路在直流稳压电源中的要求稳定性好；输出电阻小；电压温度系数小；输出电压纹波小。三、并联型稳压电路1．电路如图1.25所示2．工作原理下面从两个方面来分析其稳压原理。（1）负载不变，输入电压变化时。稳压过程分析如下：（2）输入电压不变，负载变化时。稳压过程分析如下：3．特点并联型稳压电路可以使输出电压稳定，但稳压值不能随意调节，而且输出电流很小。下面介绍串联型稳压电路。四、串联型稳压电路1.电路结构串联型稳压电路包括四大部分，其组成框图如图1.26所示。2．稳压原理分析并联型稳压电路可以使输出电压稳定，但稳压值不能随意调节，而且输出电流很小，为了加大输出电流使输出电压可调节，常用串联型晶体管稳压电路，如图1.27所示。串联型晶体管稳压电路是具有放大环节的串联型稳压电路，电路中V1为调整管，它与负载串联，起电压调整作用。V2为比较放大管，R4是它的集电极电阻，V2的作用是将电路输出电压的取样值和基准电压比较后进行放大，然后再送到调整管进行输出电压的调整。这样，只要输出电压有一点微小的变化，就能引起调整管的UCE发生较大的变化，从而提高了稳压电路的灵敏度，改善了稳压效果。3.串联型稳压电路特点串联型稳压电源工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压电源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器和电子电路之中。串联型稳压电源的缺点是损耗较大、效率低。五、集成稳压器1．概述将串联稳压电源和各种保护电路集成在一起就得到了集成稳压器。早期的集成稳压器外引线较多，现在的集成稳压器只有三个外引线：输入端、输出端和公共端。它的电路符号如图1.28所示，外形如图1.29所示。要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器,它们三个电极的位置是不同的，要查手册确定。2．三端集成稳压器的分类三端固定正输出集成稳压器；三端固定负输出集成稳压器，；三端可调正输出集成稳压器；三端可调负输出集成稳压器。3．应用电路三端固定输出集成稳压器的典型应用电路如图1.30所示,三端可调输出集成稳压器的典型应用电路如图1.31所示。在可调输出三端集成稳压器的内部，其输出端和公共端之间的参考电压是1.25V，因此输出电压可通过电位器调节得：知识拓展开关型稳压电源为解决串联型稳压电源的损耗大、效率低缺点，研制了开关型稳压电源。开关型稳压电源的调整管工作在开关状态，具有功耗小、效率高、体积小、重量轻等特点，现在开关型稳压电源已经广泛应用于各种电子电路之中。开关型稳压电源的缺点是纹波较大，用于小信号放大电路时，还应采用第二级稳压措施。一、开关型稳压电路开关型稳压电源的原理可用图1.32所示的电路加以说明。它由调整管、滤波电路、比较器、三角波发生器、比较放大器和基准源等部分构成。二、开关型稳压电路的工作原理三角波发生器通过比较器产生一个方波UB，去控制调整管的通断。当调整管导通时，向电感充电。当调整管截止时，必须给电感中的电流提供一个泄放通路。续流二极管V即可起到这个作用，有利于保护调整管。