常用电子线路的安装.docx
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常用电子线路的安装
第三章常用电子线路的安装
3．1稳压电源电路
3．1．1单向桥式整流、滤波电路
将交流电转换成直流电的过程称为整流。
整流的核心是整流电路，单相桥式整流电路是用四只二极管组成的一种简单的整流电路，如图3-1所示，单相整流电路整流后得到的电压是脉动直流电压，其中含有较大的交流成分。
这种波形曲线不平滑的直流电只能用于电镀、电焊、蓄电池充电等要求不高的设备中，而对于有些仪器仪表及电气设备，往往要求直流电压和直流电流都比较平滑，所以就必须把呈脉动变化的直流电变为平滑的直流电。
也就是说，要尽量保留脉动电压的直流成分，并尽可能滤除它的交流成分，这就是我们所说的滤波；这种电路叫滤波电路。
滤波电路由电容器、电感器和电阻器按照一定的方式组合而成，滤波电路直接连接在整流电路的后面（以电容器滤波为例）。
图3-1单向桥式整流、滤波电路
1．整流电路的工作原理
图3-2所示电路中，当二次电压u2在正半周时，二次绕组的上部为正极，下部为负极，V1和V4两个二极管导通，电流的流向为：
从二次绕组的上部经V1流向负载的A端，通过负载电阻RFZ后，又从B端经过V4流回二次绕组。
当二次电压u2在负半周时，二次绕组的上部为负极，下部为正极，V2和V3两个二极管导通，电流的流向为：
从二次绕组的下部经V2流向负载的A端，通过负载电阻RFZ后，又从B端经过V3流回二次绕组。
负载流过两个半周的电流方向都是从A到B；也就是A端是负载的正极，B端是负载的负极，负载工作在直流状态下，它的输出波形如图3-3a所示。
2．滤波电路的工作原理
图3-1所示电路中采用的是丌型滤波器。
在第一个半周时，电容器C1会迅速充电，很快达到整流后的电压U0的最大值；当U0下降时，电容器C1充上的电压通过负载电阻放电，由于负载电阻一般很大，因此电容器放电进行得很慢；刚刚放掉一些，下一个半周又使电容器充电；这样反复充电、放电，就使输出电压的脉动大为减小。
电容器C2所起的作用和C1一样。
通过两次滤波，输出电压UL，的波形更为平坦，输出波形如图3-3b所示。
图3-2无滤波的整流电路的工作原理图
（a）
（b）
图3-3整流及滤波电路的波形
3．1．2并联型直流稳压电源
交流电压经过整流、滤波后已经变换成波形比较平滑的直流电，但这样取得的直流电往往是不够稳定的，当电网电压波动或负载发生变化时，整流滤波后输出的直流电压也随着变化，因此只能供一般电气设备使用。
对于电子电路，特别是精密电子测量仪器、自动控制、计算机等设备，要求由很稳定的直流电源供电。
因此，在整流滤波之后，还要求接入直流稳压电路，以保证输出电压的稳定。
所谓稳压电路，就是指当电网电压波动或负载发生变化时，依然能够使输出电压保持稳定的电路。
并联型直流稳压电源，适用于负载电流变化不大或极易发生短路的场合。
它的特点是：
电路元器件少，造价低；输出短路时，不容易损坏元器件；效率低；输出电压不能高于调整元件的电压，而且输出电压变化范围很小；负载变化较大时，输出电压变化也较大。
并联型直流稳压电源的电路是在单相桥式整流、滤波电路的基础上并联稳压电路而构成的，稳压电路由电阻R2和稳压二极管V5组成，如图3-4所示。
图3-4并联型直流稳压电源电路
1．硅稳压管的工作特性
硅稳压管是采用特殊工艺制造的，它的正向特性与一般二极管相似，而反向特性却有很大不同，反向击穿区的曲线更为陡峭，其伏安特性曲线，如图3-5所示。
根据二极管的击穿效应，只要限制击穿电流，使其功率损耗不超过额定值，硅稳压管就可长期工作在反向击穿区。
从图中可以看出，当反向电压较小时，稳压管的电流也很小，如曲线OA段。
当反向电压达到UZMIN时，反向电流开始增加，稳压管工作状态进入击穿区。
