串联型稳压电源的安装与调试.docx

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串联型稳压电源的安装与调试

任务二、串联型稳压电源的装配与调试

任务描述：

随着人们生活水平的日益提高，通信技术不断的发展，同学们天天使用手机，手机的充电器就是一个稳压电源。

在我们电子生产实习中，经常需要用到稳压电源，为后一级电路提供稳定的直流电压，图2-2-1为串联型稳压电源的原理图。

图2-2-1串联型稳压电源原理图

活动1识读电路元件，实施元件检测

技能目标

1、能够识读和检测常用电子元器件

2、能够识读和检测稳压二极管

3、能够用MF-47型万用表检测各元器件

知识储备

一、稳压二极管

（一）简介

稳压二极管，英文名称Zenerdiode，又叫齐纳二极管。

利用pn结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成的起稳压作用的二极管。

此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，稳压二极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。

稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更高的稳定电压。

其图形符号和封装形式如图2-2-2。

图2-2-2稳压二极管的图形符号及其封装形式

（二）原理

稳压二极管的伏安特性曲线的正向特性和普通二极管差不多如图2-2-3，反向特性是在反向电压低于反向击穿电压时，反向电阻很大，反向漏电流极小。

但是，当反向电压临近反向电压的临界值时，反向电流骤然增大，称为击穿，在这一临界击穿点上，反向电阻骤然降至很小值。

尽管电流在很大的范围内变化，而二极管两端的电压却基本上稳定在击穿电压附近，从而实现了二极管的稳压功能。

图2-2-3稳压二极管特性曲线

（三）主要参数

1、Uz—稳定电压

指稳压管通过额定电流时两端产生的稳定电压值。

该值随工作电流和温度的不同而略有改变。

由于制造工艺的差别，同一型号稳压管的稳压值也不完全一致。

例如，2CW51型稳压管的Vzmin为3.0V,Vzmax则为3.6V。

2、Iz—额定电流

指稳压管产生稳定电压时通过该管的电流值。

低于此值时，稳压管虽并非不能稳压，但稳压效果会变差;高于此值时，只要不超过额定功率损耗，也是允许的，而且稳压性能会好一些，但要多消耗电能。

3、Rz—动态电阻

指稳压管两端电压变化与电流变化的比值。

该比值随工作电流的不同而改变，一般是工作电流愈大，动态电阻则愈小。

例如，2CW7C稳压管的工作电流为5mA时，Rz为18Ω;工作电流为1OmA时，Rz为8Ω;为20mA时，Rz为2Ω;>20mA则基本维持此数值。

4、Pz—额定功耗

由芯片允许温升决定，其数值为稳定电压Vz和允许最大电流Izm的乘积。

例如2CW51稳压管的Vz为3V，Izm为20mA，则该管的Pz为60mWo

5、α---温度系数

如果稳压管的温度变化，它的稳定电压也会发生微小变化，温度变化1℃所引起管子两端电压的相对变化量即是温度系数（单位：

﹪/℃）。

一般说来稳压值低于6V属于齐纳击穿，温度系数是负的；高于6V的属雪崩击穿，温度系数是正的。

温度升高时，耗尽层减小，耗尽层中，原子的价电子上升到较高的能量，较小的电场强度就可以把价电子从原子中激发出来产生齐纳击穿，因此它的温度系数是负的。

雪崩击穿发生在耗尽层较宽电场强度较低时，温度增加使晶格原子振动幅度加大，阻碍了载流子的运动。

