項目三直流穩壓電源的制作知識目標理解單相橋式整流電路的基本組成、

工作原理。理解電容濾波電路的基本組成、

工作原理和適用場合。掌握并聯穩壓電路的形式、

穩壓原理及電路特點。掌握三極管串聯穩壓電路的形式，

理解穩壓原理。技能目標能夠自己選取元器件，

組裝橋式整流、

電容濾波電路，

能進行簡單的工程計算。能夠根據實物電路板，

分析和畫出整流、

濾波電路原理圖。能用雙蹤示波器同時觀察并記錄整流、

濾波電路的輸入電壓

ｕｉ

和輸出電壓

ｕｏ

的波形，并記錄波形。能夠按電路圖安裝和制作穩壓電源，

并能調整輸出電壓。初步具有檢查、

排除穩壓電路故障的能力。任務

３－１整流電路和濾波電路的制作知識

樹一、

單相橋式整流電路整流電路的功能是將交流電轉換成脈動直流電，

如圖

３－

１

所示。

利用二極管的單向導電特性可實現單相整流和三相整流。

單相整流電路多用于小容量

(

２００

Ｗ

以下)

整流裝置中。本任務是制作最簡單的、

最常用的單相橋式整流電路。圖３－１ 橋式整流電路任務描述項目三

直流穩壓電源的制作二、

電容濾波電路整流電路的輸出電壓中都含有較大的脈動成分，

即含有很大的交流成分，

因而不能直接作為電子設備的直流電源來使用，

必須采取措施來減小輸出電壓中的交流成分，

使輸出電壓接近于理想的直流電壓。

這種措施就是采用濾波電路，

將交流成分濾除，

以得到比較平滑的輸出電壓波形，

如圖３－

２

所示。

從已學過的電工知識可知，

電感與電容都是儲能元件，

當電源電壓變高時，

它們把能量存儲起來；

而當電源電壓下降時，

它們又將能量釋放出來，

從而使電壓波動減小。

因此，

濾波電路通常由電容器

Ｃ

和電感器

Ｌ

等元件組成。

濾波電路又稱為濾波器，

常用的有電容濾波器、

電感濾波器和復式濾波器。

本任務是制作電容濾波電路。圖３－２

濾波電路５１電子產品裝配及工藝任務成品展示５２

橋式整流和濾波電路焊接成品圖如圖３－３

所示。圖３－３ 橋式整流和濾波電路焊接成品圖電子產品裝配及工藝任務相關知識圖３－４ 單相橋式整流元器件實物連接圖５２一、

單相橋式整流電路１

電路的組成單相橋式整流電路由電源變壓器

Ｔ、

４

只整流二極管

ＶＤ１

~

ＶＤ４

和負載

ＲＬ

組成。

其中

４

只整流二極管組成橋式電路的４

條臂，

變壓器次級繞組和接負載的輸出端分別接在橋式電路的兩對角線頂點，

其元器件實物連接圖如圖３－４

所示，

圖３－５

(

ａ)

所示為電路原理圖，

通常也用圖３－５

(

ｂ)

的畫法。圖３－５ 單相橋式整流電路圖(

ａ)

電路原理圖１；

(

ｂ)

電路原理圖２項目三

直流穩壓電源的制作２

電路的工作原理１)

ｕ２

為正半周時，變壓器次級線圈的電壓極性為Ａ

正Ｂ

負，二極管ＶＤ１

和ＶＤ３

正偏導通，在負載

ＲＬ

上獲得單向脈動電流，

此時

ＶＤ２

、ＶＤ４

受到反向電壓而截止。圖３－

６

(ａ)

中可以看出，單向脈動電流流向為Ａ端→ＶＤ１→ＲＬ→ＶＤ３→Ｂ端，負載上電流方向從上到下，其電壓極性為上正下負。２)