超过UZM时，PN结严重击穿，流过PN结的电流过大，因过热而烧坏。
当反向电流被限制在IZMIN到IZM之间变化（ΔIZ）时，稳压管两端的反向电压从UZMIN到UZM变化（ΔUZ），ΔIZ变化较大，而ΔUZ变化很小，如曲线AC段。
稳压管正是利用其伏安特性曲线中的反向击穿区AC段，反向电流大范围变化而反向电压几乎不变的特性来进行稳压的。
2．稳压电路的工作原理
如图3-4所示，当负载电阻增大（调节电位器RP，使阻值变大）时，电路输出电压UL，会略微偏高，稳压管V5中的电流便会增加，这时降压电阻R2两端电压降增大，使输出电压UL，又恢复到原来的数值。
当负载电阻减小（调节电位器RP，使阻值变小）时，电路输出电压UL会偏低，它的调整过程与上述过程相反。
电路通过稳压管V5的调整，虽然负载电阻变化较大，而输出电压UL。
变化却很小。
因而，该电路起到了直流稳压的作用。
其中，电阻R2的另一个作用是限制稳压管的电流，使稳压管电流IZ不超过允许值。
如果负载电阻不变，而电网电压u1升高使整流输出电压上升，那么就会引起稳压二极管V5两端电压图3-5硅稳压管的伏安特性
即图3-5硅稳压管的伏安特性输出电压UL增加，根据稳压管的反向击穿特性，只要UL有少许增大就使IZ显著增加，使流过电阻R2的电流I增大，电阻R2上电压降增大，从而抵消U0的增加，使负载电压UL保持相对稳定。
相反，如果电源电压u1下降，其工作过程与上述相反，UL仍保持相对稳定。
3．1．3简单串联型直流稳压电源
串联型稳压电源，一般应用在负载变化较大、稳压性能要求较高、输出电压可调等场合。
1．串联型稳压的基本原理
稳压管稳压电路利用并联于负载两端稳压管电流的变化，该变化在限流电阻上产生一定的压降来补偿输出电压的变化，以达到稳定电压的目的。
如果在负载电路中串联一个可变电阻器RP，则有Uo=U+UL，如图3-6（a）所示。
当RL不变而Uo增大时，会引起UL随之增大，此时增大RP阻值，使RP上的压降U的增加量抵消Uo的增加量，从而保持UL不变；当输入电压Uo不变，而负载电阻RL变小，则负载电流IL增加，使UL下降，此时调小RP的阻值，减小RP上的压降，则仍可保持UL不变。
由此可见，RP是一个电压调整器件。
这种电压调整器件和负载电阻RL串联所构成的电路，称为串联稳压电路。
通常情况下，人们采用晶体管作为电压调整器件，这个晶体管也称作调整管，如图3-6（b）所示。
晶体管相当于一个可调电位器，用集电极和发射极之间的电压UCE的变化来代替可变电阻RP上电压降的变化。
（a）（b）
图3-6串联型稳压电路原理
（a）串联电位器稳压（b）串联晶体管稳压
2．串联型稳压电路的主要特点
（1）各项技术指标较高，效率也比并联型稳压电路高。
（2）输出电压范围不受调整元器件耐压的限制。
（3）线路比较复杂、过载能力较差。
3．简单串联型稳压电源的工作原理
简单串联型稳压电源电路，如图3-7所示。
图中V1～V4组成桥式整流电路，C1是滤波电容器。
电阻R1与稳压管V6为晶体管V5提供一个基本稳定的电压，称为基准电压。
晶体管V5是调整管。
电阻R2是晶体管V5的集电极电阻。
电阻R3是电源内部的负载电阻，以保证稳压电源输出端断开时，输出电压仍保持在稳定范围之内。
简单串联型直流稳压电源的工作原理为：
（1）当负载电阻RL不变，电源电压u1增大时，变压器二次电压随之增大，输出电压Uo也有增大的趋势。
由于稳压管V6的稳定电压Uz不变，因此晶体管V5的基极与发射极之间的电压Ube却减小（因为Ube=Uz-Uo），基极电流Ib和集电极电流IC也随之减小，而集电极与发射极之间的电压Ucc相应增加（因为R2上的电压降减小了），所以输出电压U0又随着Uce的增加而减小（U0=Uz—Uce）。
可见输出电压U0不随输入电压u1的增大而增大，上述稳压过程表示如下：
反之，当电源电压下降时，稳压过程则与上述过程相反。