这种情况下，只有增加反向电压，才能发生雪崩击穿，因此雪崩击穿的电压温度系数是正的。

这就是为什么稳压值为15V的稳压管其稳压值随温度逐渐增大的，而稳压值为5V的稳压管其稳压值随温度逐渐减小的原因。

例如2CW58稳压管的温度系数是+0.07%/°C，即温度每升高1°C，其稳压值将升高0.07%。

对电源要求比较高的场合，可以用两个温度系数相反的稳压管串联起来作为补偿。

由于相互补偿，温度系数大大减小，可使温度系数达到0.0005%/℃。

6、IR—反向漏电流

指稳压二极管在规定的反向电压下产生的漏电流。

例如2CW58稳压管的VR=1V时，IR=O.1uA;在VR=6V时，IR=10uA。

（四）识别判断

1、正负极识别

从外形上看，金属封装稳压二极管管体的正极一端为平面形，负极一端为半圆面形。

塑封稳压二极管管体上印有彩色标记的一端为负极，另一端为正极。

对标志不清楚的稳压二极管，也可以用万用表判别其极性，测量的方法与普通二极管相同，即用万用表R×1k档，将两表笔分别接稳压二极管的两个电极，测出一个结果后，再对调两表笔进行测量。

在两次测量结果中，阻值较小那一次，黑表笔接的是稳压二极管的正极，红表笔接的是稳压二极管的负极。

这里指的是指针式万用表。

2、色环稳压二极管识别

色环稳压二极管国内产品很少见，大多数来自国外，尤其以日本产品居多。

一般色环稳压二极管都标有型号及参数，详细资料可在元件手册上查到。

而色环稳压二极管体积小、功率小、稳压值大多在10V以内，极易击穿损坏。

色环稳压二极管的外观与色环电阻十分相似，因而很容易弄错。

色环稳压二极管上的色环代表两个含义：

一是代表数字，二是代表小数点位数（通常色环稳压二极管都是取一位小数，用棕色表示。

也可理解为倍率即：

×10（的－1次方），具体颜色对应的数字同色环电阻）

由于小功率稳压二极管体积小，在管子上标注型号较困难，所以一些国外产品采用色环来表示它的标称稳定电压值。

如同色环电阻一样，环的颜色有棕、红、橙、黄、绿、蓝、紫、灰、白、黑，它们分别用来表示数值1、2、3、4、5、6、7、8、9、0。

有的稳压二极管上仅有2道色环，而有的却有3道。

最靠近负极的为第1环，后面依次为第2环和第3环。

仅有2道色环的。

标称稳定电压为两位数，即“××V”（几十几伏）。

第1环表示电压十位上的数值，第2环表示个位上的数值。

如：

第1、2环颜色依次为红、黄，则为24V。

有3道色环，且第2、3两道色环颜色相同的。

标称稳定电压为一位整数且带有一位小数，即“×.×V”（几点几伏）。

第1环表示电压个位上的数值。

第2、3两道色环（颜色相同）共同表示十分位（小数点后第一位）的数值。

如：

第1、2、3环颜色依次为灰、红、红，则为8.2V。

有3道色环，且第2、3两道色环颜色不同的。

标称稳定电压为两位整数并带有一位小数，即“××.×V”（几十几点几伏）。

第1环表示电压十位上的数值。

第2环表示个位上的数值。

第3环表示十分位（小数点后第一位）的数值。

不过这种情况较少见，如：

棕、黑、黄（10.4V）和棕、黑、灰（10.8V）常用稳压二极管的型号对照表（注：

后面的二极管型号是以1开头的，如1N4728,1N4729等）

3、与普通整流二极管的区分

首先利用万用表R×1K挡，按把被测管的正、负电极判断出来。

然后将万用表拨至R×10K挡上，黑表笔接被测管的负极，红表笔接被测管的正极，若此时测得的反向电阻值比用R×1K挡测量的反向电阻小很多，说明被测管为稳压管；反之，如果测得的反向电阻值仍很大，说明该管为整流二极管或检波二极管。