ｕ２

為負半周時，變壓器次級線圈的電壓極性為

Ｂ

正

Ａ

負，二極管

ＶＤ２

、ＶＤ４

正偏導通，在負載

ＲＬ上獲得單向脈動電流，此時ＶＤ１、ＶＤ３受到反向電壓而截止。圖３－６(ｂ)中可以看出，單向脈動電流流向為Ｂ端→ＶＤ２→ＲＬ→ＶＤ４→Ａ端，負載上電流方向還是從上到下，其電壓極性仍為上正下負。５３圖３－６ 單相橋式整流電路的電流通路圖３－７ 單相橋式整流電路中各電壓、電流波形ｕ０

≈０９ｕ２項目三

直流穩壓電源的制作５３３)

綜上所述，

在交流電正、

負半周都有同一方向的電流流過

ＲＬ

，

４

個二極管中兩個為一組，

兩組輪流導通，

在負載上得到全波脈動的直流電壓和電流，

所以這種整流電路屬于全波整流類型。４)

單相橋式整流電路中各電壓、

電流波形如圖３－７

所示。５)

單相橋式整流電路輸出直流電壓

ｕ０

可按下述方法進行估算電子產品裝配及工藝二、

電容濾波電路１

電路的組成電容濾波器是在負載的兩端并聯一個電容。它是根據電容兩端電壓在電路狀態改變時不能突變的原理而設計的。

圖３－８

是橋式整流濾波電路元器件實物連接圖。圖３－８ 橋式整流濾波電路元器件實物連接圖５４電子產品裝配及工藝１

電路的組成圖

３－

９

(

ａ)

是電容濾波器電路原理圖，

通常也用圖３－９

(

ｂ)

的畫法。圖３－９ 電容濾波器電路圖(

ａ)

電容濾波器電路原理圖１；

(

ｂ)

電容濾波器電路原理圖２５４２

電路的工作原理１)

圖３－９

(

ａ)

中，假設電容兩端初始電壓為０，接入交流電源后，當ｕ２

為正半周時，ｕ２

經ＶＤ１

、

ＶＤ３

向電容

Ｃ

迅速充電

(

同時向負載供電)

，電容

Ｃ

兩端電壓

ｕＣ

與

ｕ２

同步上升，并達到

ｕ２

的峰值，

達到峰值后，ｕ２

開始減小。當

ｕｃ

≥

ｕ２

時，二極管

ＶＤ１

、ＶＤ３

截止，充電電流中斷，電容

Ｃ

開始通過

ＲＬ

放電。２)

當ｕ２

為負半周時，ｕ２

經ＶＤ２

、ＶＤ４

向電容Ｃ

迅速充電

(

同時向負載供電)，電容Ｃ

兩端電壓

ｕＣ

與ｕ２

又同步上升，并達到

ｕ２

的峰值，

達到峰值后，ｕ２

開始減小。當

ｕＣ

≥ｕ２

時，二極管

ＶＤ２

、ＶＤ４

截止，充電電流中斷，電容

Ｃ

開始通過

ＲＬ

放電。２

電路的工作原理３)

電容濾波電路中輸出電壓的波形如圖３－１０

所示。在一個周期內，電容要充、放電兩次，電容向負載放電的時間縮短了，充電—放電的過程周而復始，因此輸出電壓的波形更加平滑。電子產品裝配及工藝５４圖３－１０ 電容濾波電路輸出電壓的波形３

電容濾波器的特點１)

在電容濾波電路中，電容Ｃ

的容量或ＲＬ

的阻值越大，電容Ｃ

放電越慢，輸出的直流電壓就越大，

濾波效果也就越好。

反之，

電容Ｃ

的容量或ＲＬ

的阻值越小，

輸出電壓低且濾波效果差。２)

在采用大容量的濾波電容時，接通電源的瞬間，充電電流特別大，所以電容濾波器只適用于負載電流較小的場合。３)

