1、学习情境一 电源电路的制作与测试任务二 可控硅控制充电器的仿真测试技能训练技能训练 1 1 晶闸管的识别与测试晶闸管的识别与测试知识学习知识学习 晶闸管的特性及应用晶闸管的特性及应用技能训练技能训练 2 2 串联型稳压电源的制作与测试串联型稳压电源的制作与测试知识学习知识学习 直流稳压电源直流稳压电源任务实施任务实施 可控硅控制充电器的仿真测试可控硅控制充电器的仿真测试小结小结习题习题项目训练项目训练 稳压电源电路的制作与测试稳压电源电路的制作与测试常识链接常识链接 电子元器件的引线成型和插装电子元器件的引线成型和插装学习情境一学习情境一 学习情境一 电源电路的制作与测试能力目标：能力目标：1
2、.能识别三端集成稳压器的类型及引脚功能。2.能识别并用万用表检测晶闸管。3.能根据电路图在 PROTEUS 软件上画出电路。4.能利用 PROTEUS 软件上的虚拟电压表测试电路的稳定电压，并能用示波器测试波形。学习情境一 电源电路的制作与测试知识目标：知识目标：1.掌握晶闸管的结构和特性。2.掌握串联型稳压电源的构成，了解其特点。3.掌握三端固定集成稳压电源、三端可调稳压电源的构成和特点。学习情境一 电源电路的制作与测试技能训练技能训练 1 晶闸管的识别与测试晶闸管的识别与测试 1.实训目的实训目的(1)熟悉晶闸管的外形、引脚特点。(2)初步了解晶闸管的外特性。(3)掌握晶闸管引脚的判断方法
3、。学习情境一 电源电路的制作与测试 2.实训仪器与材料实训仪器与材料学习情境一 电源电路的制作与测试 3.实训内容与步骤实训内容与步骤(1)观察、辨认不同规格类型的晶闸管。(2)按图 1.2.1(a)所示连接电路。图 1.2.1 晶闸管导电性能测试电路学习情境一 电源电路的制作与测试(3)调节直流可调稳压电源，使输出电压为 12V，接入输入端(此时晶闸管 A、K 两端所加的电压为正向电压)，R P 调至最小，观察小灯泡是否发亮；合上开关 S，观察小灯泡是否发亮；断开 S，再次观察小灯泡是否发亮。结论：当晶闸管 A、K 两端加正向电压，G 极不加电压时，晶闸管 A、K(导通/不导通)；G 极加电
4、压时，晶闸管 A、K(导通/不导通)；G 极再断开电压后，晶闸管A、K (依然导通/不导通)。学习情境一 电源电路的制作与测试(4)由小到大缓慢调节 R P，观察灯泡的情况。结论：。(5)将晶闸管 A、K 反接(此时晶闸管 A、K 两端所加的电压为反向电压)，观察小灯泡是否发亮；合上开关 S，观察小灯泡是否发亮；断开 S，再次观察小灯泡是否发亮。结论：当晶闸管 A、K 两端所加的电压为反向电压时，晶闸管(一直导通/一直截止)。学习情境一 电源电路的制作与测试(6)将万用表调至 R100 挡，测量所给的其他晶闸管任意两个电极之间的正、反向电阻。结论：。4.分析与思考分析与思考(1)可否将晶闸管当
5、作二极管来使用?(2)晶闸管的 G 极控制了 A、K 之间导电的什么过程?学习情境一 电源电路的制作与测试 知识学习知识学习 晶闸管的特性及应用晶闸管的特性及应用一、一、晶闸管的结构与特性晶闸管的结构与特性1.单向晶闸管的结构单向晶闸管的结构单向晶闸管是由三个 PN 结、四层半导体构成的，如图 1.2.2(a)所示。其中 P 1 层引出电极为阳极(A)；N2 层引出电极为阴极(K)；P 2 层引出电极为控制极(G)，其外形有的酷似三极管，如图 1.2.2(b)所示，图 1.2.2(c)所示是它的符号。学习情境一 电源电路的制作与测试图 1.2.2 晶闸管的内部结构、外形及电路符号学习情境一 电
6、源电路的制作与测试2.单向晶闸管的导电模型单向晶闸管的导电模型由图 1.2.3 可知，单向晶闸管的内部实际是由 PNP 和 NPN 型两个晶体管连接而成的，应用中也可以用两个三极管按如图 1.2.3(b)所示的形式连接起来代替。当在 A、K 两极间加正向电压 U AK 时，由于 N 1、P2 之间的 PN 结反偏，没有电流通过，即不导通，灯泡不亮，如图 1.2.4(a)所示。学习情境一 电源电路的制作与测试图 1.2.3 晶闸管的等效结构学习情境一 电源电路的制作与测试当在 G、K 两极间加正向控制电压 U GK 时，产生控制电流 I G，流入 V 2 管的基极，基极电流经 V 2 管放大得