这种识别方法的道理是，万用表R×1K挡内部使用的电池电压为1.5V，一般不会将被测管反向击穿，使测得的电阻值比较大。

而R×10K挡测量时，万用表内部电池的电压一般都在9V以上，当被测管为稳压管，切稳压值低于电池电压值时，即被反向击穿，使测得的电阻值大为减小。

但如果被测管是一般整流或检波二极管时，则无论用R×1K挡测量还是用R×10K挡测量，所得阻值将不会相差很悬殊。

注意，当被测稳压二极管的稳压值高于万用表R×10K挡的电压值时，用这种方法是无法进行区分鉴别的。

二、电位器

电位器是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件。

电位器通常由电阻体和可移动的电刷组成。

当电刷沿电阻体移动时，在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压。

常见电位器如图2-2-4所示。

图2-2-4常见的电位器

作用：

电位器在电路中的主要作用有以下几个方面

1、用作分压器

电位器是一个连续可调的电阻器，当调节电位器的转柄或滑柄时，动触点在电阻体上滑动。

此时在电位器的输出端可获得与电位器外加电压和可动臂转角或行程成一定关系的输出电压。

2、用作变阻器

电位器用作变阻器时，应把它接成两端器件，这样花电位器的行程范围内，便可获得一个平滑连续变化的电阻值。

3、用作电流控制器

当电位器作为电流控制器使用时，其中一个选定的电流输出端必须是滑动触点引出端。

实训操作

一、电阻器的识读与测量

利用万用表相应档位测量教师给出的若干电阻，确认电阻阻值大小，并从中选出本任务所需的电阻。

序号

识读值

实测值

序号

识读值

实测值

1

2

3

4

5

二、电容器的识别与检测

根据所学知识挑选本任务中所需电容，利用万用表判断挑选电容是否可以正常使用。

并将电容的信息列入下表中。

序号

识读值

是否正常

序号

识读值

是否正常

三、二极管的识别与检测

利用所学知识判断二极管正负，并测量它的正反向电阻

序号

正向电阻

反向电阻

序号

正向电阻

反向电阻

四、三极管的识别与检测

利用所学知识判断三极管的型号及管脚

序号

型号

序号

型号

五、电位器的识别与检测

正确判断引脚，测量电位器的标称值

序号

1-2脚电阻

1-3脚电阻

2-3脚电阻

展示评价

评价项目

评价内容

评价标准

评价方式

自我评价

小组评价

教师评价

职业

素养

安全意识、责任意识

A作风严谨、自觉遵章守纪、出色地完成工作任务

B能够遵守规章制度、较好地完成工作任务

C遵守规章制度、没完成工作任务，或虽完成工作任务但未严格遵守规章制度

D不遵守规章制度、没完成工作任务

团队合作意识强

A与同学协作融洽、团队合作意识强

B与同学能沟通、协同工作能力较强

C与同学能沟通、协同工作能力一般

D与同学沟通困难、协同工作能力较差

专业

能力

活动1

职业感知

A按时、高质量完成调研及工作，积极参与课活动，表现突出

B按时、较好地完成工作，积极参与课堂活动

C没按时完成工作，不积极参与课堂活动

D没完成工作，未参与课堂活动

活动2

安全用电

A按时、完整地完成工作，问题回答正确

B按时、完整地完成工作，问题回答基本正确

C未能按时完成工作，或内容遗漏、错误较多

D未完成工作

活动3

触电急救

A学习活动评价成绩为90~100分

B学习活动评价成绩为75~89分

2学习活动评价成绩为60~74分

D学习活动评价成绩为0~59分

创新能力

学习过程中提出具有创新性、可行性的建议

加分奖励：

综合评价等级

活动2分析工作原理，实施电路仿真

技能目标：

1、掌握串联型稳压电源控制电路各部分电路的功能及电路转换过程。

2、掌握模拟软件proteus的画图方法

3、掌握模拟软件proteus的仿真方法

4、能够对照工作原理，实现模拟仿真，并运用虚拟仪器进行测量。

知识储备：

一、电路分析

（一）整流电路