橋式整流加電容濾波器時，

電容濾波的輸出直流電壓

ｕｏ

可按下述方法進行估算ｕｏ

≈１

２ｕ２項目三

直流穩壓電源的制作三、

電路板的設計１

備齊元器件及設備。元器件及設備清單如表３－１

所示。表３－１ 元器件及設備清單５５序號名稱標號規格數量單位圖例參考價格/

元１二極管ＶＤ１

~

ＶＤ４ＩＮ４００７４只０

.１５２電解電容Ｃ４７

μＦ５０

Ｖ１只０

.３３電阻ＲＬ５

１

ｋΩ１只０

.１５４導線芯徑

０

５

ｍｍ單股銅線若干ｍ略０

.５５雙蹤示波器１臺略略６電源變壓器Ｔ２４

Ｖ

或３６

Ｖ１個略１８電子產品裝配及工藝圖３－１１ 單相橋式整流電路布局裝配圖圖３－１２ 整流濾波電路布局裝配圖５６２

電路的整體布局單相橋式整流電路布局裝配圖如圖３－１１

所示；

整流濾波電路布局裝配圖如圖３－１２

所示。電子產品裝配及工藝任務

３－２穩壓管并聯型穩壓電路的制作知識

樹５６任務描述前面已經制作的整流、濾波電路雖然能把交流電變為較平滑的直流電，

但輸出的電壓仍是不穩定的。一是交流電網電壓的波動，

使整流濾波后輸出的直流電壓隨之變化；

二是負載電流的變化會引起輸出電壓的變動。為了保持輸出電壓的穩定，

通常需在濾波電路之后接入穩壓電路。

穩壓電路的具體形式有并聯型穩壓電路、串聯型穩壓電路和開關型穩壓電路等。穩壓電路的整體框圖如圖３－１３

所示。

小功率的穩壓電路由電源變壓器、

整流電路、

濾波電路和穩壓電路４

部分組成。穩壓管工作在反向擊穿區時，

流過穩壓管的電流在相當大的范圍內變化，

其兩端的電壓基本不變。

利用穩壓管的這一特性，

將穩壓管與負載電阻并聯可實現電源的穩壓功能。

本任務用硅穩壓二極管組成簡單的并聯型穩壓電路。電子產品裝配及工藝５６圖３－１３ 穩壓電路的整體框圖任務成品展示穩壓管并聯型穩壓電路焊接成品圖如圖３－１４

所示。項目三

直流穩壓電源的制作

５７圖３－１４ 穩壓管并聯型穩壓電路焊接成品圖任務相關知識項目三

直流穩壓電源的制作

５７一、

穩壓管并聯型穩壓電路１

電路的組成圖３－１５

是硅穩壓管穩壓電路元器件實物連接圖，

它是運用穩壓管

ＶＺ

反向并聯在負載

ＲＬ兩端，

所以這是一個并聯型穩壓電路。

電阻

Ｒ

起限流和分壓作用。

穩壓電路的輸入電壓

ｕｃ

來自整流、

濾波電路的輸出電壓。圖３－１５

硅穩壓管穩壓電路元器件實物連接圖一、

穩壓管并聯型穩壓電路１

電路的組成圖

３－

１６

(

ａ)

是穩壓管并聯型穩壓電路原理圖，

通常也用圖３－１６

(

ｂ)

的畫法。項目三

直流穩壓電源的制作

５７圖３－１６ 穩壓管并聯型穩壓電路圖(

ａ)

穩壓管并聯型穩壓電路原理圖１；

(

ｂ)