7、I C2=2 I G；由于 I C2=I B1，所以 I C1=1 2 I G，I C1 又流入 V 2 管的基极，使 V 1 和 V 2 管迅速饱和导通。饱和压降约为 1V，使阳极 A 有一个很大的电流 I A，电源电压 U AK 几乎全部加在负载上，灯泡发亮，如图 1.2.4(b)所示。学习情境一 电源电路的制作与测试晶闸管导通后，若去掉 U GK，V 1 管集电极电流依然流经 V 2 管基极，晶闸管仍维持导通，负载灯泡仍然发亮，如图 1.2.4(c)所示。要使晶闸管关断，只有使阳极 A 的电流小于某一数值，才能使 V 1、V 2 管截止，这个电流称为维持电流。当可控硅阳极和阴极之间加反向
8、电压时，无论是否U GK，晶闸管都不会导通。学习情境一 电源电路的制作与测试图 1.2.4 晶闸管的工作情况学习情境一 电源电路的制作与测试综上所述，单向晶闸管是一个电流触发控制的单向开关元件，它的导通条件为：阳极与阴极之间加正偏电压；触发电压 U GK 0.5V。关断条件为：晶闸管阳极接电源负极、阴极接电源正极；或使晶闸管中的电流减小到维持电流以下。学习情境一 电源电路的制作与测试 3.单向晶闸管的伏安特性曲线单向晶闸管的伏安特性曲线晶闸管的基本特性常以伏安特性表示，如图 1.2.5 所示。图 1.2.5(a)为 I G=0 时的伏安特性曲线。BA 转折段外的曲线和二极管的伏安特性曲线类似，
9、因此晶闸管相当于一种导通可控的二极管。在很大的正向和反向电压作用下，晶闸管都会损坏。通常是在晶闸管接通合适的正向电压时，给控制极与阴极间加正向触发电压，使晶闸管导通，其导通特性曲线如图 1.2.5(b)所示。由图可见，控制极电流 I G愈大，正向转折电压愈低，晶闸管愈容易导通。学习情境一 电源电路的制作与测试图 1.2.5 晶闸管的伏安特性学习情境一 电源电路的制作与测试 4.双向晶闸管双向晶闸管双向晶闸管是由 N P N P N 五层半导体材料构成的三端器件，相当于两只晶闸管反向并联连接，它的三个电极分别是控制极 G、主电极 T 1 和 T 2，靠近控制极 G 的为 T 2。双向晶闸管的等效
10、电路和电路符号如图 1.2.6 所示。学习情境一 电源电路的制作与测试双向晶闸管的特点是可以双向导通，即无论 T 1、T 2 间所加电压的极性是正向还是反向，只要控制极和主电极 T 1(或 T 2)间加有正、负极性不同的触发电压，在满足一定的触发电流的情况下，均能触发双向晶闸管在两个方向导通。图 1.2.6 双向晶闸管的等效电路和电路符号学习情境一 电源电路的制作与测试 5.晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数(1)正向重复峰值电压 U FRM，是指在控制极开路时，可以重复加在晶闸管 A、K 两极间的正向峰值电压，通常规定该电压比正向转折电压小 100V 左右。(2)反向重复峰值电压 U RRM，
11、是指在控制极开路时，可以重复加在晶闸管 A、K 两极间的反向峰值电压，一般情况下 U RRM=U FRM。(3)额定正向平均电流 I F，是指在规定环境温度和标准散热及全导通条件下，晶闸管元件可以持续通过工频正弦半波电流的平均值。学习情境一 电源电路的制作与测试(4)维持电流 I H，是指在规定环境温度和控制极开路时，维持元件继续导通的最小电流。(5)擎住电流 I LA，是指晶闸管由断态转到通态的临界电流，若 I A I LA，撤消控制极触发信号晶闸管仍然维持导通。(6)触发电压 U G 与触发电流 I G，是指在规定环境温度下加一正向电压，使晶闸管从阻断转变为导通时所需的最小控制极电压和电流
12、。学习情境一 电源电路的制作与测试二、二、晶闸管的分类与用途晶闸管的分类与用途1.晶闸管的分类晶闸管的分类晶闸管的种类很多，在实际应用中，人们多按其结构和功能特点分为普通单向和双向晶闸管、可关断晶闸管、光控晶闸管等，如图 1.2.7 所示。学习情境一 电源电路的制作与测试图 1.2.7 常用晶闸管的外形结构图学习情境一 电源电路的制作与测试 2.常用晶闸管应用电路分析常用晶闸管应用电路分析晶闸管主要用于整流、逆变、调压、开关控制等方面，应用最多的是晶闸管整流，它具有输出电压可调的特点。下面介绍几种典型应用电路。(1)单向晶闸管构成的半波可控整流电路。图 1.2.8(a)是由单向晶闸管组成的半波
