项目3电源的选择与使用.docx

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项目3电源的选择与使用

3.1项目描述

本项目的主要内容是：

通过对直流稳压电源相关内容的介绍，掌握电源的选择及其正确使用方法，并且在实训过程中能够自行完成一个直流稳压电源产品的制作，包括电路的设计、电子元器件的选用、电路的焊接、调试，最后使之能够输出一定范围内的稳定直流电压。

通过该项目的学习与实践，可以让读者获得如下知识和技能：

●掌握整流二极管的整流原理；

●掌握电容的滤波原理；

●掌握稳压二极管的稳压原理；

●培养学生设计制作小电子产品的技能；

3.2知识准备

要完成以上直流稳压电源产品的制作，需要具备以下一些相关的知识和技能，下面进行阐述。

3.2.1直流稳压电源的结构

我们知道，任何一种电路都需要电源，它是电子电路工作的“能源”和“动力”。

不同的电路对电源的要求是不同的。

在很多电子设备和电路中需要一种当电网电压波动或者负载发生变化时，输出电压仍能基本保持不变的电源，我们把这种电源就称为直流稳压电源。

直流稳压电源的结构一般包括以下四个部分,如图3.1直流稳压电源的方框图和对应波形图所示，各部分名称和作用如下：

稳压电路

滤波电路

整流电路

电源变压器

图3.1直流稳压电源的方框图和对应波形图

1、电源变压器

作用：

将交流电网电压v1变为合适的交流电压v2。

2、整流电路

作用：

将交流电压v2变为脉动的直流电压v3。

3、滤波电路

作用：

将脉动直流电压v3转变为平滑的直流电压v4。

4、稳压电路

作用：

清除电网波动及负载变化的影响，保持输出电压V5的稳定。

3.2.2直流稳压电源的分类

直流稳压电源按照其稳压方式的不同，可以分为以下四种类型：

1、稳压二极管稳压电路，如图3.2所示。

图3.2稳压二极管稳压电路

这种稳压电路利用硅稳压二极管的稳压特性，实现直流工作电压的稳压输出。

这种直流稳压电路的稳压特性一般，往往只用于稳定局部的直流电压，在整机电源电路中一般不使用。

2、串联调整管稳压电路，如图3.3所示。

图3.3串联调整管稳压电路

这种稳压电路利用了三极管集电极与发射极之间阻抗随基极电流大小变化而变化的的特性，进行直流输出电压的自动调整，实现直流输出电压的的稳定。

在这种稳压电路中的三极管（调整管）一直处于导通状态。

3、开关型稳压电路，如图3.4所示。

图3.4开关型稳压电路

这是一种高性能的直流稳压电路，稳压原理比较复杂，在这种电路中的三极管（调整管）处于导通和截止两种状态的转换中，即工作在开关状态，所以开关型稳压电路由此得名。

这其中的PWM电路是一种稳压的控制方式，即脉冲宽度调制型。

4、三端固定集成稳压电路，如图3.5所示。

图3.5CW78××系列三端集成稳压电路

如图3.5所示是一种输出电压固定的集成稳压电路，其功能是稳定直流输出电压。

这种集成电路只有三根引脚，使用很方便，在很多场合都有着广泛的应用。

3.2.3直流稳压电源的性能指标

关于直流稳压电源的性能指标我们从以下三个方面来进行说明：

特性指标、质量指标以及极限指标。

1、特性指标包括以下四个方面的内容

（1）输出电压范围

指在符合直流稳压电源工作条件情况下，能够正常工作的输出电压范围。

该指标的上限由是由最大输入电压和最小输入-输出电压的差所规定，而其下限由直流稳压电源内部的基准电压值决定。

（2）最大输入-输出电压差

该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所允许的最大输入-输出之间的电压差值，其值主要取决于直流稳压电源内部调整管晶体管的耐压指标。

（3）最小输入-输出电压差

该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所需的最小输入-输出之间的电压差值。

（4）输出负载电流范围

输出负载电流范围又称为输出电流范围，在这一电流范围内，直流稳压电源应能保证符合指标规范所给出的指标。

2、质量指标包括以下四个方面的内容

（1）电压调整率SV

电压调整率是表征直流稳压电源稳压性能优劣的重要指标，又称为稳压系数或稳定系数，它表示当输入电压发生变化时直流稳压电源输出电压稳定的程度，通常以单位输出电压下的输入和输出电压相对变化的百分比表示。