穩壓管并聯型穩壓電路原理圖２項目三

直流穩壓電源的制作

５8２

電路的穩壓原理當輸入電壓

ｕ１

升高時，

輸出電壓

ｕｏ

隨之增大，

那么穩壓管的反向電壓

ｕＺ

也會上升，

從而引起穩壓管電流

ＩＺ

的急劇加大，

流過

Ｒ

的電流

ＩＲ

也加大，

導致

Ｒ

上的壓降上升，

從而抵消了輸出電壓

ｕｏ

的波動，

其穩壓過程如圖３－１７

所示。圖３－１７ 并聯型穩壓電路的穩壓過程３

穩壓電路的特點該穩壓電路結構簡單，

元件少，

但輸出電壓由穩壓管的穩壓值決定，

不能調節且輸出電流亦受穩壓管的穩定電流的限制，

因此其輸出電流的變化范圍較小，

只適用于電壓固定的小功率負載電流變化不大的場合。序號名稱標號規格數量單位圖例參考價格/

元１二極管ＶＤ１

~

ＶＤ４ＩＮ４００７４只０

１５２電解電容Ｃ４７

μＦ或１００

μＦ５０

Ｖ１只０

３３電阻Ｒ３３０

Ω１只０

１５４電阻ＲＬ５１ｋΩ１只０

１５５穩壓管ＶZ６５Ｖ(２ＣＷ５４)１只０

３６導線芯徑０５ｍｍ單股銅線若干ｍ略０

５７調壓器Ｔ１臺略略項目三

直流穩壓電源的制作二、

電路板的設計１

備齊元器件及設備，元器件及設備清單如表３－２

所示。元器件及設備清單表３－２５９項目三

直流穩壓電源的制作２

電路的整體布局穩壓管并聯型穩壓電路布局裝配圖如圖３－１８

所示。圖３－１８ 穩壓管并聯型穩壓電路布局裝配圖５９電子產品裝配及工藝?

任務

３－３三極管串聯型穩壓電路的制作知識

樹直流穩壓電源是一種常用的電子儀器，

其功能是將交流電轉換成電子設備所需要的直流電，

為各種電子電路提供直流電源。

直流穩壓電源在各種科研裝置和電子電氣裝置中都是必不可少的供電設備。

當負載電流較大，

且要求穩壓特性較好時，

一般采用三極管串聯型穩壓電路。

本任務是制作三極管串聯型穩壓電路。６０任務描述電子產品裝配及工藝?

任務

３－３三極管串聯型穩壓電路的制作三極管串聯型穩壓電路焊接成品圖如圖３－１９

所示。圖３－１９ 三極管串聯型穩壓電路焊接成品圖６０任務成品展示項目三

直流穩壓電源的制作一、

三極管串聯型穩壓電路１

電路的組成１)

三極管串聯型穩壓電路框圖如圖

３－

２０

所示，

它由取樣電路、

基準電壓、

比較放大電路及調整元器件等環節組成。圖３－２０ 三極管串聯型穩壓電路框圖６１任務相關知識圖３－２１ 三極管串聯型穩壓電路元器件實物連接圖項目三

直流穩壓電源的制作６１２)

三極管串聯型穩壓電路元器件實物連接圖如圖３－２１

所示。項目三

直流穩壓電源的制作６2UB3２

電路的組成分析圖３－２２為三極管串聯型穩壓電路原理圖的組成分析。

(１)取樣電路電阻Ｒ３、Ｒ４和電位器ＲＰ構成取樣電路，它從輸出電壓中按一定比例取出部分電壓ＵＢ３送到ＶＴ３管的基極。由于ＵＢ３能反映輸出電壓的變化，所以稱其為取樣電壓。調節ＲＰ可以調整輸出電壓的大小。圖３－２２ 三極管串聯型穩壓電路原理圖圖３－２２ 三極管串聯型穩壓電路原理圖UB3圖３－２２ 三極管串聯型穩壓電路原理圖(２)

基準電壓由穩壓管

ＶＺ

與電阻

Ｒ２

組成。以穩壓管的穩定電壓ＵＺ

作為基準電壓，

加到

ＶＴ３

管的發射極，

作為調整、

比較的標準。

Ｒ２

是穩壓管的限流電阻。６2圖３－２２ 三極管串聯型穩壓電路原理圖UB3圖３－２２ 三極管串聯型穩壓電路原理圖(３)

