——晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的制作

項(xiàng)目七直流穩(wěn)壓電源知識(shí)重點(diǎn)

1.直流穩(wěn)壓電源組成；2.全波橋式整流電路；3.單相全波整流電容濾波電路；4.晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路;5.三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用.

知識(shí)難點(diǎn)

1.整流、濾波電路有關(guān)電壓電流的計(jì)算，二極管、電容的選擇；2.電容濾波對(duì)整流電路的影響；3.晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理；4.三端輸出固定電壓的穩(wěn)壓器的應(yīng)用電路。教學(xué)導(dǎo)航必須掌握的理論知識(shí)

1.直流穩(wěn)壓電源組成；2.單相全波整流電容濾波電路及有關(guān)電壓電流的計(jì)算，二極管、電容的選擇；4.電容濾波的原理及應(yīng)用、電容濾波對(duì)整流電路的影響;5.晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路;6.三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用.

必須掌握的技能

晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的制作、電路的調(diào)試及測(cè)量

教學(xué)導(dǎo)航主要內(nèi)容項(xiàng)目任務(wù)實(shí)物圖器械與元件背景知識(shí)任務(wù)操作與指導(dǎo)考核要求———晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的制作項(xiàng)目任務(wù)實(shí)物圖器械與元件序號(hào)代號(hào)名稱規(guī)格與型號(hào)數(shù)量1電阻R11.2KΩ0.25W12電阻R22KΩ0.25W13可調(diào)電阻RP10Ω0.25W14電阻R3680KΩ0.25W15電阻R42KΩ0.25W16穩(wěn)壓管VS2.2V17晶體管VT1901318晶體管VT2901119二極管VD1～VD41N4007410電解電容C1470μF25V111電解電容C2100μF25V112電解電容C347μF25V113變壓器TBK-25220/9V114熔斷器RU10.1A115熔斷器RU20.5A116萬(wàn)用表117示波器118電工工具119電烙鐵30W120焊錫適量21松香適量22線路板105*13017.1直流穩(wěn)壓電源的組成7.2整流電路7.3濾波7.4穩(wěn)壓電路背景知識(shí)7.1直流穩(wěn)壓電源組成知識(shí)分布網(wǎng)絡(luò)直流電源電路整流變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路組成的方框圖直流電源的組成交流電源整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路圖7-2直流電源的組成直流電源一般由整流變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路及部分組成，如圖7-2所示。1整流變壓器：一般將輸入的交流電壓值降低。2整流電路:將交流電變成脈動(dòng)的直流電。脈動(dòng)直流電特點(diǎn)：隨時(shí)間大小變化，方向不變。如圖7-3a。理想直流電特點(diǎn)：隨時(shí)間大小、方向都不變。如圖7-3b。3濾波電路:使脈動(dòng)直流電變化幅度更小，波形更平滑。4穩(wěn)壓電路：消除電網(wǎng)電壓、負(fù)載變化對(duì)輸出電壓影響，穩(wěn)定輸出電壓。由整流電路轉(zhuǎn)換成的脈動(dòng)直流電經(jīng)過(guò)濾波和穩(wěn)壓以后非常接近理想直流電。圖7-3脈動(dòng)直流電與理想直流電的比較a脈動(dòng)直流b理想直流7.2整流電路知識(shí)分布網(wǎng)絡(luò)整流電路工作原理電路形式及整流波形電壓、電流的計(jì)算單相全波整流1.單相橋式整流電路的組成圖7-4單相橋式全波整流電路a原理圖b簡(jiǎn)化圖c另一畫法VD1VD2VD3VD4+-AB+-T+-電路圖如圖7-4a所示，整流部分由四個(gè)二極管組成并接成電橋形式。故稱橋式整流。T為整流變壓器，為電阻性負(fù)載。2.單相橋式整流電路的工作原理1)整流原理設(shè)變壓器二次側(cè)電壓為，波形如圖7-5a所示。經(jīng)整流后輸出電壓、電流波形如圖7-5b、c所示。可以看出輸出為脈動(dòng)直流電。其整流原理如下：在交流電壓正半周，A點(diǎn)電位最高，B點(diǎn)電位最低。二極管VD1陽(yáng)極電位最高、二極管VD3陰極電位最低，VD1、VD3正偏導(dǎo)通，VD2陽(yáng)極電位最低、VD4陰極電位最高，VD2、VD4反偏截止，電流通路是從正極流出經(jīng)A點(diǎn)→VD1→R→VD3→B，將二極管看成理想管，VD1、VD3相當(dāng)于短路VD2、VD4相當(dāng)于開(kāi)路，這時(shí)，負(fù)載上得到與相同的正半波電壓，如圖7-5c（O-t1）段。交流電壓負(fù)半周，B點(diǎn)電位高于A點(diǎn)電位，二極管VD4、VD2正偏導(dǎo)通，二極管VD1、VD3反偏截止，電流通路是B→VD2→R→VD4→A，在負(fù)載R上得到與負(fù)半波相同的電壓，如圖7-5c中（t1-t2）段。由此可見(jiàn),在交流輸入電壓的正負(fù)半周，都有同一方向的電流流過(guò)R，四只二極管中，每?jī)芍惠喠鲗?dǎo)通，在負(fù)載上得到全波脈動(dòng)的直流電壓和電流，如圖7-5b、c所示。所以這種整流電路稱為全波整流。2.單相橋式整流電路的工作原理t1t2t30圖7-5全波橋式整流電路波形abc2)主要參數(shù)計(jì)算（1）輸出電壓平均值≈0.9（2）流過(guò)負(fù)載電流平均值=0.9（3）每只二極管的平均電流=0.45由于每只二極管在交流電一周期內(nèi)只在半個(gè)波形導(dǎo)通并有電流流過(guò)，所以電流為負(fù)載電流的一半。（4）二極管承受的最大反向電壓=U2當(dāng)VD1、VD3導(dǎo)通時(shí)，將他們看成短路，由電路圖7-4(a)可看出，VD4、VD2反偏所承受的反向電壓為變壓器付邊電壓u2的負(fù)半波，其最大值為U2。二極管的平均電流和二極管承受的最大反向電壓是選擇二極管的依據(jù)。橋式整流電路的特點(diǎn)是，輸出電壓脈動(dòng)小，每只整流二極管通過(guò)電流小。每半周內(nèi)變壓器二次繞組都有電流流過(guò)，變壓器利用效率高。例例7-1橋式整流電路中變壓器的二次側(cè)電壓有效值，負(fù)載電阻。計(jì)算整流輸出電壓的平均值、流過(guò)負(fù)載的電流平均值(2)選擇合用的二極管。解：（1）輸出電壓平均值≈0.9=0.9×40=36V，流過(guò)負(fù)載電流平均值=0.9=0.9×40÷300=12mA（2）二極管承受的最大反向電壓為：