（2）电流调整率SI

电流调整率是反映直流稳压电源负载能力的一项重要指标，又称为电流稳定系数。

它表示当输入电压不变时，直流稳压电源对由于负载电流（输出电流）变化而引起的输出电压波动的抑制能力，在规定的负载电流变化的条件下，通常以单位输出电压下的输出电压变化值的百分比来表示来表示直流稳压电源的电流调整率。

（3）纹波抑制比SR

纹波抑制比反映了直流稳压电源对输入端引起的市电电压的抑制能力，当直流稳压电源输入和输出条件保持不变时，纹波抑制比常以输入纹波电压峰-峰值与输出纹波电压峰-峰值之比表示，一般用分贝数表示，但是有时也可以用百分数表示，或者直接用两者的比值表示。

（4）温度稳定性K

直流稳压电源的温度稳定性是以在所规定的直流稳压电源工作温度T的最大变化范围内直流稳压电源输出电压相对变化的百分比值。

3、极限指标主要包括以下两方面的内容

（1）最大输入电压

指保证直流稳压电源安全工作的最大输入电压。

（2）最大输出电流

指保证稳压器安全工作所允许的最大输出电流。

3.2.3直流稳压电源的操作方法与使用注意事项

如图3.6所示是一台直流稳压电源的实物图，其操作方法和使用注意事项如下。

1、操作方法

（1）外观检查：

被检稳压电源外观应完好，无影响正常工作的机械损伤。

（2）基本性能检查：

接通电源使被检稳压电源处于工作状态，检查显示器（调节输出电压旋钮，检查其调节是否平稳）。

（3）仔细观察接线柱，正确连线。

（4）示值校准：

连接仪器，断开负载电阻连线在空载条件下调节被检直流稳压电源，读取数字万用表读数。

将负载电阻接通然后调节被检直流稳压电源并读取其输出电压数据，观察数据的变化是否合理。

图3.6直流稳压电源的实物图

2、使用注意事项

（1）直流稳压电源校准完成后应及时断开电源。

（2）为防止漏磁干扰，稳压器与使用设备之间放置距离应不少于2米。

各种磁性记录、碟、卡等应远离本机2米之外，以防止外磁化。

（3）稳压器一般包括输入端子、输出端子、屏蔽、铁芯壳接地端子，这些端子在稳压系统已正常连接。

（4）如负载不平衡度超过20%时在轻载的一相并联一个电阻性负载使之平衡。

同样，如果输入端的线电压的不平衡度大于10%时也会影响本机的稳压性能，这时也应从输入端设置单相调压器使输入端的线电压基本平衡。

输入电压及负荷两平衡度不超过上述范围，输出线电压不平衡应小于等于5%。

（5）当负载设备有短路时，用户需关机检查，消除短路故障后再另行开机。

（6）连续工作时间较长时，机器有一定的温升，其指示值会稍微下降，略低于实际电压值。

（7）应将直流稳压电源放在通风较好的位置，若通风条件较差的，请在室内装上换气扇。

3.2.5直流稳压电源常见故障与简单维护

直流稳压电源几种常见的故障和维修实例如下所述。

1、有调压而无稳压作用

在使用稳压电源时，通常是先开机预热，然后调节输出电压“粗调”电位器，观察调压作用和调节范围是否正常，最后调节到所需要的电源电压值，并接上负载。

如果空载时电压正常，但接上负载后，输出电压即下降，若排除外电路故障的可能性，此时的故障就是稳压电源无稳压作用。

维修时可用万用表测定大功率调整管的集电极与发射极之间的通断情况。

如发现不了问题，可进一步检查整流二极管是否损坏，只要有一只整流管损坏，全波整流就变成半波整流。

空载时，大容量的滤波电容仍能提供足够的整流输出电压，以保证稳压输出的调压功能，接上负载以后，整流输出电压立即下降，稳压输出端的电压也随之下降，失去稳压作用。

2、输出电压过高，无调压、稳压作用

晶体管直流稳压电源在空载情况下，输出电压大超过规定值，并且无调压和稳压作用，故障可能发生在：

（1）复合调整管之一的集电极与发射极击穿短路，整流输出的电压直接通过短路的晶体管加到稳压输出端，且不受调压和稳压的控制。

（2）取样放大管的集电极或发射极开断，复合调整管直接处于辅助电源Dz的负电压作用下，基极电流很大，使调整管的发射极与集电极之间的内阻变得很小，整流输出的电压直接加到稳压输出端。