比較放大電路由三極管

ＶＴ３

和電阻

Ｒ１

構成的直流放大器組成。

其作用是將取樣電壓

ＵＢ３

和基準電壓ＵＺ

進行比較，

比較的差值電壓

(

ＵＢ３

-

ＵＺ

)

經過

ＶＴ３

管放大后送到由ＶＴ２

和ＶＴ１

組成的復合管作為控制調整管。

Ｒ１

為電源調整管提供的基極電流，

又作為放大管

ＶＴ３

的集電極負載電阻，

ＶＴ３分流的作用是使

ＶＴ１

基極電壓保持穩定，

從而使輸出電壓穩定。

所以

Ｒ１

既是

ＶＴ３

的集電極負載電阻，

又是

ＶＴ１

的偏置電阻。圖３－２２ 三極管串聯型穩壓電路原理圖UB3圖３－２２ 三極管串聯型穩壓電路原理圖(４)

調整電路由一個小功率三極管ＶＴ２和一個大功率三極管ＶＴ１連接而成的復合管組成。ＶＴ１管與負載ＲＬ串聯，故稱此電路為串聯型穩壓電路。調整管ＶＴ１相當于一個可變電阻，在比較放大電路輸出信號的控制下自動調節其集射極之間的電壓降，以抵消輸出電壓的波動。電子產品裝配及工藝(３)

比較放大電路由三極管

ＶＴ３

和電阻

Ｒ１

構成的直流放大器組成。

其作用是將取樣電壓

ＵＢ３

和基準電壓ＵＺ

進行比較，

比較的差值電壓

(

ＵＢ３

－ＵＺ

)

經過

ＶＴ３

管放大后送到由ＶＴ２

和ＶＴ１

組成的復合管作為控制調整管。

Ｒ１

為電源調整管提供的基極電流，

又作為放大管

ＶＴ３

的集電極負載電阻，

ＶＴ３分流的作用是使

ＶＴ１

基極電壓保持穩定，

從而使輸出電壓穩定。

所以

Ｒ１

既是

ＶＴ３

的集電極負載電阻，

又是

ＶＴ１

的偏置電阻。６２圖３－２２ 三極管串聯型穩壓電路原理圖使用復合管作為調整管的原因有以下兩點。１)圖３－２２中ＶＴ１、ＶＴ２組成的復合管作為電源調整管。可以看出，采用復合管可使電流放大倍數有幾十上百倍的增加，能使穩壓控制更精準。

２)一方面，在穩壓電源中，如果負載電流ＩＬ要流過調整管ＶＴ１，那么輸出大電流的電源必須使用大功率的調整管，這就要求有足夠大的電流來供給調整管ＶＴ１的基極，而比較放大電路中的ＶＴ３管供不出所需要的大電流；另一方面，調整管ＶＴ１需要有較高的電流放大倍數，才能有效地提高穩壓性能，但是大功率管一般電流的放大倍數都不高。解決這些矛盾的辦法，就是給原有的調整管ＶＴ１再配上一個“助手”ＶＴ２管，組成復合管，這樣復合管的放大倍數為β１ＶＴ１?

β２ＶＴ２(β１為ＶＴ１放大倍數，β２為ＶＴ２放大倍數)。電子產品裝配及工藝６２３

電路的穩壓原理圖３－２３

為三極管串聯型穩壓過程分析圖。１)

當輸入電壓ＵＣ

升高時，

引起輸出電壓Ｕｏ

上升，

會使取樣電壓ＵＢ３

增加，

則流入ＶＴ３

管的電流ＩＢ３

增大，

使ＵＢＥ３

增大；

而ＵＣＥ３

減小使集電極電位ＵＣ３

＝

ＵＢ２

下降，

從而使ＶＴ２

管的基極電流

ＩＢ２

隨之減小，

同時

ＵＢＥ２

減小，

故流入

ＶＴ１

管的基極電流

ＩＢ１

減小，

從而使

ＵＢＥ１

減小、

ＩＣ１

減小(

相當于

ＶＴ１

管

ｃ、

ｅ

極之間的電壓增大)

