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电工电子技术项目课程项目名称稳压电源制作项目编号03知识目标技能目标建议教学学时14建议实训学时6任务一：磁路与变压器（4课时）教学内容：磁路的基本知识；变压器的工作原理及其使用；教学要求：了解磁路中磁通、磁感应强度等基本物理量的含义； 掌握变压器的工作原理及其使用方法；教学过程：一、电流的磁效应1磁场（1）磁场：磁体周围存在的一种特殊的物质叫磁场。磁体间的相互作用力是通过磁场传送的。磁体间的相互作用力称为磁场力，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。（2）磁场的性质：磁场具有力的性质和能量性质。（3）磁场方向：在磁场中某点放一个可自由转动的小磁针，它N极所指的方向即为该点的磁场方向。2磁感线（1）磁感线图5-2 条形磁铁的磁感线图5-2 条形磁铁的磁感线在磁场中画一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都与该点的磁场方向相同，这些曲线称为磁感线。如图5-1所示。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。图5-1 磁感线 （2）特点磁感线的切线方向表示磁场方向，其疏密程度表示磁场的强弱。磁感线是闭合曲线，在磁体外部，磁感线由N极出来，绕到S极；在磁体内部，磁感线的方向由S极指向N极。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。任意两条磁感线不相交。说明：磁感线是为研究问题方便人为引入的假想曲线，实际上并不存在。图5-2所示为条形磁铁的磁感线的形状。（3）匀强磁场在磁场中某一区域，若磁场的大小方向都相同，这部分磁场称为匀强磁场。匀强磁场的磁感线是一系列疏密均匀、相互平行的直线。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。3电流的磁场（1）电流的磁场直线电流所产生的磁场方向可用安培定则来判定，方法是：用右手握住导线，让拇指指向电流方向，四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。环形电流的磁场方向也可用安培定则来判定，方法是：让右手弯曲的四指和环形电流方向一致，伸直的拇指所指的方向就是导线环中心轴线上的磁感线方向。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。螺线管通电后，磁场方向仍可用安培定则来判定：用右手握住螺线管，四指指向电流的方向，拇指所指的就是螺线管内部的磁感线方向。厦礴恳蹒骈時盡继價骚。（2）电流的磁效应电流的周围存在磁场的现象称为电流的磁效应。电流的磁效应揭示了磁现象的电本质。二、磁场的主要物理量1磁感应强度磁场中垂直于磁场方向的通电直导线，所受的磁场力F与电流I和导线长度l的乘积Il的比值叫做通电直导线所在处的磁感应强度B。即茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量。磁感应强度是一个矢量，它的方向即为该点的磁场方向。在国际单位制中，磁感应强度的单位是：特斯拉(T)。鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。用磁感线可形象的描述磁感应强度B的大小，B较大的地方，磁场较强，磁感线较密；B较小的地方，磁场较弱，磁感线较稀；磁感线的切线方向即为该点磁感应强度B的方向。籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。匀强磁场中各点的磁感应强度大小和方向均相同。2磁通在磁感应强度为B的匀强磁场中取一个与磁场方向垂直，面积为S的平面，则B与S的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量 F，简称磁通。即預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。F = BS磁通的国际单位是韦伯(Wb)。由磁通的定义式，可得 即磁感应强度B可看作是通过单位面积的磁通，因此磁感应强度B也常叫做磁通密度，并用Wb/m2作单位。3磁导率（1）磁导率 m磁场中各点的磁感应强度B的大小不仅与产生磁场的电流和导体有关，还与磁场内媒介质(又叫做磁介质)的导磁性质有关。在磁场中放入磁介质时，介质的磁感应强度B将发生变化，磁介质对磁场的影响程度取决于它本身的导磁性能。渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。物质导磁性能的强弱用磁导率 m 来表示。m 的单位是：亨利/米(H/m)。不同的物质磁导率不同。在相同的条件下，m 值越大，磁感应强度B越大，磁场越强；m 值越小，磁感应强度B越小，磁场越弱。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。