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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,3,：直流稳压电源的组装与调试,本项目在前面已学的整流滤波的基础上，简单介绍实际稳压电源，得出直流稳压电源的组成；重点对硅稳压二极管稳压电路、串联型稳压电路和集成稳压电路进行分析；然后进行串联型稳压电路进行组装和调试，从而掌握直流稳压电源工作原理。,3：直流稳压电源的组装与调试 本项目在前面已学的整流,项目三：直流稳压电源的组装与调试,直流稳压电源的认识,1,分立元器件稳压电路分析,2,集成稳压电路分析,3,直流稳压电源的组装与调试,4,目,录,项目三：直流稳压电源的组装与调试 直流稳压电源的认,3.1,直流稳压电源的认识,在日常生活中，我们经常使用的随后听、手机充电器等电子产品都带有一个稳压电源，通过接入,220V,的市电中，就可以方便地给各种电子产品提供所需的直流电压。由于稳压电源应用极为广泛，图,3-1,为几种常用的稳压电源外观图。,图,3-1,常用稳压电源的外观图,3.1 直流稳压电源的认识 在日常生活中，我,3.1,直流稳压电源的认识,稳压电源形外多种多样，但其内部均是由电子元器件通过一定的电路来实现的，图,3-2,为分立元器件的串联可调直流稳压电源的电路板实物图。,图,3-2,分立元件的串联可调式直流稳压实物图,3.1 直流稳压电源的认识 稳压电源形外多种,序号,标号,类型,参数,作用,1,B1,变压器,变压，将,220V,交流电变为,15V,的交流电,2,D1-D4,整流二极管,IN4001,整流，将交流电变为直流电,3,DZ,稳压二极管,6.2V,称压，保证其阴极为,6.2V,的基准电压,4,C1,电解电容,1000uF/25V,滤波，滤除整流后所含的交流成分,5,C2,瓷片电容,100pF,滤波，滤除交流成分,6,C3,电解电容,100uF/25V,滤波，滤除交流成分,7,R1,电阻,3K,分压，为三极管工作提供合适的工作电压,8,R2,电阻,560,分压，与稳压二极管组成二极管稳压电路,9,R3,电阻,510,分压，为三极管工作提供合适的工作电压,10,R4,电阻,510,分压，为三极管工作提供合适的工作电压,11,R5,电阻,560,分压，为三极管工作提供合适的工作电压,12,R6,电阻,5.6K,分压，为三极管工作提供合适的工作电压,13,R7,电阻,2,分压，为三极管工作提供合适的工作电压,14,Rp,可变电阻（电位器）,470,调压，调节,VT2,基极电压,15,VT1,NPN,三极管,BU406,调整放大管,16,VT2,NPN,三极管,CS9013,取样放大管,17,VT3,NPN,三极管,CS9013,过流保护三极管,表,3-1,直流稳压电源分立元件列表,序号标号类型参数作用1B1变压器变压，将220V交流电变为1,3.1,直流稳压电源的认识,通过插头插入,220V,的交流电源中，经过电路稳压后便可输出稳定的直流电压。根据不同的需要通过调节电压调节旋钮,RP,可以实现不同的直流电压输出。,通常是由交流电源经电源变压器降压后，再经整流滤波得到的直流电源电压，往往会因为电网电压的波动、负载电流等因素的变化而变化，因此，整流滤波电路后，还需要接稳压电路，才能使电路正常工作。为了获得稳定性好的直流电压，在交流电经变压器变压、整流和滤波后，还需要采取稳压措施，以保证负载得到稳定的直流电压。图,3-3,为本直流稳压电源的原理图。,3.1 直流稳压电源的认识 通过插头插入2,3.1,直流稳压电源的认识,图,3-3,分立元件的串联可调式直流稳压原理图,变压器将工频交流电变换为所需的交流电压，经整流电路整流后得到单向脉动直流电，滤波电路将单向脉动直流电中的脉动成分滤除，送入到稳压电路进行稳压，在负载上将得到稳定的直流电压，图,3-4,为直流电源的方框图。