3、各档电压输出都很小并无调压作用

故障可能发生在

（1）主整流器无整流电压输出

（2）上辅助电源Dz的电压为零，造成调整管不工作。

（3）取样放大管的c-e反向击穿短路，造成调整管不工作。

在实际的故障情况下我们一定要仔细观察故障发生的现象，认真分析可能导致故障产生的原因，具体问题具体解决，总之不管什么故障，只要记着直流稳压电源的的组成是先整流再滤波然后是稳压，一步一步查找故障原因。

3.3任务实现

3.3.1直流稳压电源的调试

对于直流稳压电源的调试我们以图3.7所示的线性串联直流稳压电源的原理图为例来进行讲解。

图3.7线性串联直流稳压电源的原理图

1、调试前的准备

（1）在完成对直流稳压电源电路板的焊接后，需要对电路板进行检查。

（2）测量静态电阻（包括下列三种）。

电路电源输入端电阻

调整管C、E间电阻

输出端电阻

（3）仪器仪表的的准备。

变压器

万用表

示波器

负载电阻

2、调试方法

（1）串联稳压电源一般采用逐级调试方法，逐级检测变压、整流、滤波和稳压电路来判断电路工作是否正常。

（2）调试时，一般用万用表测量各级的输入、输出电压值及用示波器观察各级输入、输出波形。

若数值与波形相符，说明电路工作正常；若不符，说明电路有故障存在，需检查电路并分析、排除故障，使电路达到正常工作状态。

3、调试步骤

在调试的过程中若测试到某一级电压不正常，说明电路工作不正常，应检查电路现象，分析故障原因，并排除故障，使电路达到正常工作状态

4、调试注意事项

（1）接入交流电源前，一定要用万用表测量桥式整流电路两交流输入端的电阻（一般大于1M欧），两直流输出端的电阻，保证电路没有短路！

否则通电后二极管炸裂的可能性很大。

（2）接入交流电源时，要格外小心！

如果两个端子碰在一起，将发生短路。

（3）若输出电压范围与计算值不符，请静下心来逐级检查变压、整流、滤波、稳压环节。

若确定是稳压环节的问题，可依次检查稳压管、三极管工作是否正常？

测三极管时一定要注意观察UBE变化时UCE是否发生反向变化？

3.3.2直流稳压电源的选择

在选择直流稳压电源的时候我们要根据负载的功率、电压、电流来综合考虑。

对于电阻的选择在功率一定的情况下，只要空间允许我们可以尽量选择大电阻。

在选择电容耐压值和容值的时候，要考虑电容所在点的电压值，只要电容的耐压值比其所在点的电压值略高即可，比如说此点电压为25V时就选择35V的电解电容；此点电压为12V就选择16V的电解电容；此点电压为5V就选择10V的电解电容；因为电解电容的电压越高价格越贵，保持达标即可，不要浪费，至于容量的选择不要太大也不要太小，一般几百到几千个微法就可以了。

3.4考核评价

3.4.1考核内容

本项目实施的目的旨在让学生掌握直流稳压电源的工作原理以及正确使用，并能完成一个直流稳压电路的焊接和调试等内容。

特拟定以下几个议题加以考核：

1、是否能说出直流稳压电源的稳压原理以及稳压过程。

2、是否对直流稳压电源各个部分的结构具有一定的熟悉程度。

3、是否能够独立自主的正确操作一台直流稳压电源。

4、是否能够独立完成一个直流稳压电源电路的焊接及调试。

5、如果要改变直流稳压电源的输出电压，对其内部的元器件要进行怎样的更改。

3.4.2考核要求

具体考核要求如下：

1、画出任意一种类型的直流稳压电源的原理图。

2、正确选择电路所需元器件。

3、正确焊接及调试直流稳压电源，并记录相关数据和波形。

3.4.3评价标准

（1）学生能按考核要求自主完成上述所有考核内容，且电路设计正确、元器件及其参数选取合理、电路组装和焊接工艺好、无错误，并能正确调试好电路以及测得正确的相关数据、绘制出正确的波形。

等级：

优秀

（2）学生能参照相关学习资料完成上述所有考核内容，且电路设计较为正确、元器件及其参数选取较为合理、电路组装和焊接工艺较好、并基本上能正确调试好电路以及测得正确的相关数据、绘制出正确的波形。

等级：

良好

（3）学生能在教师的指导和帮助下参照相关学习资料完成上述所有考核内容，且电路设计有少许错误、元器件及其参数选取基本合理、电路组装和焊接工艺一般、有少量错误，但能在教师指导帮助修改错误，得出实验现象。

