课题二-制作直流稳压电源.pptx

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,#,课题二 制作直流稳压电源,【,教学目的和要求,】,1.,知识目标要求,1),掌握二极管的单向导电性和伏安特性曲线；,2),熟悉单相桥式整流电路的组成结构、工作原理及电路参数的计算；,3),掌握电容滤波电路的工作原理及电路参数的计算；,4),熟悉串联型稳压电路的组成结构和工作原理；,5),掌握三端固定、可调集成稳压电路的基本应用方法。,2.,能力目标要求,1),学会选择电子元器件，并熟练使用万用表检测其质量的好坏；,2),能够完成直流稳压电源的设计、安装和调试，并能测定其参数。,课题二 制作直流稳压电源,课题,2.1,直流稳压电源的设计,课题,2.2,直流稳压电源的制作与调试,小结,课题,2.1,直流稳压电源的设计,2.1.1,直流稳压电源的作用,几乎所有的电子设备都需要稳定的直流电源，而这些通常都是由交流电网供电，因此需要将交流电变成稳定的直流电。直流稳压电源的作用就是将交流电经过整流变成脉动的直流电，然后再通过滤波、稳压转换成稳定的直流电。,2.1.2,将交流电转换为直流电的方法,小功率直流电源通常采用单相整流获得。其主要是利用二极管的单向导电特性，将交流电变为脉动直流电的。如,图,2-1,所示，线性直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。,下一页,课题,2.1,直流稳压电源的设计,2.1.2,将交流电转换为直流电的方法,1.,电源变压器,电源变压器的任务就是将交流电的幅度变换为直流电源所需要的幅度。,2.,整流电路,整流电路的目的是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压。,3.,滤波电路,滤波电路的功能是将整流后的单向脉动电压中的脉动成分尽可能地滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。,4.,稳压电路,稳压电路的功能是减小电源电压波动、负载变化和温度变化的影响，以维持输出电压的稳定。,下一页,上一页,课题,2.1,直流稳压电源的设计,2.1.3,二极管的结构与导电特性,1.PN,结的形成,如,图,2-2,所示，在同一片半导体基片上，分别制造,P,型半导体和,N,型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了,PN,结。,2.PN,结的单向导电性,(1)PN,结外加正向电压,如,图,2-3,所示，,PN,结的,P,端接高电位，,N,端接低电位，称,PN,结外加正向电压，或称,PN,结正向偏置，简称为正偏。,(2)PN,结外加反向电压,如,图,2-4,所示，,PN,结的,P,端接低电位，,N,端接高电位，称,PN,结外加反向电压，或称,PN,结反向偏置，简称为反偏。,下一页,上一页,课题,2.1,直流稳压电源的设计,2.1.3,二极管的结构与导电特性,(3)PN,结的单向导电性,PN,结外加正向电压时处于导通状态，外加反向电压时处于截止状态，,PN,结具有单向导电性。,3.,二极管的结构及符号,二极管的结构外形及在电路中的文字符号如,图,2-5,所示。在,图,2-5(b),所示的电路符号中，箭头的指向为正向导通电流的方向。,4.,二极管的导电特性,因,PN,结具有单向导电性，所以二极管也具有单向导电性，即二极管外加正向电压时，导通；外加反向电压时，截止。这样，电路中的电流只能从二极管的正极流入，负极流出。,下一页,上一页,课题,2.1,直流稳压电源的设计,2.1.4,二极管的伏安特性曲线,若以电压为横坐标，电流为纵坐标，用作图法把电压、电流的对应值用平滑曲线连接起来，就构成了二极管的伏安特性曲线，如,图,2-6,所示。,1.,正向特性,当正向电压达到且大于,V,th,后，二极管才能真正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变,(,锗管约为,0.3 V,，硅管约为,0.7 V),，称为二极管的“正向压降”。,3.,反向击穿特性,二极管反向电压加到一定数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。此时的电压称为反向击穿电压用,U,(BR),表示，如,图,2-6,中的,CD(,或,CD),段所示。,下一页,上一页,课题,2.1,直流稳压电源的设计,2.1.5,单相桥式整流电路,单相桥式整流电路如,图,2-7,所示。,1.,工作原理分析,设变压器次级电压 ，,u,2,正半周时，,a,端电压极性为正，,b,端为负。二极管,D,1,和,D,3,正偏导通，,D,2,和,D,4,反偏截止。,u2,负半周时，,b,端电压极性为正，,a,端为负。