,3.1 直流稳压电源的认识图3-3 分立元件的串联可调式,3.1,直流稳压电源的认识,图,3-4,直流电源的方框图,变压、整流和滤波在前面已作介绍，因此在此不再讲解。稳压电路种类较多，常用的稳压电路有硅稳压二极管稳压电路、串联型稳压电路、集成稳压电路等。,3.1 直流稳压电源的认识图3-4 直流电源的方框图,3.2,分立元器件稳压电路分析,硅稳压二极管稳压电路,1,硅稳压二极管稳压电路的构成,图,3-5,所示为硅稳压二极管稳压电路，由于稳压二极管,VZ,与负载,R,L,并联，所以称为并联型稳压电路。,图,3-5,硅稳压二极管稳压电路,稳压二极管,VZ,长期工作在反向击穿区，利用其反向电流可大范围变化而反向电压基本不变的特性进行稳压。,R,为限流电阻，由图可以得出：,U,O,=U,I,-I,R,=U,Z,而输出电压,U,O,就是稳压二极管两端的电压,U,Z,。,3.2 分立元器件稳压电路分析硅稳压二极管稳压电路1硅稳压,3.2,分立元器件稳压电路分析,串联型稳压电路,1,串联型稳压电路的构成,图,3-6,为分立元件的串联型稳压电路。,图,3-6,串联型稳压电源,串联型稳压电源电路中各元件作用如下：, R,P,、,R,3,、,R,4,构成取样电路。,R,2,、,V,Z,组成基准电路。,VT,2,是比较放大管。,VT,1,为调整元件，也称调整管。,3.2 分立元器件稳压电路分析 串联型稳压电路1串联型稳压,3.2,分立元器件稳压电路分析,串联型稳压电源主要由基准电压、取样电路、比较放大、调整管四个部分组成。图,3-7,为串联型稳压电源的方框图。,图,3-7,串联型稳压电源的方框图,2,串联型稳压电路的工作原理, 设负载,R,L,不变，当输入电压,U,I,减小时，输出电压,U,O,存在,3.2 分立元器件稳压电路分析 串联型稳压电源主要由,3.2,分立元器件稳压电路分析,下降趋势，由于取样电阻的分压使得比较放大管的基极电位,U,B2,下降，比较放大管的发射极电压不变（,U,E2,=U,Z,），所以,U,BE2,也下降，比较放大管导通能力减弱，,U,C2,升高，调整管导通能力增强，调整管,VT,1,集射这间的电阻,R,CE1,减小，管压降,U,CE1,下降，使输出电压,U,O,上升，保证了,U,O,基本不变。,当输入电压增大时，稳压过程与上述分析相反。,3.2 分立元器件稳压电路分析 下降趋势，由于取样电阻的分压,3.2,分立元器件稳压电路分析,设输入电压,U,I,不变，当负载,R,L,增大时，引起输出电压,U,O,增长，则电路中变化过程为：,当负载,R,L,减小时，稳压过程与上述分析相反。,因此，稳压过程的实质是通过负反馈使输出电压维持稳定。,3,串联型稳压电路的输出电压计算,图,3-6,所示稳压电路中电位器,R,P,串接在,R,3,和,R,4,之间，通过调,R,P,来改变输出电压,U,O,，设计该电路时一定要满足,I,2,I,B2,，忽略,I,B2,，使,I,1,I,2,，则,3.2 分立元器件稳压电路分析 设输入电压UI不变，当负,3.2,分立元器件稳压电路分析,U,B2,=,U,O,U,O,=,U,B2,=(,U,Z,+,U,BE2,),其中，,U,Z,为稳压管的稳压值；,U,BE2,为,VT,2,发射结电压；为图,3-6,中电位器滑动触点下半部分的电阻值。电位器,R,P,调到最上端时，输出电压最小，其值为,U,Omin,=(U,Z,+U,BE2,),电位器,R,P,调到最下端时，输出电压最大，其值为,U,Omax,=(,U,Z,+,U,BE2,),3.2 分立元器件稳压电路分析 UB2=UOUO=UB2=(,3.2,分立元器件稳压电路分析,例,3-3,：,串联型稳压电路如图,3-6,所示，,U,Z,=2V,，,R,3,=R,4,=2k,，,R,P,=10k,，试求输出电压的最大值、最小值为多少？