真空中的磁导率是一个常数，用 m0表示m0 = 4p 10-7 H/m（2）相对磁导率 m r为便于对各种物质的导磁性能进行比较，以真空磁导率 m0为基准，将其他物质的磁导率 m 与 m0比较，其比值叫相对磁导率，用 mr表示，即擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。4磁场强度在各向同性的媒介质中，某点的磁感应强度B与磁导率 m 之比称为该点的磁场强度，记做H。即磁场强度H也是矢量，其方向与磁感应强度B同向，国际单位是：安培/米(A/m)。必须注意：磁场中各点的磁场强度H的大小只与产生磁场的电流I的大小和导体的形状有关，与磁介质的性质无关。贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。三、磁路的基本概念1磁路（1）主磁通和漏磁通如图5-12所示，当线圈中通以电流后，大部分磁感线沿铁心、衔铁和工作气隙构成回路，这部分磁通称为主磁通；还有一部分磁通，没有经过气隙和衔铁，而是经空气自成回路，这部分磁通称为漏磁通。坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。图5-13 有分支磁路图5-13 有分支磁路图5-12 主磁通和漏磁通（2）磁路磁通经过的闭合路径叫磁路。磁路和电路一样，分为有分支磁路和无分支磁路两种类型。图5-12给出了无分支磁路，图5-13给出了有分支磁路。在无分支磁路中，通过每一个横截面的磁通都相等。蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。2磁路的欧姆定律（1）磁动势通电线圈产生的磁通 F 与线圈的匝数N和线圈中所通过的电流I的乘积成正比。把通过线圈的电流I与线圈匝数N的乘积，称为磁动势，也叫磁通势，即Em = NI磁动势Em的单位是安培(A)。（2）磁阻磁阻就是磁通通过磁路时所受到的阻碍作用，用Rm表示。磁路中磁阻的大小与磁路的长度l成正比，与磁路的横截面积S成反比，并与组成磁路的材料性质有关。因此有買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。式中，m 为磁导率，单位H/m，长度l和截面积S的单位分别为m和m2。因此，磁阻Rm的单位为1/亨(H-1)。由于磁导率 m 不是常数，所以Rm也不是常数。綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。（3）磁路欧姆定律 磁路欧姆定律通过磁路的磁通与磁动势成正比，与磁阻成反比，即上式与电路的欧姆定律相似，磁通 F 对应于电流I，磁动势Em对应于电动势E，磁阻Rm对应于电阻R。因此，这一关系称为磁路欧姆定律。驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。磁路与电路的对应关系磁路中的某些物理量与电路中的某些物理量有对应关系，同时磁路中某些物理量之间与电路中某些物理量之间也有相似的关系。猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。图5-14 对应的电路和磁路图5-14是相对应的两种电路和磁路。表5-2列出了电路与磁路对应的物理量及其关系式。表5-2 磁路和电路中对应的物理量及其关系式电 路磁 路电流 I电阻 电阻率 r电动势 E电路欧姆定律 磁通 F磁阻 磁导率 m磁动势 磁路欧姆定律 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。3全电流定律根据磁路的欧姆定律，将代入，可得将上式与对照，可得或 即磁路中磁场强度H与磁路的平均长度l的乘积，在数值上等于激发磁场的磁动势，这就是全电流定律。磁场强度H与磁路平均长度l的乘积，又称磁位差，用Um表示，即Um=Hl磁位差Um的单位为安培(A)。若所研究的磁路具有不同的截面，并且是由不同的材料构成的，则可以把磁路分成许多段来考虑，于是有或【例5-1】匀强磁场的磁感应强度为5 10-2T，媒介质是空气，与磁场方向平行的线段长10cm，求这一线段上的磁位差。構氽頑黉碩饨荠龈话骛。解： 四、变压器1变压器的作用和分类 变压器属于电磁感应作用的能量转换器件，它的主要作用是变电压、变电流和变阻抗，还可使电源和负载之间进行隔离等。一般变压器是由线圈绕在同一闭合磁路上而构成。线圈有两个或多个组成，接电源（信号源）的线圈叫初级线圈，传输能量给负载的线圈叫次级线圈。輒峄陽檉簖疖網儂號泶。变压器的分类如图9.3.3所示。变压器常用字母符号或r表示。几种变压器如图9.3.4所示。 2变压器主要参数有（1）变比nnN1/N2=U1/U2，N1、N2分别为变压器初次级绕组的匝数，U1、U2为绕组电压。（2）额定功率指变压器在额定电压，额定频率的情况下，变压器长时间工作在规定温升条件下的输出功率。额定功率的单位用VA（伏安）表示。尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。（3）绝缘电阻变压器各绕组之间和各绕组与铁芯之间由于不是完全理想的绝缘，外加电压时，存在着一定的漏电，这就是绝缘电阻。