13、可控整流电路，其中负载电阻为 R L，各段电压波形如图 1.2.8(b)所示(不同性质的负载工作情况不同，在此仅介绍电阻性负载)。由图可见，输入交流电压 u 2 值的正半周，晶闸管 V 承受正向电压。学习情境一 电源电路的制作与测试显然，在晶闸管承受正向电压的时间内，改变控制极触发脉冲的加入时间(称为移相)，负载上得到的电压波形随之改变。可见，移相可以控制负载电压平均值的大小。晶闸管在正向电压控制下不导通的区域称为控制角 (又称移相角)，如图 1.2.8(b)所示；而导通区域称为导通角 ，导通角愈大，输出电压的平均值愈高，可控整流电路输出电压的平均值为学习情境一 电源电路的制作与测试图 1.2
14、.8 晶闸管构成的半波可控整流电路及其波形图学习情境一 电源电路的制作与测试由此可知，输出电压 U o 的大小随 的大小而变化。当 =0 时，U o=0.45 U 2，输出最大，晶闸管处于全导通状态；当 =时，U o=0，晶闸管处于截止状态。以上分析说明，只要适当改变控制角 ，即控制触发信号的加入时间，就可灵活地改变电路的输出电压 U o。学习情境一 电源电路的制作与测试(2)双向晶闸管构成霓虹灯驱动电路。图 1.2.9 是最常见的用双向晶闸管驱动霓虹灯的电路，图中的双向晶闸管作为交流无触点开关来使用，H 为霓虹灯管。双向晶闸管触发电流大于 5mA，所以需在触发信号和双向晶闸管之间加一只三极管
15、过渡，最后实现对霓虹灯的驱动。驱动电流的大小由双向晶闸管的参数决定，通常可达几十安 几百安。学习情境一 电源电路的制作与测试图 1.2.9 晶闸管霓虹灯驱动电路学习情境一 电源电路的制作与测试(3)单向晶闸管构成记忆门铃。图 1.2.10 是将单向晶闸管作为记忆元件构成的门铃电路。其中，S 2 为清零按钮，设置在门缝隙中(开门时断开清零，关门时常闭)；S1 为门铃按钮，按下 S 1 时，电流经 R 2、R 3 和晶闸管的 G、K、S2 形成回路，三极管集电极导通，蜂鸣器发出声音，同时晶闸管 A、K 导通，LED 点亮。松开 S1 时蜂鸣器停止发声，LED 继续维持发光，记住门铃被按过，直到有开
16、门动作(S2复位)为止。学习情境一 电源电路的制作与测试图 1.2.10 记忆门铃电路学习情境一 电源电路的制作与测试三、三、晶闸管的检测方法晶闸管的检测方法1.单向晶闸管的检测单向晶闸管的检测1)极性判别将指针式万用表置 R1k 或 R100 挡，将黑表笔接单向晶闸管的任一极，红表笔分别接另外两极，直至测量的阻值读数出现一小(约几百欧至几千欧)一大(无穷大)的情况，则黑表笔所接的是控制极 G。阻值较小的那次，红表笔接的是阴极 K，另一极则为阳极 A。学习情境一 电源电路的制作与测试 2)质量判别由单向晶闸管的结构可知，只有在控制极与阴极间才是一个正向的 PN 结，其他极间均有反向 PN 结存
17、在。因此，用万用表测量电阻时，若测得的阻值不符合这个规律，则说明单向晶闸管已损坏。利用万用表还可以对单向晶闸管的工作性能进行判别。将万用表置 R1 挡，黑表笔接阳极，红表笔接阴极，测得的电阻值应为无穷大；再用黑表笔同时接控制极 G，为其加上正向触发信号，此时电阻读数应为低值，说明晶闸管已导通。最后，将黑表笔与控制极脱开，阻值应继续维持低值不变，说明晶闸管触发能力正常。否则，说明其性能不良，不能使用。学习情境一 电源电路的制作与测试 2.双向晶闸管的检测双向晶闸管的检测1)极性判别(1)判别 T 2 极。将万用表置 R1 挡，测量任意两脚间的电阻值。T 1 与 G 极间的正反向电阻均较小，一般只
18、有几十欧，而 T 2 极与 T 1 极、G 极间的电阻均为无穷大。这样，只要测得某脚与其他两脚间阻值均为无穷大，则此脚为 T 2 极。学习情境一 电源电路的制作与测试(2)判别 T 1 和 G 极。找出 T 2 极后，假定其余两脚中的任一脚为 T 1。将万用表置 R1挡，黑表笔接 T 1，红表笔接 T 2，电阻应为无穷大。再用红表笔同时搭接控制极 G，给 G 极加一个触发信号，这时，如值变得较小(约几十欧)，则当红表笔脱开 G 极后，阻值仍维持较小不变，则管子已导通且处于维持导通状态，说明原假设正确。否则，说明与原假设的两脚极性相反。2)质量判别若用万用表测量出的阻值不符合上述结果，则说明双向
