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1、直流稳压电源的设计与实现第1页，本讲稿共37页1.1学习目标：学习目标：(1)掌握线性直流稳压电源的器件选择和设计制作方法；(2)掌握直流稳压电路的调试。第2页，本讲稿共37页1.2任务分析任务分析任务名称：任务名称：设计制作线性直流稳压电源。任务背景：任务背景：直流稳压电源作为直流能量的提供者，在各种电子设备中，有着极其重要的地位，它的性能良好与否直接影响到电子产品的精度、稳定性和可靠性。本次工作任务是为一小型温度测控系统提供直流稳压电源。第3页，本讲稿共37页任务要求：任务要求：(1)完成变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器的选型，实现:输入电压为交流输入电压为交流220V10%，输出
2、电压为，输出电压为12V和和5V，输出，输出电流大于电流大于0.5A的直流线性稳压电源；的直流线性稳压电源；(2)完成电路设计、计算机仿真、绘制电路图，自制电路板、安装调试；(3)撰写设计报告、调试总结报告及使用说明书。第4页，本讲稿共37页工作任务所需要的设备、工具和材料：工作任务所需要的设备、工具和材料：双踪示波器、万用表（模拟或数字），自制电路板的各种工具一套及元器件若干。第5页，本讲稿共37页这个情境同学们要做什么，将学到什么技能？1.在老师的引导下，以同学们为主体，以小组团队协作的方式，设计、动手制作一个有实用价值的直流稳压电源。（1）学习直流稳压电源的基本知识 （2）直流稳压电源的
3、电路原理图和PCB版图设计 （3）电路仿真 （4）元器件选型 （5）电路板焊接与调试 （6）故障诊断与排查2.突破以往的知识获取模式，由被动接受向主动获取转变，逐步适应教学做一体的教学方式。3.树立团队协作精神。第6页，本讲稿共37页1.3任务知识点任务知识点1.3.1直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成*稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈进一步稳定直流电压。稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈进一步稳定直流电压。*整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。*滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。滤
4、波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。第7页，本讲稿共37页1.3.2单相桥式整流电路单相桥式整流电路特点：单向半波整流电路是最简单的将交流电转换成直流的电路，输出电压是交流输特点：单向半波整流电路是最简单的将交流电转换成直流的电路，输出电压是交流输入电压的入电压的0.45倍，效率低，脉动程度较大，在负载电流较小和允许脉动程度较大的场倍，效率低，脉动程度较大，在负载电流较小和允许脉动程度较大的场合可以用半波整流。合可以用半波整流。单相半波整流电路单相半波整流电路第8页，本讲稿共37页v2：变压器副边交流输出的瞬时值V2：有效值第9页，本讲稿共37页2参数计算参数计算输
5、出电压是单相脉动电压。通常用它的平均值与直流电压等效。第10页，本讲稿共37页3单相桥式整流电路的负载特性曲线单相桥式整流电路的负载特性曲线 曲线的斜率代表了整流电路的内阻。第11页，本讲稿共37页问题与思考：问题与思考：（1）画出单向桥式整流电路一个周期的电流回路示意图。（2）说明最大值、有效值和平均值的定义；对于正弦量，这三个值之间的换算关系是什么？。（3）用数字万用表的交流电压档测量交流电的电压，表上的显示值是最大值、有效值还是平均值？（4）我们说市电的电压为220V，指的是最大值、有效值还是平均值？第12页，本讲稿共37页1.3.3滤波电路滤波电路n1.滤波的基本概念滤波的基本概念滤波
6、电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容滤波第13页，本讲稿共37页电容滤波适合输出电流较小的场合。电容滤波适合输出电流较小的场合。第14页，本讲稿共37页第15页，本讲稿共37页3.电容滤波的计算电容滤波的计算电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅。一般常采用以下近似估算法：一种是用锯齿波近似表示，即 另一种是在RLC=(35)T/2的条件下，近似认为V L=V O=1.2 V 2。第16页，本讲稿共37页问题与思考：问题与思考：（1）滤波电容越大滤波效果越好，这种说法对吗？（2）桥式整流输出的最大值为15V，经过电容滤波后，空载时直流电
7、压值大概是多少？第17页，本讲稿共37页1.3.4 稳压电路稳压电路1.稳压管稳压电路稳压管稳压电路第18页，本讲稿共37页2.稳压管扩流稳压电路稳压管扩流稳压电路第19页，本讲稿共37页3.串联型稳压电路串联型稳压电路 一般把上述电路做成一般把上述电路做成78、79集成电路，称为直流线性稳压集成电路。集成电路，称为直流线性稳压集成电路。第20页，本讲稿共37页1.3.5器件选型器件选型1变压器选型变压器选型（1）变压器分类变压器分类按冷却方式分类：干式（自冷）变压器、油浸（自冷）变压器、氟化物（蒸发冷却）变压器。按防潮方式分类：开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。按铁芯或线圈结构分类：
8、芯式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、壳式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、环型变压器、金属箔变压器。按电源相数分类：单相变压器、三相变压器、多相变压器。按用途分类：电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器。第21页，本讲稿共37页（2）电源变压器的特性参数）电源变压器的特性参数工作频率变压器铁芯损耗与频率关系很大，故应根据使用频率来设计和使用，这种频率称工作频率。额定功率在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。额定电压指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。电压比指变压器初级电压和次级电压的比值，有空