,分析：,忽略,VT,2,的管压降，,U,BE2,0,，,I,B2,0,，则,U,B2,U,Z,当,R,P,调到最上端时，此时输出电压,U,O,最小，,得,U,Omin,=(,U,Z,+,U,BE2,),U,Z,=2,=2.4V,当,R,P,调到最下端时，此时输出电压,U,O,最大，得,U,Omax,=(,U,Z,+,U,BE2,),U,Z,=2,=14V,3.2 分立元器件稳压电路分析例3-3：串联型稳压电路如图3,3.3,集成稳压电路分析,随着电子电路集成化的发展和功率集成技术的提高，出现了各种各样的集成稳压器。集成稳压器是指将调整管、取样放大、基准电压、启动和保护电路等全部集成在一块半导体芯片上而形成的一种稳压集成块，称为单片集成稳压器。它具有体积小、可靠性高、使用简单等特点，尤其是集成稳压器具有多种保护功能，包括过流保护、过压保护和过热保护等。集成稳压电路种类很多，按引出端的数目可分为三端集成稳压器和多端集成稳压器。其中，三端集成稳压器的发展应用最广，采用和三极管同样的封装，使用和安装也和三极管一样方便。三端稳压器由于使用简单，外接元件少，性能稳定，因此广泛应用于各种电子设备中。,三端稳压器可分为固定式和可调式两类。,3.3 集成稳压电路分析 随着电子电路集,3.3,集成稳压电路分析,三端集成稳压器的主要参数,集成稳压器的参数可分为性能参数、工作参数和极限参数三类。,性能参数,集成稳压器的性能参数是指在给定的工作条件下，集成稳压器本身所能达到的性能指标。其中主要有电压调整率、电流调整率和输出电阻等。这些参数的定义与前述直流稳压电源相应的技术指标相同。,工作参数,最大输入,-,输出电压差（,U,I,-,U,O,）,max,输入,-,输出电压差是指集成稳压器输入端和输出端之间的电压降。,3.3 集成稳压电路分析 三端集成稳压器的主要参数,3.3,集成稳压电路分析,最小输入,-,输出电压差（,U,I,U,O,）,min,能保持集成稳压器正常稳压的输入,-,输出电压降的最小值,输出电压范围（,U,Omin,U,Omax,）,对于固定输出集成稳压器，其输出电压在器件型号中以标称值给出。,静态工作电流,I,Q,静态工作电流是指在加上输入电压以后，集成稳压器内部电路的工作电流。当,极限参数,极限参数是表示集成稳压器被破坏的工作参数，反映集成稳压器的安全工作条件。,3.3 集成稳压电路分析 最小输入-输出电压差（UIUO,3.3,集成稳压电路分析,最大输入电压,U,Imax,最大输入电压是保证集成稳压器能安全工作的最大输入电压值。,最大输出电流,I,Omax,集成稳压器能正常工作的最大输出电流定义为最大输出电流,最大功耗,P,M,集成稳压器的最大功耗,P,M,表示它所能承受的最大耗散功率。稳压器的功耗可表示为,P,M,（,U,I,U,O,）,I,O,3.3 集成稳压电路分析 最大输入电压UImax,3.3,集成稳压电路分析,三端固定式集成稳压器,1,三端固定式集成稳压器的外形及管脚排列,三端固定式集成稳压器是目前应用最普遍的中小功率稳压器，其外形及管脚排列见图,3-8,所示。由于它只有输入、输出和公共端三个端子，故称为,三端稳压器,。,78,系列：,1-,输入端,2-,公共端,3-,输出端,79,系列：,1-,公共端,2-,输入端,3-,输出端,图,3-8,三端固定式集成稳压器外形及管脚排列,3.3 集成稳压电路分析 三端固定式集成稳压器1三端固定式,3.3,集成稳压电路分析,2,三端固定式集成稳压器的型号组成及含义,国标,稳压器,用数字表示输出电压值,最大输出电流：,L,为,0.1A,，,M,为,0.5A,，无字母表示,1.5A(,带散热片,),78,：输出固定正电压,79,：输出固定正电压,C,W,78(79),L,XX,国产的三端固定集成稳压器有,CW78,正电压系列和,CW79,负电压系列，其输出电压有,5V,、,6V,、,9V,、,12V,、,18V,、,24V,等，其最大输出电流为,0.1A,、,0.5A,、,1A,、,1.5A,、,2.0A,等。