19、晶闸管性能不良或已损坏。学习情境一 电源电路的制作与测试技能训练技能训练 2 串联型稳压电源的制作与测试串联型稳压电源的制作与测试 1.实训目的实训目的(1)了解桥式整流、电容滤波电路的特性。(2)掌握串联型稳压电源主要技术指标的测试方法。(3)掌握串联稳压电源稳定输出电压的原理。学习情境一 电源电路的制作与测试 2.实训仪器与材料实训仪器与材料学习情境一 电源电路的制作与测试 3.训内容与步骤训内容与步骤(1)按图 1.2.11 所示电路检测元器件，布局，连线焊接。图 1.2.11 串联型稳压电源测试电路学习情境一 电源电路的制作与测试(2)调整变压器输出为 15V，将负载 R L 开路，用
20、万用表检测整流滤波后的输入电压U i 及输出电压 U o。(3)用万用表监测输出电压 U o，调节 R P，观察 U o是否跟随 R P 作线性变化(如果 U o能跟随 R P作线性变化，说明稳压电路基本正常)。读出 U omax 和 U omin 的值并记录。(4)接入负载 R L=120，再调节 R P使输出 U o=12V。用示波器观察比较 U i和 U o的纹波。结论：U i比 U o的纹波(大/小/相同)。学习情境一 电源电路的制作与测试(5)保持负载 R L=120 和 R P的位置不变，调节工频变压器，使输出分别为 12V、17V，用万用表监测 U o 是否变化。结论：。(6)保
21、持 U i=15V 不变，改变负载电阻 R L，使其分别为 10k、5k、60，用万用表监测 U o是否变化。结论：。学习情境一 电源电路的制作与测试4.分析与思考分析与思考(1)测试电路中，R 4 的作用是什么?(2)串联型稳压电路中，U i的值小于 U o时将出现什么情况?U i的值太大时又会出现什么情况?学习情境一 电源电路的制作与测试 知识学习知识学习 直流稳压电源直流稳压电源一、一、线性直流稳压电源的基本组成及工作原理线性直流稳压电源的基本组成及工作原理电源是电子电路的动力之源，很多电子设备，特别是音响电路几乎都采用线性直流稳压电源，它一般由电源变压器、整流电路、滤波器、稳压电路四部
22、分组成，如图 1.2.12 所示。学习情境一 电源电路的制作与测试图 1.2.12 稳压电源的组成学习情境一 电源电路的制作与测试学习情境一 电源电路的制作与测试其中，I o 为整流电路输出的负载电流，这样可以得到变压器的功率参数为学习情境一 电源电路的制作与测试图 1.2.13 常用的整流滤波电路学习情境一 电源电路的制作与测试 2.整流滤波电路整流滤波电路常用的整流滤波电路如图 1.2.13 所示，其中(a)为变压器中间抽头的全波整流滤波电路，(b)为桥式全波整流滤波电路，(c)为正、负两路输出的桥式全波整流滤波电路。整流电路将交流电压 u 2 转变为脉动直流电压后，还含有大量的交流成分(
23、称为纹波电压)。为了获得平滑的直流电压，应把整流电路输出的脉动直流中的交流成分滤除，即在整流电路的后面加接滤波电路，使流过负载的电流为基本平滑的直流成分。学习情境一 电源电路的制作与测试(1)电容滤波电路。图 1.2.14(a)是在桥式整流电路输出端与负载电阻 R L 之间并联一个较大的电容 C 后构成的电容滤波电路。图 1.2.14 电容滤波电路及波形学习情境一 电源电路的制作与测试设电路在 t=0 时刻接通，电容两端电压为零。当 u 2 由零上升时，二极管 VD1、VD 3 导通，电容 C 被充电，同时向负载电阻供电。如果忽略二极管正向压降和变压器内阻，电容充电时间常数近似为零，因此，在
24、u 2 达到最大值时，u C 也达到最大值，如图 1.2.14(b)中的a 点，然后 u 2 下降，此时 u C u 2，二极管 VD 1、VD 3 截止，电容 C 向负载电阻 R L 放电，由于放电时间常数 =R L C 较大，u C 按指数规律缓慢下降。当 u o(u C)下降到图(b)中的 b 点后，二极管 VD2、VD 4 导通，电容 C 再次被充电，输出电压增大，以后重复上述充、放电过程，便可得到图 1.1.14(b)所示输出的电压波形，它近似为一钝锯齿波直流电压。学习情境一 电源电路的制作与测试可见，整流电路接入滤波电容后，不仅使输出电压变得平滑、纹波显著减小外，同时输出电压的平均
25、值也增大了。输出电压平均值 U o 的大小与滤波电容 C 及负载电阻 R L 的大小有关，C 的容量一定时，R L 越大，C 的放电时间常数 就越大，其放电速度越慢，输出电压就越平滑，U o 的值就越大。当 R L 开路时，U o 2 U 2。为了获得良好的滤波效果，一般取RC (35)T/2(T 是交流电压周期)，此时，输出电压平均值近似为学习情境一 电源电路的制作与测试采用电容滤波后，二极管仅在 u 2 u C 时才导通，导通时间缩短，由于电容 C 充电的瞬时电流很大，形成了浪涌电流，容易损坏二极管，故在选择二极管时，必须留有足够的电流裕量。一般可按(23)I o 来选择二极管的电流，二极