9、载电压比和负载电压比的区别。第22页，本讲稿共37页第23页，本讲稿共37页（3）变压器选型）变压器选型工作频率作为电源变压器应根据电网频率选择，通常电网频率有50Hz和60Hz两种。额定功率通常选择变压器的功率应稍大于负载的额定功率。额定电压作为电源变压器应根据电网的电压选择。电压比根据负载电压要求选择变压器的变比。第24页，本讲稿共37页问题与思考：问题与思考：单向桥式整流和电容滤波电路要求得到15V电压，变压器（220V输入）的变比应如何选择？第25页，本讲稿共37页2.整流二极管选型整流二极管选型（1）二极管分类）二极管分类根据所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si
10、管）根据结构分类：点接触型二极管、面接触型二极管、平面型二极管等。根据用途分类：可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管等。第26页，本讲稿共37页（2）二极管二极管的导电特性的导电特性 正向特性正向特性 只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压门槛电压”，锗管约，锗管约为为0.2V，硅管约为，硅管约为0.6V）以后，）以后，二极管二极管才能直正导通。导通后才能直正导通。导通后二极二极管管两端的电压基本上保持不变（锗管约为两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为，硅管约为0.7V），称为），称为二极管二极管的
11、的“正向压降正向压降”。反向特性反向特性 当当二极管二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二二极管极管将失去单方向导电特性，这种状态称为将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管二极管的击穿的击穿。第27页，本讲稿共37页（3）二极管二极管的主要的主要参数参数额定正向工作电流额定正向工作电流 是指是指二极管二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为过容许限度（硅管为140左
12、右，锗管为左右，锗管为90左右）时，就左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以，会使管芯过热而损坏。所以，二极管二极管使用中不要超过使用中不要超过二极管二极管额定正向工作电流值。例如，常用的额定正向工作电流值。例如，常用的IN40014007型锗型锗二极管二极管的额定正向工作电流为的额定正向工作电流为1A。最高反向工作电压最高反向工作电压 加在加在二极管二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。例如，最高反向工作电压值。例如，IN4001二极管二极
13、管反向耐压为反向耐压为50V，IN4007反向耐压为反向耐压为1000V。第28页，本讲稿共37页（4）整流二极管的选择）整流二极管的选择 普通串联稳压电源电路中使用的整流二极管，对截止频率的反向恢复时间要求不高，只要根据电路的要求选择最大整流电流和最大反向工作电流符合要求的整流二极管即可。第29页，本讲稿共37页（5）关于发光二极管）关于发光二极管 它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管工作时正向饱和压降1.62V，电流一般为5-20mA。通常与限流电阻串联使用。第30页，本讲稿共37页例如：一个发光二极管用作直流24V电源的指示灯，希望发光二极管的电流为1
14、0mA（电流决定了它的亮度，电流越大，亮度越高，反之亦反然，但不能过小或过大），则与其串接的限流电阻应这样选择：（24-2）V/10mA=2.2K，功率为2.2K*10mA*10mA=2.2mW,取1/4W。第31页，本讲稿共37页问题与思考：问题与思考：（1）上网查询）上网查询“常用整流二极管参数表常用整流二极管参数表”。（2）如果使用）如果使用LED作为作为+12V、-12V、+5V直流电源指示灯，画出电路图，计算限流直流电源指示灯，画出电路图，计算限流电阻的阻值和功率，并选择型号。电阻的阻值和功率，并选择型号。第32页，本讲稿共37页3.滤波电容选型滤波电容选型n（1）电容的分类）电容的
15、分类n（2）电容的标识）电容的标识n（3）电容选型参考）电容选型参考电容额定电压：6.3V、10V、16V、25V、32V、50V、63V、100V、160V、250V、400V、450V、500V、630V、1000V。在实际应用中，加在电解电容两端的电压不能超过其允许工作电压，在设计实际电路时应根据具体情况留有一定的余量，在设计稳压电源的滤波电容时，如果交流电源电压为 220V时，变压器次级的整流电压达到22V，此时选择耐压为25V的电解电容一般可以满足要求但是，假如交流电源电压波动很大且有可能上升到250V以上时，则电容可能被击穿，此时最好选择耐压30V以上的电解电容。第33页，本讲稿共
16、37页4.三端稳压器件选型三端稳压器件选型三端稳压集成电路有正电压输出的78 系列和负电压输出的79系列.三端IC是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端 第34页，本讲稿共37页nTO-220 的标准封装，也有TO-92 封装和TO-3 封装 TO-220TO-92TO-3第35页，本讲稿共37页有时在数字78或79后面还有一个L、M或H。如78M12或79L24，用来区别输出电流和封装形式等。79系列除了输出电压为负，引出脚排列不同以外，命名方法、外形等均与78系列的相同。78、79系列三端线性稳压器（以78为例）按输出电流分4个系列：78L05 5V 100mA78M05 5V 500mA7805 5V 1.0A78H05 5V 3.0A 第36页，本讲稿共37页n注意：三端集成稳压电路的输入、输出和接地端绝不能接错，不然容易烧坏。一般一般三端集成稳压电路的最小输入、输出电压三端集成稳压电路的最小输入、输出电压差约为差约为2V，否则不能输出稳定的电压，一，否则不能输出稳定的电压，一般应使电压差保持在般应使电压差保持在45V，即经变压器变压，二极管整流，电容器滤波后的电压应比稳压值高一些 第37页，本讲稿共37页