二极管,D,2,和,D,4,正偏导通，,D,1,和,D,3,反偏截止。,由此可见，在交流电压的正、负半周，电流都以同一个方向流过,RL,，从而达到整流的目的。四个二极管两个一组轮流导通，在负载上得到脉动的直流电压,u,0,和流过二极管的电流及其截止时两端的电压波形如,图,2-8,所示。,下一页,上一页,课题,2.1,直流稳压电源的设计,2.1.5,单相桥式整流电路,2.,负载上的电压与电流的计算,负载两端输出电压平均值：,流过负载R,L,的电流平均值：,3.,整流二极管的选择,每只二极管在正、负半周轮流导通，所以其电流的平均值为负载电流的一半，即,二极管最高反向工作电压为其截止时所承受的反向峰压，即,下一页,上一页,课题,2.1,直流稳压电源的设计,2.1.6,滤波电路,所谓滤波，就是将整流后脉动直流电的交流成分除去，使之变为平滑直流电的过程。,1.,电容滤波电路,在整流电路中，把一个大电容,C,并接在负载电阻两端就构成了电容滤波电路，其电路和工作波形如,图,2-9,所示。工作原理可根据,图,2-9(b),所示的电流电压波形来分析。,适用场合：输出电压的平滑度因负载电阻的大小而异，负载电阻越大滤波效果越好，输出越稳定反之，输出电压波动就越大。因而，电容滤波电路只能用于负载变化不大的小电流整流场合。,下一页,上一页,课题,2.1,直流稳压电源的设计,2.1.6,滤波电路,2.,其他形式的滤波电路,(1),电感滤波电路,由于电感的特点是阻碍电流的变化。因此，当负载电流变化越大时，滤波的效果就越好。一般适用于低电压、大功率的负载。如,图,2-10(a),所示。,(2),型滤波电路,型滤波电路包括,RC,型滤波电路和,LC,型滤波电路。如,图,2-10(b),所示。,一般情况下，对于大功率负载，通常选用,LC,滤波电路,;,小容量负荷一般选用,RC,滤波电路。,下一页,上一页,课题,2.1,直流稳压电源的设计,2.1.7,集成稳压电路,1.,串联型稳压电路的工作原理,如,图,2-11,所示。图中,V,1,为调整管，它工作在线性放大区；,R,3,和稳压管,V,2,构成基准电压源电路，为放大器,A,提供比较用的基准电压；,R1,、,R2,、,R3,组成取样电路；放大器,A,对取样电压和基准电压的差值进行放大。,稳压原理分析：若负载变化使输出电路,U,0,放大器的净输入电压,U,调整管的基极电压,U,B1,I,B1,I,C1,管压降,U,CE,U,0,。,若负载变化使输出电压增大，则其调整的过程与之相反。,下一页,上一页,课题,2.1,直流稳压电源的设计,2.1.7,集成稳压电路,2.,三端固定输出集成稳压器,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,),。,其外形、封装形式和管脚排列如,图,2-12,所示。,(1),基本应用电路,CW78oo,系列的基本应用电路，如,图,2-13,所示。该电路的输出电压为,12 V,最大输出电流为,1.5 A,。,(2),提高输出电压的电路,(,如,图,2-14,),由此可见，改变,R2,与,R1,比值的大小，就可改变输出电压的大小。其缺点是：若输人电压发生变化，则,I,Q,也要变化，将会影响稳压器的精度。,下一页,上一页,课题,2.1,直流稳压电源的设计,2.1.7,集成稳压电路,(3),输出正负电压的电路,如,图,2-15,所示为采用,CW7815,和,CW7915,两块三端稳压器所组成的，可同时输出,+15V,和,-15V,电压的稳压电路。,下一页,上一页,课题,2.1,直流稳压电源的设计,2.1.7,集成稳压电路,3.,三端可调输出集成稳压器,与,78,和,79,系列相比，其公共端的电流非常小，因此可以很方便地组成精密可调的稳压电源，应用更为灵活。,其直插式塑封管脚排列，如,图,2-16,所示。,三端可调输出集成稳压器的基本应用电路，如,图,2-17,所示。,该电路输出电压的大小可表示为：,由于基准电流,I,RFF,50,A,，可以忽略，基准电压,U,RRF,12.5V,，所以有,下一页,上一页,课题,2.1,直流稳压电源的设计,2.1.7,集成稳压电路,可见，当,R,2,=0,时，,U,0,=1.25 V,，当,R,2,=2.2 k,时，,U,0,24 V,。,为保证电路在负载开路时能正常工作，,R,1,的选取很重要。由于元件参数具有一定的分散性，实际运用中可选取静态工作电流,I,Q,=10mA,，于是,R,1,可确定为：,取标称值,120,。若,R1,的取值太大，就会使输出电压偏高。,上一页,返 回,课题,2.2,直流稳压电源的制作与调试,2.2.1,实训目的,1),熟悉万用表、示波器等仪器的使用；,2),加深对直流稳压电源工作原理的理解，掌握电路元器件的选择及检测方法；,3),学会印制电路板手工制作工艺；,4),了解电子产品的生产过程及工艺；,5),熟悉三端可调输出稳压器的型号、参数及其应用；,6),掌握直流稳压电源的调整与测试方法。