等级：

合格

3.5拓展提高

实训项目1三端集成稳压电源的组装与调试

一技能目标

（1）掌握基本的手工焊接技术。

（2）能熟练在万能印制电路板上进行合理布局布线。

（3）熟悉整流、滤波、稳压电路的工作原理。

（4）熟悉与使用集成稳压器78XX系列。

（5）掌握直流稳压源几项主要技术指标的测试方法。

二工具和仪器

（1）电烙铁等常用电子装配工具。

（2）万用表、示波器

三电路原理图及工作原理分析

图3.8三端集成稳压电源电路原理图

大多数电子仪器都需要将电网提供的220V，50Hz的交流电转换为符合要求的直流电，而直流稳压电源是一种通用的电源设备，它能为各种电子仪器和电路提供稳定直流电压。

当电网电压波动，负载变化以及环境温度变化时，其输出电压能相对稳定。

直流稳压电源由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路和显示电路组成。

四装配要求和方法

（1）工艺流程

准备→熟悉工艺要求→绘制装配草图→核对元件数量、规格、型号→元件检测→元器件预加工→万能电路板装配、焊接→总装加工→自检。

（2）基本方法

1）准备

2）熟悉工艺要求：

认真阅读电路原理图和工艺要求。

3）绘制装配草图，如图3.9所示。

图3.9装配草图

4）清点元件：

按表3.1核对元件的数量和规格。

表3.1元件清单明细表

代号

品　　名

型号/规格

数量

集成电路

7805

VD1-VD4

整流二极管

1N4001

碳膜电阻

C1、C2

电解电容

1000F

VD5

发光二极管

5）元件检测：

6）元件预加工。

7）万能电路板装配工艺要求

①电阻、二极管均采用水平安装方式，高度紧贴印制板，色码方向一致。

②电容采用垂直安装方式，高度要求为电容的底部离板8mm。

③发光二极管采用垂直安装方式，高度要求底部离板8mm。

④所有焊点均采用直脚焊，焊接完成后剪去多余引脚，留头在焊面以上0.5～1mm，且不能损伤焊接面。

⑤万能接线板布线应正确、平直，转角处成直角；焊接可靠，无漏焊、短路等现象。

8）总装加工：

电源变压器用螺钉紧固在万能电路板的元件面，一次侧绕组的引出线向外，二次侧绕组的引出线向内，万能电路板的另外两个角上也固定两个螺钉，紧固件的螺母均安装在焊接面。

电源线从万能电路板焊接面穿过打结孔后，在元件面打结，再与变压器一次侧绕组引出线焊接并完成绝缘恢复，变压器二次侧绕组引出线插入安装孔后焊接。

9）自检：

对已完成的装配、焊接的工件仔细检查质量，重点是装配的准确性，包括元件位置、电源变压器的绕组等；焊点质量应无虚焊、假焊、漏焊、搭焊及空隙、毛刺等；检查有无影响安全性能指标的缺陷；元件整形。