,3,三端固定式集成稳压器的应用,输出固定电压稳压器,3.3 集成稳压电路分析 2三端固定式集成稳压器的型号组成,3.3,集成稳压电路分析,实际应用中，根据所需输入电压、电流，选用符合要求的,CW78,或,CW79,系列产品。常用电路如图,3-9,所示。,图,3-9,输出固定电压稳压器电路,左图是用,CW7812,组成的输出,12V,固定电压的稳压电路。图中,C,i,用以减小纹波以及抵消输入端接线较长时的电感效应，防止自激振荡，并抑制高频干扰。一般取,0.1,1F,。,C,o,用以改善负载的瞬态响应减小脉动电压并抑制高频干扰，可取,1F,。电子电路中使用时要防止公共端开路，同时,C,i,和,C,o,应紧靠集成稳压器安装。,3.3 集成稳压电路分析 实际应用中，根据,3.3,集成稳压电路分析,扩大输出电压的电路,当所需稳压电源输出电压高于集成稳压器的标准输出电压时，可以采用外接稳压管来提高输出电压的电路，如图,3-9,所示。,图,3-10,扩大输出电压的电路,由图,3-10(a),可以看出,U,O,U,U,Z,，式中,U,是集成稳压器的输出电压，,U,Z,是稳压管的稳定电压。电阻,R,是稳压二极管的限流电阻，防止稳压二极管通过集成稳压器的,3.3 集成稳压电路分析 扩大输出电压的电路 当所,3.3,集成稳压电路分析,调整端和输出端接地，形成通路，损坏集成稳压器，在输出端接入二极管,VD,保护稳压器，正常工作时,VD,处于反向截止状态，当输出端短路时，电流可通过二极管流到输出回路，避免了电流由稳压器的接地端倒流进稳压器而造成稳压器损坏。,图,3-10(b),是利用外接电阻提高输出电压的电路，,R,1,上的电压就是集成稳压器的标准输出电压。当忽略稳压器的静态工作电流,I,Q,时,U,O,U,从上式可看出是所提高的电压部分，由,R,1,和,R,2,的比值来决定。,3.3 集成稳压电路分析 调整端和输出端接地，形成通路，损坏,3.3,集成稳压电路分析,扩大输出电流的电路,如需负载电流大于三端稳压器输出电流时，可采用图,3-10,所示电路。,(a),大电流输出的稳压电源电路,(b),三端集成稳压器的并联运用,CW7800,系列的最大输出电流为,1.5A,，若要求稳压电源的输出电流大于,1.5A,时，则必须采取扩展输出电流的办法。这可用外接功率管来解决。但要注意所接的三极管只能用,图,3-11,扩大输出电流的电路,3.3 集成稳压电路分析 扩大输出电流的电路(a) 大电,3.3,集成稳压电路分析,PNP,型晶体管，若必须采用,NPN,晶体管，则可用,PNP,型晶体管与它接成复合管的形式。图,3-11(a),是大电流输出的稳压电源电路。稳压电源的输出电流为,I,O,=,I,C,+,I,CW,，需要指出的是，由于采用外接扩流管，因此会对集成稳压器的稳压精度有影响。,由于三端集成稳压器价廉易购，因此用并联法扩大输出电流也是一种简单而有效的方法。图,3-11(b),所示，其最大输出电流可达到单个集成稳压器最大输出电流的,n,倍，,n,为并联稳压器的个数。为了避免因稳压器特性差异太大而导致某个稳压器过热,必要时可进行参数的测试筛选。对于固定负载，也可加一很小的均流电阻，如图,3-11(b),中虚线所示。,3.3 集成稳压电路分析 PNP型晶体管，若必须,3.3,集成稳压电路分析,输出正、负电压的稳压电源,电子电路中，常常需要同时输出正、负电压的双向直流稳压电源，由集成稳压器组成的此类电源形式较多。图,3-12,是其中的一种，它由,CW7815,和,CW7915,系列集成稳压器以及共用的整流滤波电路组成，该电路具有共同的公共端，可以同时输出正、负两种电压。