26、管承受的最高反向电压为学习情境一 电源电路的制作与测试(2)其他形式滤波电路。电感滤波电路。电路如图 1.2.15 所示，电感 L 起着阻止负载电流变化使之趋于平直的作用。输入电压经整流后得到的脉动电压，其直流分量由于电感近似短路而全部加到负载 R L 两端。交流分量由于 L 的感抗远大于负载电阻而大部分降在电感 L 上，负载 R L 上只有很小的交流电压，达到了滤除交流分量的目的。一般电感滤波电路只用于低电压、大电流的场合。学习情境一 电源电路的制作与测试图 1.2.15 电感滤波电路学习情境一 电源电路的制作与测试 型滤波电路。为了进一步减小负载电压中的纹波可采用如图 1.2.16 所示的
27、 型LC 滤波电路。由于电容 C 1、C 2 对交流的容抗很小，而电感 L 对交流感抗很大，因此，负载 R L 上的纹波电压很小。若负载电流较小时，也可用电阻代替电感组成 型 RC 滤波电路。由于电阻要消耗功率，所以此时电源的损耗功率较大，电源效率降低。学习情境一 电源电路的制作与测试图 1.2.16 型 LC 滤波电路学习情境一 电源电路的制作与测试 3.串联型稳压电路串联型稳压电路1)电路组成图 1.2.17 为线性串联型稳压电路，来自整流滤波输出的电压作为该电路的输入。电路由基准、取样、比较放大和调整等 4 个部分组成，调整管 V 1 与负载电阻 R L 串联，故称为串联式稳压电路。R
28、1、R 2、R P 组成输出电压分压取样电路；R 3、VDZ 组成稳压管稳压电路，提供基准电压；V 2、R 4 组成比较放大电路，将基准电压和取样电压进行比较并放大后，直接馈入调整管基极。学习情境一 电源电路的制作与测试图 1.2.17 线性串联型稳压电路学习情境一 电源电路的制作与测试 2)稳压过程当负载 R L 减小，或者输入电压 U i 升高，欲使输出电压上升时，其稳压控制过程如下学习情境一 电源电路的制作与测试反之，欲使输出电压下降时，电路将产生与上述相反的控制过程，也就是说，电路的输出电压 U o 欲升不得，欲降不能，只能趋向稳定。实现上述稳压过程的条件是：(1)输入电压 U i 必
29、须比 U o 大几伏，才能保证调整管 V 1 处于导通放大状态。学习情境一 电源电路的制作与测试(2)输入电压 U i 与输出电压 U o 的差值不能太大，因为流过负载 R L 的电流同时也流经调整管 V 1，I RL(U i-U o)则是消耗在调整管 V 1 上的功率，严重时将烧坏调整管。应用中一般选择(U i-U o)在 415V 之间。输入电压、输出电压值、稳压管的稳压值之间的最佳关系为：U o=2 U i/3，U o 2U Z。(3)R 1、R 2、R P 的取值不能太大，即必须满足 I B2 U o/(R 1+R 2+R P)。学习情境一 电源电路的制作与测试 3)输出电压由取样电路
30、中的式中，R 总=R 1+R 2+R P，R 下=R 2+(R P 的下半部分电阻值)。学习情境一 电源电路的制作与测试由此可以进一步得到该电路输出的稳压值范围为即 8.4V U o 16.8V。学习情境一 电源电路的制作与测试学习情境一 电源电路的制作与测试(2)输出电压 U o和电压调节范围。对于简单稳压二极管稳压电路，U o=U Z 且是不可调节的。串联型稳压电路的输出稳压值可以调节。一般通用直流稳压电源的输出范围可以从0V 起调，且连续可调。采用如图 1.2.18 所示的测试电路，可以同时测量 U o与 I omax，测试过程是：输出端接负载电阻 R L，输入端接 220V 的交流电压
31、，电压表的测量值即为 U o；再使 R L逐渐减小，直到 U o的值下降 5%，此时流经负载 R L的电流即为 I omax(测试后迅速增大 R L，以减小稳压电源的功耗)。学习情境一 电源电路的制作与测试图 1.2.18 稳压电源性能指标测试电路学习情境一 电源电路的制作与测试(3)保持特性。直流稳压电源必须设有过流保护和电压保护电路，以防止负载电流过载或短路及电压过高时，对电源本身或负载产生危害。(4)效率 ，指稳压电源将交流能量转换为直流能量的效率。降低调整管的功耗可以有效地提高效率和电源工作的可靠性。学习情境一 电源电路的制作与测试 2)质量指标质量指标由于直流稳压电路的输出电压 U