图3-7简单串联型直流稳压电源电路
（2）当电源电压u1不变，负载增大（负载电阻RL减小），负载电流IL增大，输出电压Uo减小。
由于稳压管V6的稳定电压Uz依然不变，因此晶体管V5的基极与发射极之间的电压Ube却增大（因为Ube=Uz—U0），基极电流Ib和集电极电流IC也随之增大，而集电极与发射极之间的电压Uce相应减小（U0=Uz—Uce），从而使U。
基本不变。
上述稳压过程可表示如下：
反之，当负载减小时，稳压过程则与上述过程相反。
3．1．4串联型可调直流稳压电源
串联型可调直流稳压电源是一种具有组合调整管和单级放大的稳压电源，这种电源的稳定性能较好，应用也很广，电路如图3-8所示。
1．电路的主要特点
（1）电流放大系数很大，但电压放大系数较小（一般小于1）。
（2）输入阻抗较高。
2．电路的基本组成
这种串联型可调直流稳压电路由整流滤波、基准电压、取样电路、比较放大电路和调整器件等五个部分组成。
（1）整流滤波电路由二极管V1～V4和电容器C1组成,它为稳压电路提供了一个波形比较平滑的直流输入电压。
（2）基准电压由电阻器R2和稳压二极管V5组成，R2为V5的限流电阻。
（3）取样电路由电阻器R3、R4，电位器RP组成，将输出电压变化量的一部分取出，加到晶体管V8的基极。
（4）比较放大电路由电阻器R4与晶体管V8组成。
（5）调整器件由复合管V6、V7组成。
图3-8串联型可调直流稳压电源电路
3．电路的工作原理
该串联可调直流稳压电源的工作原理是：
取样电路将输出电压变化量的一部分取出，并将其加到比较放大电路后，与基准电压进行比较放大，再去控制调整管（即由V6和V7组成的复合管）。
调整管受比较放大电路输出电压的控制，可以自动调整自身压降的大小，以保证电源输出电压稳定不变。
图3-8所示电路中，当电位器RP的滑臂向上滑动时，相当于减小增大，输出电压下降；反之，当电位器RP滑臂向下滑动时，相当于增大，减小，输出电压上升。
此电路可调范围是有限的，因为当过小就会使晶体管V8饱和；过大又会使晶体管V8截止，所以过小或过大都会导致稳压电路失控。
4．电源的安装
（1）电路图如图3-8所示。
（2）根据电路元器件明细表（见表3-1）配齐元器件。
（3）用万用表检测元器件的性能及好坏。
（4）清除元器件引脚处的氧化层和印制电路板的氧化层，并在引脚处镀上焊锡，按图3-8所示进行安装与焊接。
安装时要保证晶体管各个极不可接错；稳压管要反向连接；二极管和电容器应正向连接。
5．电源的调试
（1）用万用表交流电压档测试变压器二次电压u2（约为18V），再用万用表直流电压档测试电容器C1两端的电压Uc1（约为22V），再测试稳压管V5两端电压Uz（约为7V），最后测试输出电压UO（约为12V）。
（2）调节电位器RP，以使输出端电压UO在一定范围内变化（约为10～14V）。
用万用表直流电压50V档测试输出端电压Uo。
将电位器RP向上调节时，输出电压会随之变大，调至极限位置时，输出电压约为14V；将电位器RP向下调节时，输出电压会随之变小，调至极限位置时，输出电压约为10V。
表3-1串联型可调直流稳压电路元器件明细表
序号
符号
名称
型号与规格
数量
1
T
变压器
BK50220V／18V
1
2
FU1
熔断器
BX0.5A
1
3
FU2
熔断器
BX1A
1
4
V1～V4
二极管
IN4004
4
5
V5
稳压二极管
2CW56
1
6
V6
三极管
3DGl2
1
7
V7
三极管
3DG6
1
8
V8
三极管
3DG6
1
9
C1
电容器
100μF、50V
1
10
C2
电容器
10μF、25V
1
11
C3
电容器
470μF、16V
1
12
R1
电阻器
1KΩ
1
13
R2
电阻器
1K
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