12V交流电压通过整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压。

其整流部分采用了由四只1N4007组成的桥式整流器。

虽然桥式整流器需要用四只整流二极管，但是，桥式整流电路具有整流效率较高、脉动成份较少、变压器次级无需中心抽头的特点。

1、分类方式

（1）按组成器件

可分为不可控电路、半控电路、全控电路三种

1）不可控整流电路完全由不可控二极管组成，电路结构一定之后其直流整流电压和交流电源电压值的比是固定不变的。

2）半控整流电路由可控元件和二极管混合组成，在这种电路中，负载电源极性不能改变，但平均值可以调节。

3）在全控整流电路中，所有的整流元件都是可控的（SCR、GTR、GTO等），其输出直流电压的平均值及极性可以通过控制元件的导通状况而得到调节，在这种电路中，功率既可以由电源向负载传送，也可以由负载反馈给电源，即所谓的有源逆变。

（2）按电路结构

可分为零式电路和桥式电路

1）零式电路指带零点或中性点的电路，又称半波电路。

它的特点所有整流元件的阴极（或阳极）都接到一个公共接点﹐向直流负载供电﹐负载的另一根线接到交流电源的零点。

2）桥式电路实际上是由两个半波电路串联而成，故又称全波电路。

（3）按电网交流输入相数分为单相电路、三相电路和多相电路

1）对于小功率整流器常采用单相供电；单相整流电路分为半波整流，全波整流，桥式整

2）三相整流电路是交流测由三相电源供电，负载容量较大,或要求直流电压脉动较小，容易滤波。

三相可控整流电路有三相半波可控整流电路，三相半控桥式整流电路，三相全控桥式整流电路。

因为三相整流装置三相是平衡的﹐输出的直流电压和电流脉动小，对电网影响小，且控制滞后时间短，采用三相全控桥式整流电路时，输出电压交变分量的最低频率是电网频率的6倍，交流分量与直流分量之比也较小，因此滤波器的电感量比同容量的单相或三相半波电路小得多。

另外，晶闸管的额定电压值也较低。

因此，这种电路适用于大功率变流装置。

3）多相整流电路随著整流电路的功率进一步增大（如轧钢电动机，功率达数兆瓦），为了减轻对电网的干扰﹐特别是减轻整流电路高次谐波对电网的影响，可采用十二相﹑十八相﹑二十四相，乃至三十六相的多相整流电路。

采用多相整流电路能改善功率因数，提高脉动频率，使变压器初级电流的波形更接近正弦波，从而显著减少谐波的影响。

理论上，随着相数的增加，可进一步削弱谐波的影响。

多相整流常用在大功率整流领域，最常用的有双反星中性点带平衡电抗器接法和三相桥式接法。

（4）按电流方向

方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。

其中所有半波整流电路都是单拍电路，所有全波整流电路都是双拍电路。

（5）按控制方式

可分为相控式电路和斩波式电路（斩波器）；

1）通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。

2）斩波器就是利用晶闸管和自关断器件来实现通断控制，将直流电源电压断续加到负载上，通过通、断的时间变化来改变负载电压平均值，亦称直流-直流变换器。

它具有效率高、体积小、重量轻、成本低等优点，广泛应用于直流牵引的变速拖动中，如城市电车、地铁、蓄点池车等。

斩波器一般分降压斩波器，升压斩波器和复合斩波器三种。

（6）按引出方式

分中点引出整流电路，桥式整流电路，带平衡电抗器整流电路，环形整流电路，十二相整流电路

1）中点引出整流电路分：

单脉波（单相半波），两脉波（单相全波），三脉波（三相半波），六脉波（六相半波）

2）桥式整流电路分：

两脉波（单相）桥式，六脉波（三相）桥式

3）带平衡电抗器整流电路分：

一次星形联结的六脉波带平衡电抗器电路（即双反星带平衡电抗器电路），一次角形联结的六脉波带平衡电抗器电路

4）十二相整流电路分：

二次星、三角联结，桥式并联（带6f平衡电抗器）单机组十二脉波整流电路；二次星、三角联结，桥式串联十二脉波整流电路；桥式并联等值十二脉波整流电路；双反星形带平衡电抗器等值十二脉波整流电路。