32、o是随输入电压及整流滤波电路的输出电压、负载电流 I o 和环境温度的变化而变化的，因此，可以用与上述因素有关的几个指标来衡量直流稳压电路的质量。学习情境一 电源电路的制作与测试(1)电压调整率 S U。当负载电流和环境温度不变，输入电网电压波动 10%时，称输出电压的相对变化量为电压调整率，即它反映了直流稳压电源克服电网电压波动影响的能力。学习情境一 电源电路的制作与测试(2)电流调整率 S I。当输入电压和环境温度不变，负载电流从零变到最大时，输出电压的相对变化量为电流调整率，即学习情境一 电源电路的制作与测试(3)纹波抑制比 S R，指稳压电路输入纹波电压峰值与输出纹波电压峰值之比，并用
33、对数表示，即表示稳压电路对其输入端交流纹波电压的抑制能力。学习情境一 电源电路的制作与测试(4)温度系数 S T，指当输入电压和负载电流均不变时，输出电压的变化量与环境温度变化量之比，即它反映了直流稳压电源克服温度影响的能力。学习情境一 电源电路的制作与测试二、二、三端集成稳压器三端集成稳压器由分立元件组成的线性串联型稳压电路，线路较复杂。目前在电子设备中普遍应用集成稳压电路，其中广泛应用的是输出电压固定的三端集成稳压器 78/79 系列和输出电压可调的三端集成稳压器 LM317/337。学习情境一 电源电路的制作与测试 1.78/79 系列三端固定集成稳压器系列三端固定集成稳压器1)规格系列
34、与引脚功能78 系列集成稳压器输出正电压，按输出电压高低可分为 5V、6V、8V、9V、12V、15V、18V、24V 等不同规格；按输出电流大小可分为 78L(0.1A)、78M(0.5A)、78(1.5A)、78T(3A)、78H(5A)、78P(10A)系列。78 系列集成稳压器内部具有过流、过热和安全工作区三种保护，稳压性能优良可靠，使用简单方便，价格低廉，体积小，国内外有许多生产厂商制造生产。图 1.2.19 为常用集成稳压器 T0220 的封装外形正视图。78 系列的引脚 1、2、3 依次为输入端、公共端和输出端。学习情境一 电源电路的制作与测试图 1.2.19 常用三端集成稳压器
35、件引脚功能学习情境一 电源电路的制作与测试 2)典型应用电路分析图 1.2.20 为 78 系列集成稳压器典型应用电路，说明如下：电容 C 1 用于输入端高频滤波，包括滤除电源中的高频噪声和干扰脉冲；电容 C 2、C 3用于输出端滤波，改善负载的瞬态响应，并消除来自负载电路的高频噪声；大容量电容 C 3用于滤除输出电流大于 200mA 后产生的明显增大的输出电压纹波。一般取 1001000 F，负载电流越大，电容容量应越大；二极管 VD 的作用是输入端短路时提供 C 3放电通路，防止 C 3两端电压击穿稳压器件内部调整管的 b、e 结。但在集成稳压器输出电压不高的情况下，也可不接。学习情境一
36、电源电路的制作与测试图 1.2.20 78 系列集成稳压器典型应用电路学习情境一 电源电路的制作与测试 3)使用注意事项(1)负载电流较大时，集成稳压器应加装散热片，否则，集成稳压器将因升温过高而进入过热保护状态。(2)注意稳压器浮地故障，当 78 系列集成稳压器公共端断开时，输入输出电压几乎同电位，将引起负载端高电压。78 系列三端集成稳压器内部有完善的保护电路，一般不会损坏。(3)78 系列集成稳压器输入电压不得高于 35V(7824 允许 40V)，不得低于-0.8V；输入输出电压最小压差为 2V。(4)78 系列集成稳压器输出最大电流是在三种保护电路未作用时的极限参数，实际上，还未到输
37、出最大电流极限值，三种保护电路已动作。增大输出电流并保持稳压的途径是加装大散热片和在输出端接大容量电容。学习情境一 电源电路的制作与测试 4)79 系列集成稳压器79 系列集成稳压器除输出电压为负外，输出电压、输出电流、外形线路连接均与 78系列集成稳压器类似，但其引脚 1、2、3 依次为公共端、输入端和输出端。注意这时电解电容 C 3及二极管 VD 应反接，输入电压必须为负极性。学习情境一 电源电路的制作与测试 2.LM317/337 输出电压可调集成稳压器输出电压可调集成稳压器1)规格系列与引脚功能LM117、217、317 输出电压可调集成稳压器除工作温度范围参数不同(117：-55+1