绝缘电阻越大，漏电电流就越小。变压器绝缘电阻过小，就会使仪器、设备的外壳带电，对仪器设备的正常工作和人身安全带来危险。识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。另外还有温升、空载电流、效率等参数。3变压器的检测（1）用万用表测电感和变压器。检测线圈直流电阻和绕组内部有无开路现象。万用表调至电阻挡，并将表笔接绕组两端头，这时绕组呈现一定的电阻值，这个电阻值就是绕组的直流电阻。若测得某一绕组的直流电阻是无限大，则说该绕组内部导线已断；若已知绕组的正常直流电阻值，而测得电阻值比该绕组正常直流电阻值小得多，说明绕组有严重匝间短路。凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。对于多个绕组的电感器，用万用表测电阻的方法判测各绕组的端头间的直流电阻，找出哪两个或几个端头属于同一个绕组。正常情况下各绕组间、绕组与铁心间、绕组与屏蔽层间的绝缘电阻都应是无限大。恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。（2）用万用表测量变压器的同极性端。在使用中，有时需要知道变压器的同极性端（也叫同名端），但变压器上又无标志，就需要对变压器进行同名端的判测，可用下述方法（直流法）测定。测试电路如图9.3.5所示。鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。图中T为待测试同极性端的变压器。将E为1.5伏干电池和开关S接于变压器初级（设定）两端。将万用表拨到最小电压挡（如2.5伏）或最小电流挡（微安），接于变压器次级，如图9.3.5示接法。当开关合上瞬间，观察万用表指针的偏转方向，若表针向右方摆动一下，又回到零点，说明a端和c端（b端和d端）为同极性端，如图中所标示“”端为同极性端。若表针向左偏转，a端和d端是同极性端。硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。 注意在测试中开关不要长时闭合，减少电池损耗。若表针偏转不太明显，可将变压器的初、次级交换后再进行测试。阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。任务二：二极管的特性和应用（2课时）把一块纯净半导体一部份制成型半导体，另一部份制成型半导体，那么在型和型半导体之间的交界面上就形成了具有单向导电性能的结，分别从区和区引出两个电极，并以管壳封装就制成了二极管。从区引出的电极称为正极，从区引出的电极称为负极。普通二极管的结构、伏安特性、电路图形符号如图9.4.1所示。氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。 （a）结构 （ b）电路符号 图9.4.1二极管的结构、特性、电路符号普通二极管的的最大特点就是具有单向导电性。给二极管加上正向电压（P区电位高于N区电位）时，当正向电压大于死区电压（硅管约.5伏，锗管约.2伏），二极管导通。正常导通情况下管压降也很小（硅管约.7伏，锗管约0.3伏）。给二极管加反向电压（N区电位高于P区电位）时，随着反向电压的增大，二极管仅有很小的反向电流，二极管反向几乎不导电。这就是二极管的单向导电性。釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。一、晶体二极管的类型二极管的种类很多，从制造材料上分为锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管；从用途上分为有整流二极管、检波二极管、稳压二极管、发光二极管、各种敏感二极管和特殊用途的二极管，如变容二极管、微波二极管等；从结构上分为点接触型二极管、面接触型二极管等。按封装形式可分为塑封管、金封管和玻璃封装等。典型二极管如表9.4.1所示。怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。 在整流电路中，常将二极管制成桥堆，用四只二极管构成的全桥和两只二极管构成的半桥。在高压整流中，还有多只二极管构成的整流堆。谚辞調担鈧谄动禪泻類。二、二极管的主要电参数1普通二极管的主要性能参数：最大整流电流IFM；最高反向工作电压（常称耐压）VM；反向电流IR；最高工作频率fM等嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。2发光二极管：正向电压降VF；最大电流IM；最大功率PM等。3稳压二极管：稳压电压VZ；最大工作电流IM；动态电阻ro；最大功率PM等。三、万用表检测二极管1万用表检测普通二极管（1）判二极管好坏用万用表检测半导体二极管，就是检测二极管的单向导电性。将万用表掷于电阻挡（一般选用100或1K挡），两表笔分别接触二极管的两管脚（如图9.4.2所示），测出一个阻值，交换表笔再测一次，又测出一个阻值。对于一只正常的二极管，一次测得电阻值大，一次测得电阻值小，测得阻值较小的一次，与黑表笔相接的电极为二极管的正极。