,图,3-12,正负对称的稳压电路,3.3 集成稳压电路分析 输出正、负电压的稳压电源图3,3.3,集成稳压电路分析,三端可调式集成稳压器,1,三端可调式集成稳压器的外形及管脚排列,三端可调式输出电压集成稳压器是在三端固定式稳压器基础上发展起来的一种性能更为优异的集成稳压器件，它除了具备三端固定式稳压器的优点外，既有正压稳压器，又有负压稳压器，有,100mA,、,0.5A,、,1.5A,等各类稳压器，还可用少量的外接元件，实现大范围的输出电压连续调节（调节范围为,1.2,37V,），应用更为方便。三端可调稳压器的外形及引脚排列如图,3-13,所示。,3.3 集成稳压电路分析 三端可调式集成稳压器1,3.3,集成稳压电路分析,(a) CW17,系列,(b) CW37,系列,CW17,系列：,1-,输入端,2-,公共端,3-,输出端,CW37,系列：,1-,公共端,2-,输入端,3-,输出端,2,三端可调式集成稳压器的型号组成及含义,国标,稳压器,最大输出电流：,L,为,0.1A,，,M,为,0.5A,无字母表示,1.5A,产品序号：,17,输出为正电压,37,输出负电压,产品序号：,1,为军工，,2,为工业、,半军工，,3,为民品,C,W,3,17,L,图,3-13,三端固定式集成稳压器外形及管脚排列,3.3 集成稳压电路分析 (a) CW17系列,3.3,集成稳压电路分析,其典型产品有输出正电压的,CW117,、,CW217,、,CW317,系列和输出负电压的,CW137,、,CW237,、,CW337,系列。同一系列的内部电路和工作原理基本相同，只是工作温度不同。如,CW117,、,CW217,、,CW317,的工作温度分别为,55,150,、,25,150,、,0,125,。,3,三端可调式集成稳压器的应用,三端可调式集成稳压器输出端与调整端之间的电压为基准电压,U,REF,，其典型值为,U,REF,1.25V,。流过调整端的电流典型值为,I,REF,50A,。正常工作时，只要在输出端上外接两个电阻，就可获得所要求的输出电压值。三端可调稳压器的基本应用电路如图,3-14,所示。,3.3 集成稳压电路分析 其典型产品有输出,3.3,集成稳压电路分析,图,3-14,三端可调式集成稳压器的应用电路,由图可知,U,O,U,R1,U,R2,U,REF,U,REF,1.25,在空载情况下，为给稳压器的内部工作电源提供通路，并保持输出电压的精度和稳定，要选择精度高的电,3.3 集成稳压电路分析图3-14 三端可调式集成稳,3.3,集成稳压电路分析,阻，并且电阻要紧靠稳压器，防止输出电流在连线电阻上产生误差电压。电阻,R,1,一般选取,100,120,，这样一来，只要调节电位器,R,P,就可改变,R,2,的大小，从而调节输出电压,U,O,大小。因为基准电压在输出端和调整端之间，这就决定了输出电压,U,O,大小只能从,1.25V,以上开始调节，如果要求从零伏开始连续可调的稳压电源，可将,R,2,不接地，而接到一个,-1.25V,的电位上，而且输出电压的调节范围受集成稳压器最大输入输出电压差的限制，对,CW117/CW217/CW317,来说，这个数值为,37,40,。调整器上的电容器,i,可以消除长线引起的自激振荡，,o,是用来抑制容性负载（,500,5000pF,）时的阻尼振荡。,3.3 集成稳压电路分析 阻，并且电阻要紧靠稳压器，防止输出,3.4,直流稳压电源的组装与调试,直流稳压电源的组装,1.,直流稳压电源装配图,图,3-15,直流稳压电源装配图,3.4 直流稳压电源的组装与调试 直流稳压电源的组装1.直流,3.4,直流稳压电源的组装与调试,2,直流稳压电源的组装, 元器件的检测,外观质量检查,电子元器件应完好无损，各种型号、规格、标识应清楚。,元器件检测,按电子元器件的检测方法，对表,3-1-1,中的所有元件进行质量检测。,a.,变压器的检测：用万用表电阻档判断变压器原、副边有无短路和开路；将变压器原边接入,220V,交流电压，用交流档测变压器副边电压，观察是否与标称值（,15V,）一致。