2、工作原理

本电路使用的是桥式整流电路，如图2-2-5所示，E2是一个频率为50HZ的正弦交流电，E2为正半周时，对D1、D3加正向电压，D1、D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。

电路中构成E2、D1、Rfz、D3通电回路，在Rfz上形成上正下负的半波整流电压，E2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E2、D2、Rfz、D4通电回路，同样在Rfz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Rfz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输入电压的最大值，比全波整流电路小一半。

图2-2-5整流电路

（二）滤波电路

由于桥式整流后在负载上得到的是脉动的直流电压，其频率为100Hz，峰值为1.4e≈17V，所以，还必须经过平滑滤波后才可供实际应用。

电容滤波器是一种简单实用的平滑滤波器，C5就是滤波电容器，利用电容器的充、放电作用，可以将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。

由于C5容量足够大，充入的电荷多，放掉的电荷少，最终使整流出来的脉动电压成为直流电压，空载时输出值＝1.4e≈17V。

（三）稳压电路

本电路是典型的串联型直流稳压电路，调整元件串接在输入电压Ui（12V左右）与输出电压Uo（9V）之间。

如果输出电压Uo由于某种原因发生变化，调整元件就作相反的变化来抵消输出电压的变化，从而保持输出电压Uo的稳定。

1、稳压原理

假设某种原因（如果电网电压波动或负载电阻的变化等），使输出电压Uo上升，由取样电路将这一变化趋势送到比较放大管Q3的基极，而Q3的发射极电压由于稳压管D5的作用而保持恒定，所以，Q3的基极电压Ube将增大，管子的集电极电流随之增大，则在负载电阻R1、R2上的压降也增大，结果使复合管9013、8050的基极电位下降，管子内阻增大，Q1的UCE6增大，由于Uo＝24-UCE6，所以，将造成Uo下降，因而保持了Uo的稳定。

其电路的稳压过程是：

若输出电压降低，则上述过程相反，这时稳压电路使Uo上升，则有如下稳压过程：

2、稳压电路的功能

稳压电路包括基准电压、比较放大器、调整元件等基本电路。

图示电路当中，R5与D5组成基准电压电路，稳压二极管D5可提供7.5V的稳定的基准电压，R5（560Ω）是限流电阻。

电阻R6、R7、RP组成取样电路，取样比为（R7+RP’）/（R6+R7+RP’）（注：

RP’表示电位器RP中心滑臂与R7触点之间的电阻值），稳压电压Uo由取样比和基准电压UVD决定，即：

输出电压Uo为

式中UBE8是晶体管Q3（9013）的b-e结间的压降，约为0.7V。

调节RP可以改变稳压电源的输出电压。

调整元件采用了复合管（Q1+Q2），其中调整管Q1（8050）为大功率晶体管。

由于整个稳压电源的输出电流全部要经过调整管，所以，Q1应有足够的功耗和集电极电流指标（对于12V、1A的稳压电源，Q1集电极电流应不小于2A，功耗不小于10W）。

（四）保护电路

为了防止输出端不慎短路过载而造成调整管损坏，在设计直流稳压电源电路时，通常都有过流自动保护电路。

本电路中，FU熔断丝的极限电流值为2A，当短路或过载时，输出电流增大至2A时。

熔断丝会自动断开，起到自动保护电路的作用。

二、实训操作：

（一）将所需元器件加入到对象选择器窗口。

单击对象选择器按钮

，如图2-2-6所示。

弹出“PickDevices”页面，在“Keywords”中输入1N4007，系统在对象库中进行搜索查找，并将搜索结果显示在“Results”中，如图2-2-7所示。