同理，在测得阻值较大的一次中，与黑表笔相接的一端为二极管的负极。如果两次都测得的电阻很小，说明二极管内部短路；若两次都测得电阻值很大，则说明管子内部断路。在这两种情况下说明二极管已损坏。若两次测得阻值相差不大，说明管子性能很差，也不能使用。熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。 通常小功率锗二极管的正向电阻值为几百欧以上，硅管的正向电阻在几千欧或更大些。锗管的反向电阻为几十千欧，硅管反向电阻在几百千欧以上（几乎为无限大）。大功率二极管的正反向电阻数值比小功率二极管都要小得多。但有一点是相同的，对于一只二极管而言，反向电阻与正向电阻值的比值越大越好。 鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。对于小功率二极管的正负极，常在二极管的一端用色环标示出负极，塑封用白色环，玻璃封装用黑色（或其它色）标示负极。纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。（2）判硅、锗二极管一种方法是做一个简单电路，用一只1.5的干电池，串一个1K电阻， 同时将二极管的正极与电池的正极一端相接，使二极管处于正向导通，这时用万用表测量二极管两端的管压降，如果为0.60.7伏即为硅管，如为0.10.3伏即为锗管。若二极管在路时也可用此法进行判断。也可以用锗管的正向电阻比硅管的正向电阻小进行粗略的判别。颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。2发光二极管（LED）的检测发光二极管常作为仪器仪表、家用电器的指示器，红外遥控等。当发光二极管加上合适的正向电流时，不同的发光二极管便可发出不同颜色的光来（激光二极管也是发光二极管的一种），发光颜色与发光二极管的材料有关，发光强度与正向电流成正比。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。发光二极管的正向阻值比普通二极管正向电阻大，一般在十千欧的数量级，反向电阻在500以上。并且发光二极管的正向压降比较大，用万用表R1K以下各挡，因表内电池仅为1.5伏，不能使发光二极管正向导通和发出光来。一般用R10K挡（内部电池是伏或更大）进行测试，这样可测出正向电阻，同时可看到发光二极管发出微弱的光。若测得正、反向电阻都很小，说明内部击穿短路。若测得正、反电阻都是无限大，说明内部开路。由于LED数码管也是由发光二极管组成，所以用这个方法可检查LED数码管。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。发光二极管从外观上看，正极引脚比负极长。表9.4.2给出几种材料的发光二极管工作时的正向电压。种类 参数磷砷化镓发光二极管磷化镓发光二极管正向压降Vf（伏）1.51.72.3工作电流If（mA）1010最大工作电流Ifmax 5050发光二极管在使用中，为了使发光二极管正常发光，必须加上合适的工作电流，同时要保证不超过其最大允许耗散功率。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。3稳压二极管的检测稳压二极管的检测一般用万用表的低阻挡（1）以下测量稳压二极管时， 由于表内电池为1.5V，只能测稳压低于1.5伏的稳压管。对于稳压电压高于1.5伏，不能使稳压二极管反向击穿，测得稳压二极管正、反向电阻与普通二极管一样。若用高阻挡测，也有计算的麻烦。可用一电路进行测试，电路如图9.4.3所示。在面包板上接好电路，实验室的直流电源输出电压都是连续可调，将电源电压从小到大缓慢调高，观察电压表的值，当达到电源电压升高时而电压表所指示电压不再升高时，这个电压就稳压管的稳压电压VZ。注意选取合适的限流电阻R（一般选几K）。为了避免电流过大而损坏稳压管，可在电路中串入一毫安表。赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。 4敏感二极管的检测以光电二极管家为例，光电二极管的特点是正向电阻不随光照强弱变化，约为几千欧。而反向电阻则随光照变化，无光照阻值很大（几百千欧），当随光照增强时，反向电阻随之减小。万用表调至电阻挡（1），表笔接于二极管两端，用手挡光线进行测试，反向电阻有非常明显变化。塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。任务三：直流稳压电源的组成（2课时）一、晶体二极管整流电路整流：把交流电转换成直流电过程称为整流。二极管单相整流电路可分为：半波整流、全波整流（变压器中心抽头式与桥式）、倍压整流。1单相半波整流电路（1）工作原理：脉动直流电：大小波动，方向不变的电压和电流。半波整流电路：这种除去半周、图下半周的整流方法，叫半波整流。不难看出，半波整说是以牺牲一半交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低（计算表明，整流得出的半波电压在整个周期内的平均值，即负载上的直流电压VL=0.45V2）因此常用在高电压、小电流的场合，而在一般无线电装置中很少采用。裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。（2）负载和整流二极管上的电压和电流： 相关公式：VL=0.45V2 IL = VL/ RL =0.45V2/ RL IV = IL VRM=V2 选用条件：二极管允许最大整流电流IFM应大于流过二极管的实际电流IV 二极管最高反向工作电压VRM=（1/31/2）击穿电压2桥式整流电路（1）工作原理： 桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种电路，只要增加两只二极管口连接成桥式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。桥式整流电路的工作原理如下：V2 为正半周时，对D1 、D3 和方向电压，Dl，D3 导通；对D2 、D4 加反向电压，D2 、D4 截止。电路中构成V2、Dl、RL、D3 通电回路，在RL上形成上正下负的半波整洗电压，V2为负半周时，对D2 、D4 加正向电压，D2 、D4 导通；对D1 、D3 加反向电压，D1 、D3 截止。电路中构成V2、D2 、RL、 D4 通电回路，同样在RL上形成上正下负的另外半波的整流电压。如此重复下去，结果在RL上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整洗电路小一半！绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。（2）负载和整流二极管上的电压和电流： 相关公式：VL=0.9V2 IL = VL/ RL =0.9V2/ RL IV =1/2 IL VRM=V2 选用条件：二极管允许最大整流电流IFM应大于流过二极管的实际电流IV 二极管最高反向工作电压VRM=（1/31/2）击穿电压二、滤波器1概念：在整流电路和负载之间接入能把动成分滤波掉的电路。2分类：（1）电容滤波器（2）电感滤波器三、硅稳压二极管稳压电路它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的，由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。VIVOVZIZIRVRVOILIRVRVZ（VO）IZIRVRVO任务四：集成稳压电路（2课时）用集成电路的形式制造的稳压电路称为集成稳压器。优点是性能稳定可靠，使用方便、价格低廉。集成稳压器种类有多端式和三端式，输出电压有固定式和可调式，正压、负压输出稳压器等。一、三端固定式集成稳压器这类产品的封装形式有金属壳封装和塑料壳封装，如图8.4.1。它们都有三个管脚，分别是输入端、输出端和公共端，因此称为三端式稳压器。骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。1CW7800系列是三端固定正压输出的集成稳压器。输出电压有5 V、6 V、9 V、12 V、15 V、18 V、24 V等档次。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。例如：CW7805表示输出电压为正5 V。此系列最大输出电流为1.5 A。同类产品：CW78M00系列(0.5 A)；CW78L00系列(0.1 A)；CW78T00系列(3 A)和CW78H00系列(5 A)。鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。CW7800系列的管脚如图8.4.1所示，不同类型，不同封装形式的三端集成稳压器的引脚排列不同，使用时请查阅手册。栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。2CW7900系列是三端固定负压输出的集成稳压器。在输出电压档次、电流档次等方面与78系列相同。管脚如图8.4.1所示，引脚排列请查阅手册。辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。3基本应用：电路如图8.4.2如示。电容C1抑制高频干扰，C2用来改善暂态响应，并具有消振作用。 图8.4.1 三端固定集成稳压器外壳形状 图8.4.2 CW7812集成稳压器应用电路二、三端固定式集成稳压器三端可调式稳压器的外形和管脚的编号与三端固定式稳压器相同，参见图8.4.1。但管脚功能有区别，如：CW317为三端可调式正压输出稳压器，其引脚排列请查阅手册。CW337为三端可调式负压输出稳压器，其引脚排列请查阅手册。CW317和CW337的基本应用电路如图8.4.4所示。应用特点是外接两个电阻(R1和RP)就可得到所需的输出电压。为了使电路正常工件，一般输出电流不小于5 mA。输入电压范围在3 40 V之间，输出电压可调范围为1.25 37 V，器件最大输出电流约1.5 A。峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。图8.4.4 三端可调式稳压器应用电路