,b.,整流二极管的检测：根据图,3-15,中整流二极管的图形初步认识二极管的极性，再用万用表检测确认整流二极管,3.4 直流稳压电源的组装与调试2直流稳压电源的组装,3.4,直流稳压电源的组装与调试,的极性与质量好坏，主要元件为四个型号为,1N4001,二极管。,c.,电容的检测：根据图,3-15,中电解电容的图形初步认识电解电容的型号与极性；再用万用表简易检测出电容的质量好坏。主要元件是电解电容,1000uF/25V (,C,1,),、电解电容,1000uF/25V (,C,3,),、瓷片电容,1000pF (,C,2,),。,d.,三极管的检测：根据图,3-15,中,BU406,、,CS9013,的图形初步认识三极管的型号与极性，再用万用表检测确认三极管的极性与质量好坏，主要元件为,VT,1,、,VT,2,、,VT,3,。,电路板的组装,焊接工艺要求,焊接时，焊点用锡量要适中，整个印制电路板上的焊点要均匀、光亮、无虚焊假焊；导线焊接时应搪锡后再连接。,3.4 直流稳压电源的组装与调试 的极性与质量好坏，主要元件,3.4,直流稳压电源的组装与调试,电路板的组装顺序,a.,印制电路板元器件的焊接；,b.,电源线连接；,c.,焊接印制电路板之间和变压器的所有连线；,直流稳压电源的调试,1,输出电压可调范围,U,Omin,U,Omax,按图,3-16,所示接线。输入端接,220V,交流电压，输出端接万用表或数字万用表，调节电路中,R,P,的大小，使其值为最大和最小，测出对应的输出电压,U,Omin,和,U,Omax,。则该稳压电源输出电压的可调范围为,U,Omin, U,Omax,。,3.4 直流稳压电源的组装与调试 电路板的组装顺序直流稳,3.4,直流稳压电源的组装与调试,图,3-16,输出电压范围测试,2,最大输出电流,I,Omax,指稳压电源正常工作的情况下能输出的最大电流，用,I,Omax,表示。一般情况下的工作电流,I,O,I,Omax,。,按图,3-17,所示接线。稳压电源的输入端接,220V,的交流电压，将稳压电源的输出电压调到,10V,，然后在稳压电源的输出端接滑线变阻器,R,L,，,R,L,的值应调到,1k,以上。用万用表或数字万用表测出对应的,U,O,。然后逐渐减小,R,L,的,3.4 直流稳压电源的组装与调试 图3-16 输出,3.4,直流稳压电源的组装与调试,值，直到,U,O,的值下降,5%,，此时流经负载,R,L,的电流就是,I,Omax,。记下,I,Omax,后应迅速增大,R,L,的值，以减小稳压电源的功耗。,图,3-17,最大输出电流测试,3,输出电阻,R,O,稳压电源的输出电阻,R,O,用来表明负载电流,I,O,变化时，引起输出电压,U,O,变化的程度。当输入电压不变时，由于负载电流变化,I,O,，而引起输出电压变化,U,O,，则：,3.4 直流稳压电源的组装与调试 值，直到UO的值下降5%，,3.4,直流稳压电源的组装与调试,R,O,=,显然，,R,O,越小负载变化时对输出电压的影响就越小。说明该稳压电源的性能越好。,按图,3-17,所示接线。在不接负载电阻,R,L,时测得开路电压,U,O1,，这时,I,O1,0,，接上负载电阻,R,L,时，测得,U,O2,和,I,O2,，则,R,O,=,=,4,纹波因数,直流稳压电源中不可避免地含有一定的交流成份，用来描述稳压电源直流电压输出中交流成份的比重，常用纹波因数,来表示。即：,3.4 直流稳压电源的组装与调试 RO=,3.4,直流稳压电源的组装与调试,=,越小，输出脉动越小，表示稳压电源的性能越好。,方法是用晶体管毫伏表（或示波器）测量电源输出端的交流电压分量的有效值，用万用表（或数字万用表）的直流档测量电源输出端的直流电压分量，按上式就可算出电源的纹波因数。,3.4 直流稳压电源的组装与调试 =,
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