38、50；217：-5+150；317：0+125)外，其余电路参数均相同。T0220封装外形正视图如图 1.2.21 所示，引脚 1、2、3 依次为调整端、输出端和输入端。学习情境一 电源电路的制作与测试图 1.2.21 常用三端输出电压可调集成稳压器学习情境一 电源电路的制作与测试 2)典型应用电路分析图 1.2.22 为 LM317 典型应用电路。图 1.2.22 LM317 典型应用电路学习情境一 电源电路的制作与测试 LM317 有两个特点：一是输出端与调整端之间有一个稳定的带隙基准电压 U BEF=1.25V；二是调整端电流 I ADJ 50 A，因此图 1.2.22 的输出电压为学习
39、情境一 电源电路的制作与测试上式表明，输出电压 U o 取决于 R P 与 R 1 的比值，调节 R P 的阻值即能调节输出电压 U o。电路说明如下：(1)R 1 的取值范围应适当，一般取 120240，I R1=U BEF/R 1=(105)mA 满足I 1 I ADJ，I ADJ 忽略不计，R 1 越小，输出电压精度及稳压性能越好；但 R 1 过小，功耗过大，热稳定性变差，一般可选用 RJX/0.25W 电阻(金属膜)。(2)调节 R P即可调节输出电压。R P可选用线性电位器或多圈电位器，其最大阻值视输入输出电压值而定。LM317 输入电压不得高于 40V，输入输出电压最小压差为 2V
40、。学习情境一 电源电路的制作与测试(3)电容 C 4 用于旁路 R P 两端的纹波电压。VD 2 用于输出端短路时提供 C 4 的放电回路，VD1 用于输入端短路时提供 C 3 的放电回路，以防损坏 LM317。3)LM337 输出电压可调集成稳压器LM137/237/337 输出电压可调集成稳压器与 LM117、217、317 相对应，电路连接与图 1.3.22 相似，但输出可调负电压，二极管、电解电容器极性应反接，输入电压也必须是负极性。学习情境一 电源电路的制作与测试 3.集成稳压器输出电流的扩展集成稳压器输出电流的扩展若要进一步扩展集成稳压器输出电流，可按图 1.2.23 连接电路。图
41、 1.2.23 集成稳压器扩展电流输出电路学习情境一 电源电路的制作与测试输出电流由集成稳压器和大功率三极管共同分担，其中并接在大功率三极管 BE 两端的二极管产生 0.7V 的压降使集成稳压器和发射极输出的电压相同。对于 78、79 系列三端固定集成稳压器，为了补偿输出端串接二极管产生的压降，接地端也串接了二极管 VD3 与电容 C 4 的并联网络，使输出直流电压升高 0.7V，而交流通地，在对稳压值要求不很高的情况下，一般都不接 VD3，直接通地；对于三端可调系列，只要调整 R P，就可以使末端输出为设计的稳压值。学习情境一 电源电路的制作与测试三、三、开关稳压电路开关稳压电路三端集成稳压
42、器内部的调整管工作在线性放大区，效率一般只有 35%60%。如果使稳压电源的调整管工作在开关状态，即组成开关型稳压电源，利用开和关的时间比例来进行调整时，调整管截止期间，电流几乎为零；调整管饱和导通期间，管压降几乎为零。当开关速度足够快时，调整管经过放大区的过渡时间很短，调整管的功耗很小，整个开关稳压电源的效率高达 70%90%。同时它不需要大面积的散热器，减小了体积和重量。为了使调整管工作波形更接近于理想脉冲，进一步提高效率，目前在开关型稳压电源中广泛采用电压控制的开关器件场效应管。学习情境一 电源电路的制作与测试 1.开关稳压电源的类型及其工作原理开关稳压电源的类型及其工作原理开关稳压电源
43、有很多类型，按控制开关作用的信号产生形式可分为：自激励开关式调整管兼作控制开关作用的信号产生元件；它激励开关式由独立的电路产生控制开关作用的信号。按起稳压控制作用的方式可分为：脉宽调制型(PulseWidthModulation，PWM，周期不变的条件下改变脉冲宽度调节输出电压)和频率调制型(PulseFrepuency Modulation，PFM，脉冲宽度不变的条件下改变脉冲频率调整输出电压)两种。在实际的应用中，脉宽调制型使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。脉宽调制型开关稳压的基本原理如图 1.2.24 所示。学习情境一 电源电路的制作与测试图 1.