在“Results”栏中的列表项中双击“1N4007”，则可将“1N4007”添加至对象选择器窗口。

图2-2-6选择元器件

图2-2-7选择二极管

接着在“Keywords”栏中重新输入CAP-ELEC，如图2-2-8所示。

双击“CAP-ELEC”，则可将“CAP-ELEC”添加至对象选择器窗口。

图2-2-8选择电容

接着在“Keywords”栏中重新输入RES，如图2-2-9所示。

双击“RES”，则可将“RES”添加至对象选择器窗口。

图2-2-9选择电阻

接着在“Keywords”栏中重新输入“NPN”，如图2-2-10所示。

双击“NPN”，则可将“NPN”型三极管添加至对象选择器窗口。

图2-2-10选择NPN型三极管

接着在“Keywords”栏中重新输入“FUSE”，如图2-2-11所示。

双击“FUSE”，则可将“FUSE”添加至对象选择器窗口。

图2-2-11选择保险丝

接着在“Keywords”栏中重新输入“P0T-”，如图2-2-12所示。

双击“POT-HG”，则可将“POT-HG”添加至对象选择器窗口。

图2-2-12选择滑动变阻器

接着在“Keywords”栏中重新输入“CAP”，如图2-2-13所示。

双击“CAP”，则可将“CAP”添加至对象选择器窗口。

图2-2-13选择瓷片电容

接着在“Keywords”栏中重新输入“ZENERDIODE”，如图2-2-14所示。

双击“1N4729A”，则可将“1N4729A”添加至对象选择器窗口。

图2-2-14选择1N4729A稳压二极管

接着在“Keywords”栏中重新输入“ALTERANTOR”，如图2-2-15所示。

双击“ALTERANTOR”，则可将“ALTERANTOR”添加至对象选择器窗口。

图2-2-15选择电源

经过以上操作，在对象选择器窗口中，已有了1N4007、CAP-ELEC、NPN型三极管、CAP、RES、POT-HG、FUSE、DIODE-SC和ALTERANTOR九个元器件对象。

然后按照任务一摆放元件的流程放置好元件，如图2-2-16所示。

图2-2-16放置元器件

（二）元器件之间的连线。

在ProteusISIS中画连接线时，系统会自动检测。

当鼠标的指针靠近元器件引脚时，跟着鼠标的指针就会出现一个“×”号，表明找到了元器件的连接点，单击鼠标左键，移动鼠标（不用拖动鼠标），屏幕上将出现成90º折线的粉红色连接线（Proteus的线路自动路径功能），将鼠标的指针靠近预连接的目标元器件引脚，跟着鼠标的指针就会出现一个“×”号，表明找到了目标元器件引脚的连接点，同时单击鼠标左键，粉红色的连接线变成深绿色。

Proteus具有线路自动路径功能（简称WAR），当选中两个连接点后，WAR将选择一个合适的路径连线。

WAR可通过使用工具栏中的“WAR”命令按钮　　　来关闭或打开，也可以在菜单栏的“Tools”下找到这个图标。

同理，我们可以完成其他连线，如图2-2-17所示，在此过程的任何时刻都可以按Esc键或者单击鼠标的右键来放弃画线。

图2-2-17画连接线

（三）电路仿真图

点击运行按钮。

调节电阻器RP观察到仿真图现象，如图2-2-18（a）（b）所示。

可以看出，在我们调节电阻器RP后，输出端电压发生了明显的变化。

图2-2-18（a）仿真图

图2-2-18（b）仿真图

展示评价

评价项目

评价内容

评价标准

评价方式

自我评价

小组评价

教师评价

职业

素养

安全意识、责任意识

A作风严谨、自觉遵章守纪、出色地完成工作任务

B能够遵守规章制度、较好地完成工作任务

C遵守规章制度、没完成工作任务，或虽完成工作任务但未严格遵守规章制度

D不遵守规章制度、没完成工作任务

团队合作意识强

A与同学协作融洽、团队合作意识强

B与同学能沟通、协同工作能力较强

C与同学能沟通、协同工作能力一般

D与同学沟通困难、协同工作能力较差

专业

能力

活动1

职业感知

A按时、高质量完成调研及工作，积极参与课活动，表现突出

B按时、较好地完成工作，积极参与课堂活动