实物图如图3.10所示。

图3.10三端集成稳压电源实物图

五调试、测量

（1）接通电源发光二极管应发光，测量此时稳压电源的直流输出电压Vo=。

（2）测试稳压电源的输出电阻Ro。

当U1=220V，测量此时的输出电压Vo及输出电流Io；断开负载，测量此时的Vo及Io，记录在表3.2中。

表3.2测量表

（3）验证滤波电容的作用

1）测量C两端的电压，并与理论值比较。

2）用示波器观察C两端的波形。

六考核评价表

表3.3考核评价表

评价

指标

评价要点

评价结果

优

良

中

合格

差

理论

知识

1.集成稳压电路知识掌握情况

2.装配草图绘制情况

技能

水平

1.元件识别与清点

2.项目工艺情况

3.项目调试情况

4.项目测量情况

5.示波器操作熟练度

安全

操作

能否按照安全操作规程操作，有无发生安全事故。

总评

评别

优

良

中

合格

差

总评得分

100～88

87～75

74～65

64～55

≦54

实训项目2串联型可调稳压电源的按照、调试与测量

一技能目标

（1）掌握基本的手工焊接技术。

（2）能熟练在万能印制电路板上进行合理布局布线。

（3）能正确安装整流电路，并对其进行安装、调试与测量。

二工具、元件和仪器

（1）电烙铁等常用电子装配工具。

（2）变压器、电阻等。

（3）万用表、示波器

三电路原理图及工作原理分析

串联型可调稳压电源主要有变压、整流、滤波、取样电路、基准电压、比较放大、电压调整等电路组成，方框图如图3.11所示，电路原理图如图3.12所示。

R1，VD5为电源指示电路；

C1，C3为滤波电容；

VT1，VT2为复合管，电流放大倍数大，用做电压调整；

VT3是比较放大管，R2既是VT3的集电极负载电阻，又是VT2的基极偏置电阻；

R3，VD6提供比较放大管VT3的基准电压；

R4，RP，R5组成取样电路。

当输出电压变化时，取样电路将其变化量的一部分取出送到比较放大管的基极。

图3.11串联型可调稳压电源电路方框图

图3.12串联型可调稳压电源电路原理图

四装配要求和方法

（1）工艺流程

准备→熟悉工艺要求→绘制装配草图→核对元件数量、规格、型号→元件检测→元器件预加工→万能电路板装配、焊接→总装加工→自检。

（2）基本方法

1）准备

2）熟悉工艺要求：

认真阅读电路原理图和工艺要求。

3）绘制装配草图，如图3.13所示。

图3.13装配草图

4）清点元件：

对照表3.4元件清单明细表核对元件的数量和规格。

表3.4元件清单明细表

代号

名称

规格

代号

名称

规格

碳膜电阻

2.2k

碳膜电阻

820

碳膜电阻

1.2Kk

碳膜电位器

电解电容

220uF

电解电容

10uF

电解电容

220uF

VD1

整流二极管

1N4007

VD2

整流二极管

1N4007

VD3

整流二极管

1N4007

VD4

整流二极管

1N4007

VD5

发光二极管

绿色

VD6

稳压二极管

3V稳压

VT1

三极管

9013

VT2

三极管

9014

VT3

三极管

9014

5）元件检测：

6）元件预加工。

7）万能电路板装配工艺要求。

①电阻、二极管均采用水平安装方式，高度紧贴印制板，色码方向一致。

②电容采用垂直安装方式，高度要求为电容的底部离板8mm。

③三极管采用垂直安装方式。

高度要求为三极管的底部离板8mm。

④发光二极管采用垂直安装方式，高度要求底部离板6mm。

微调电位器应贴板安装。

所有焊点均采用直脚焊，焊接完成后剪去多余引脚，留头在焊面以上0.5～1mm，且不能损伤焊接面。

万能接线板布线应正确、平直，转角处成直角；焊接可靠，无漏焊、短路等现象。

8）总装加工：

9）自检：

安装成功后实物图如图3.14所示。

图3.14串联型可调稳压电源电路实物图

五调试、测量

（1）检查元器件安装正确无误后，接通电源，调节RP，使输出电压为6V，按表3.5中的内容测量，相关数据记入到表中。

表3.5电压测量表

输入

电压

C1两端电压

VT1

VT2

VT3

稳压管两端电压

UBE

UCE

UBE

UCE

UBE

UCE

三极管工作状态

（2）检测稳压性能。

检测负载变化时的稳压情况，使输入7.5V交流电压保持不变，空载时将输出电压调至6V。

然后分别按入18Ω，12Ω负载电阻RL，按表3.6中的内容进行测量．并将结果记入该表中，最后按照

稳压性能＝（输出电压—6）／6×100％

进行计算，将计算结果记入表3.6中。

表3.6稳压性能测量表

C1两端电压

UCE1

UCE2

RL（Ω）

输出电压

稳压性能（%）

∞

（3）观察输出电压波形

将示波器接入稳压电源输出端，观察直流电压波形。

断开C2、C3观察输出电压波形，再断开C1观察输出电压波形。

填入表3.7中。

表3.7波形观察记录表

输出电压波形

断开C2、C3输出电压波形

断开C1输出电压波形

输出电压波形变化的原因

五考核评价表

表3.8考核评价表

评价

指标

评价要点

评价结果

优

良

中

合格

差

理论

知识

1.电路知识掌握情况

2.装配草图绘制情况

技能

水平

1.元件识别与清点

2.项目工艺情况

3.电压检测情况

4.稳压性能情况

5.观察电压输出波形情况

安全

操作

能否按照安全操作规程操作，有无发生安全事故。

总评

评别

优

良

中

合格

差

总评得分

100～88

87～75

74～65

64～55

≦54

思考与练习三

一、填空题

1.稳压的作用是在波动或者变动的情况下，保持不变。

2.带有放大环节的串联稳压电源主要由以下四部分所组成：

（1）

；

（2）；（3）；（4）。

3.三端固定集成稳压器的输出电压是的，它有三个接线端，即、和。

4.直流稳压电源的四个组成部分分别是:

、、

和。

二、综合题

1.交流电和直流电有什么区

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