44、2.24 PWM 的基本原理学习情境一 电源电路的制作与测试对于单极性矩形脉冲，其直流平均电压 U o 取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。直流平均电压 U o 可由下计算式中，U m 为矩形脉冲最大电压值；T 为矩形脉冲周期；T on 为矩形脉冲宽度；D=T on/T 为占空比。学习情境一 电源电路的制作与测试从上式可以看出，当 U m与 T 不变时，直流平均电压 U o 与脉冲宽度 T on成正比。这样，只要控制脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，便可以达到稳定输出电压的目的。其控制电路称为脉冲宽度调制器，目前已制成了各种开关电源专用调制集成电路，用来调整高频开关元
45、件的开关时间比例。学习情境一 电源电路的制作与测试按输入输出是否共地可分为：非隔离式和变压器隔离式。采用变压器实现隔离后，输入和输出不共地，可以实现输入与输出间的电气隔离。变压器的应用便于实现电压的升降和多路电压的输出，如图 1.2.25 所示。学习情境一 电源电路的制作与测试图 1.2.25 非隔离式和变压器隔离式开关电源学习情境一 电源电路的制作与测试其中，变压器隔离式又有正激式和反激式两类，如图 1.2.26 所示。其中图(a)的变压器二次绕组的同名端与一次绕组不在同一边，为反激式；图(b)中变压器二次绕组的同名端与一次绕组在同一边，为正激式。反激式开关稳压电源在开关管导通、磁通增加期间
46、，二次绕组 W 2 上的感应电压是“”端为正极性，整流二极管 VD 截止，二次绕组开路。开关管截止、磁通减少期间，二次绕组的感应电压是“”端为负极性，整流二极管 VD 导通，储存在变压器中的磁场能量通过二极管 VD 释放，一方面给 C 充电，另一方面向负载供电。学习情境一 电源电路的制作与测试正激式开关稳压电源当开关调整管 V 导通时，变压器原边近似等于 300V，变压器副边电压使二极管 VD1 导通，向电容 C 充电并为负载供电。当开关调整管截止时，二极管VD 1 截止，滤波电感 L 产生反向自感电动势使二极管 VD 2 导通，同时 C 放电，维持负载电流。在此期间，变压器原边存储的磁能必须
47、放掉，否则在下一个导通期间磁能将累加，并逐渐进入饱和状态使开关调整管过流而烧毁。因此，在变压器原边增设了异名端绕组 W 3与串联二极管 VD3，可以起到类似反激式二次绕组的作用，将铁芯的磁能量送回给电源完成退磁。学习情境一 电源电路的制作与测试图 1.2.26 变压器输出型开关稳压电源的基本结构学习情境一 电源电路的制作与测试变压器隔离结构目前在电子系统中得到了非常广泛的应用，其中 V 是受控开关器件，也是开关稳压电路的关键器件，要求在高频率、大电流的情况下仍然能正常工作，且通态电压要低。学习情境一 电源电路的制作与测试 2.开关型稳压电路实例开关型稳压电路实例实际应用时，还要解决输入脉冲如何
48、产生以及脉宽如何控制的问题。(1)手机电池充电器电路。图 1.2.27 是开关型稳压电源构成的手机电池充电器电路。这是一种利用间歇振荡电路组成的自激式开关电源，开关管起着开关及振荡的双重作用，也省去了控制电路。电路中由于负载位于变压器的次级且工作在反激模式，具有输入和输出相互隔离的优点，这种电路不仅适用于大功率电源，亦适用于小功率电源。学习情境一 电源电路的制作与测试图 1.2.27 手机电池充电器电路学习情境一 电源电路的制作与测试 自激振荡的形成：市电经 VD 1 整流及 C 1 滤波后得到约 300V 的直流电压加在变压器的 1 脚(L 1 的上端)，同时通过 R 1 给开关管 V 1
49、的基极提供启动电流使其微微导通，其集电极电流 I C 在 L 1 中线性增长，在 L 2 中感应出使 V 1 基极为正，发射极为负电压，使 V 1 很快饱和。与此同时，感应电压给 C 4 充电，随着 C 4 充电电压的增高，V 1 基极电位逐渐变低，致使 V 1 退出饱和区，I C 开始减小，在 L 2 中感应出使 V 1 基极为负、发射极为正的电压，使 V 1迅速截止，这时在次级线圈 L 3 上感应的电压使二极管 VD6 导通，高频变压器 T 初级绕组中的储能释放给负载。V 1 截止时，L 2 中没有感应电压，直流供电输入电压又经 R 1 给 C 4反向充电，逐渐提高 V 1基极电位，使其重
50、新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复振荡下去。学习情境一 电源电路的制作与测试 稳压过程：L 2 同时也与 VD 4、VD 3、C 3 一起组成稳压电路。当线圈 L 3 经 VD 6 整流后在 C 5 上的电压升高后，同时也表现为 L 2 经 VD4 整流后在 C 3 负极上的电压更低，当低至约为稳压管 VD3(5.5V)的稳压值时，VD 3 导通，使 V 1 的基极短路到地，提前关断 V 1，脉宽变窄，最终使输出电压降低。学习情境一 电源电路的制作与测试 电路中 R 4、VD 5、V 2 组成过流保护电路：当某些原因引起 V 1 的工作电流太大时，R 4 上产生的电压经 VD 5 加