,2.2.2,实训器材,双踪示波器、万用表、电烙铁、电路板制作工具等。,下一页,课题,2.2,直流稳压电源的制作与调试,2.2.3,实训过程,1.,电路工作原理,实用小型稳压电源电路如,图,2-18,所示。,因为,LM317T,具有这样的特性：由,Vin,端给它提供工作电压以后，它便可以保持其,+Vout,端,(2,脚,),比其,ADJ,端,(1,脚,),的电压高,1.25 V,。,图,2-18,中，,C2,的作用是对,LM317T 1,脚的电压进行滤波，以提高输出电压的质量。,D5,的作用是当有意外情况使得,LM317T,的,3,脚电压比,2,脚电压还低的时候防止从,C3,上有电流倒灌人,LM317T,引起其损坏。,下一页,上一页,课题,2.2,直流稳压电源的制作与调试,2.2.3,实训过程,2.,选择元件,大部分元件的选择都有弹性。,本制作需要的主要元件清单见表,2-1,。,3.,制作印制电路板,(PCB),利用Pr,ot,el DXP软件绘制,原理图和PCB图,。要求,使用单面覆铜板。尺寸为：90,mmX50mm，参,考图如,图2-19,所示，用热转印法制作出PCB板。,热转印法：主要采用了热转移的原理。,下一页,上一页,课题,2.2,直流稳压电源的制作与调试,2.2.3,实训过程,4.,安装焊接调试电路,装配时要注意的是二极管的极性，,LM317T,因工作电流较小，可以不加散热片。装好后再检查一遍，无误后接通电源。这时，用万用表测量,C1,两端，应有,11 V,左右的电压，再测,C3,两端，应有,27V,的电压。再调节,PR1,、,C3,两端的电压应该能够改变，调到你所需要的电压即可。输出端可以接一根十字插头线，以便与用电器相连。,下一页,上一页,课题,2.2,直流稳压电源的制作与调试,2.2.3,实训过程,5.,扩展应用,LM317T,的输出电压可以从,1.25 V,连续调节到,37 V,。其输出电压可以由下式算出：,输出电压,=1.25(1+ADJ,端到地的电阻,/ADJ,端到,+Vout,端的电阻,),。,如果需要其他的电压值，即可自选改变有关电阻的阻值来得到。,值得注意的是，,LM317T,有一个最小负载电流的问题，即只有负载电流超过某一值时，它才能起到稳压的作用。这个电流随器件的生产厂家不同在,38mA,不等，可以通过在负载端接一个合适的电阻来解决。,下一页,上一页,课题,2.2,直流稳压电源的制作与调试,2.2.3,实训过程,6.,实训报告,1),整理实验数据，写出完整的实训报告。,2),计算电路的输出电压调节范围，并与实测值比较，分析误差产生的原因。,上一页,返 回,小 结,1),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成稳定的直流电压。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。,2),整流电路的作用是利用二极管的单向导电性，将交流电压变成单方向的脉动直流电压，目前广泛采用整流桥构成桥式整流电路。为了消除脉动电压的纹波电压需采用滤波电路，单相小功率电源常采用电容滤波。,3),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。,下一页,小 结,4),线性集成稳压器中调整管与负载相串联，且工作在线性放大状态，它由调整管、基准电压、取样电路、比较放大电路以及保护电路等组成。,5),制作直流稳压电源，一方面通过对电子元器件的选择，使我们学会并熟练使用万用表来检测电子元器件的质量好坏,;,另一方面通过安装、焊接和调试电路，让我们了解了电子产品的生产过程及制作工艺。,上一页,返 回,图,2-1,直流稳压电路的组成框图及其形图,返 回,图,2-2 PN,结的形式,返 回,图,2-3 PN,结外的正向电压,返 回,图,2-4 PN,结外加反向电压,返 回,图,2-5,二极管的结构外形及符号,返 回,图,2-6,二极管的伏安特性曲线,返 回,图,2-7,单相桥式整流电路图,返 回,图,2-8,桥式整流电路的电流电压波形,返 回,图,2-9,桥式整流电容滤波电路及其电流电压波形,返 回,图,2-10,电感滤波、,LC,型滤波电路,返 回,图,2-11,串联型稳压电路,返 回,图,2-12,三端固定稳压输出集成稳压器外形及管脚排列,返 回,图,2-13 CW7800,系列的基本应用电路,返 回,图,2-14,提高输出电压的电路,返 回,图,2-15,正、负电压同时输出的电路,返 回,图,2-16,三端可调输出集成稳压器外形及管脚排列,返 回,图,2-17,三端可调输出稳压器基本应用电路,返 回,图,2-18,稳压电源电原理图,返 回,图,2-19,稳压电源,PCB,图,返 回,