，

即管壓降

ＵＣＥ１

的增大使輸出電壓

Ｕｏ

減小，

從而保持Ｕｏ

基本穩定不變。２)

反之，

當輸入電壓

ＵＣ

發生變化造成輸出電壓

Ｕｏ

下降時，

其穩壓過程與上面的分析一樣，

只不過變化趨勢相反而已。電子產品裝配及工藝６２圖３－２３ 三極管串聯型穩壓過程分析圖串聯型穩壓電路的穩壓過程如圖３－２４

所示。圖３－２４

串聯型穩壓電路的穩壓過程２)

當可調電位器

ＲＰ

的滑動觸點向上移，

Ｒ′Ｐ

變大，

輸出電壓

Ｕｏ

變小。

滑動觸點向上移到頂時，

Ｒ′Ｐ

變到最大，

可得輸出電壓

Ｕｏ最小值為：通常

ＵＺ

?

ＵＢＥ３

，

所示

ＵＢＥ３

可以忽略不計。

電子產品裝配及工藝６４４電路輸出電壓Ｕｏ的調節范圍圖３－２２中，調節ＲＰ可以調節輸出電壓Ｕｏ的大小，使其在一定的范圍內變化，輸出電壓Ｕｏ的范圍是由取樣電阻來決定，可以用下面的公式來進行計算。１)

當可調電位器

ＲＰ

的滑動觸點向下移動時，

Ｒ″Ｐ

變小，

輸出電壓

Ｕｏ

變大。

滑動觸點向下移到底時，

Ｒ″Ｐ

變到最小，

可得輸出電壓

Ｕｏ最大值為：二、

電路板的設計１

備齊元器件及設備，元器件及設備清單如表３－３

所示。

電子產品裝配及工藝６４序號名稱標號規格數量單位圖例參考價格/

元１二極管ＶＤ１

~

ＶＤ４ＩＮ４００７４只０

１５２電解電容器Ｃ２２０

μＦ５０

Ｖ１只０

３３電阻Ｒ１２

ｋΩ１只０

１５４電阻Ｒ２８２０

Ω１只０

１５５電阻Ｒ３６８０

Ω１只０

１５６電阻Ｒ４１

ｋΩ１只０

１５序號名稱標號規格數量單位圖例參考價格/

元７電位器ＲＰ１

ｋΩ１只０

３８大功率三極管ＶＴ１３ＤＤ１５１只３９小功率三極管ＶＴ２

、

ＶＴ３９０１３１只０

３１０穩壓二極管ＶＺ６

５

Ｖ１只０

３１１導線芯徑

０

５

ｍｍ單股銅線若干ｍ略０

５１２調壓器Ｔ１臺略略項目三

直流穩壓電源的制作續表６５項目三

直流穩壓電源的制作續表三極管串聯型穩壓電路布局裝配圖如圖３－２５

所示。圖３－２５ 三極管串聯型穩壓電路布局裝配圖６５２

電路的整體布局電子產品裝配及工藝任務描述６６三、

技能拓展三端可調集成穩壓器的制作。圖３－２６ 三端可調集成穩壓器布局裝配圖分立元器件穩壓電源存在組裝麻煩、

可靠性差、

體積大等缺點。

采用集成技術在單片晶體上制成的集成穩壓器，

具有體積小、

外圍元器件少、

性能穩定可靠、

使用調整方便等優點，因而得到廣泛的應用，

尤其是小穩壓電源以三端式串聯集成穩壓器應用最為廣泛。

下面制作一臺三端可調集成穩壓電源。１

電路的整體布局三端可調集成穩壓器布局裝配圖如圖３－２６

所示。２

ＬＭ３１７

引腳功能三端可調集成穩壓器

ＬＭ３１７××

系列是正電壓輸出。

其外形如圖３－２７

所示。圖３－２７

三端可調集成穩壓器外形１—調整端；

２—輸出端