==1.41×40=56.4V

根據(jù)以上參數(shù)，查晶體管手冊(cè)。可選用一只額定整流電流為100mA，最高反向工作電壓為100V的2CZ82C型整流二極管。7.3濾波電路知識(shí)分布網(wǎng)絡(luò)濾波電路工作原理濾波電容的選擇電容濾波1.濾波電路的作用及工作原理

整流電路把交流電轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電，其波形中含有較多的不同頻率的交流成分，使得波形變化幅度大，一些要求不高的場(chǎng)合可以直接使用，但對(duì)一些要求較高的場(chǎng)合需要波形更為平滑的直流電，濾波電路可以起到這個(gè)作用。濾波就是保留脈動(dòng)電壓的直流成分，盡可能濾除它的不同頻率的交流成分，使波形更為平滑。這樣的電路叫做濾波電路。電感和電容元件可以起到這個(gè)作用。電容有阻礙電壓變化的作用，其容抗與交流信號(hào)頻率成反比；電感有阻礙電流變化的作用，其感抗與交流信號(hào)頻率成正比。下面主要分析電容元件的濾波作用。單相全波整流電容濾波電路，如圖7-6a所示。電容與負(fù)載并聯(lián)，對(duì)于引起電流波動(dòng)幅度大的高頻交流成分，電容容抗低，分流作用強(qiáng)；而對(duì)于變化緩慢的或直流成分，電容容抗高，分流作用弱。這樣使得負(fù)載中電流高頻交流成分大大減少，脈動(dòng)幅度減弱，波形變得平滑。1.濾波電路的作用及工作原理

其具體波形形狀分析如下：在不接電容器C時(shí)：交流電經(jīng)橋式整流輸出電壓波形如圖7-6c所示。圖7-6單相橋式全波整流電容濾波電路原理圖及波形圖

VD1VD2VD3VD4+-+-T+CVD1VD2VD3VD4+-T+Ct1t2t3t4abccdeba1.濾波電路的作用及工作原理

當(dāng)接入電容器C后：在輸入電壓正半周時(shí)間內(nèi)，二極管VD1、VD3在正向電壓作用下導(dǎo)通，VD2、VD4反向截止。整流電流分為兩路，一路經(jīng)二極管VD1、VD3向負(fù)載提供電流，另一路向電容器C充電，的圖形如圖7-6d中的Oa段。當(dāng)電容電壓被充電至最大值時(shí)，交流電壓按正弦規(guī)律迅速下降，而電容電壓下降較慢，使得＜，VD1、VD3受反向電壓作用而截止。電源不能給負(fù)載提供電流，電容器C向放電，負(fù)載上電壓波形與電容放電波形一致。當(dāng)電源電壓進(jìn)入負(fù)半波時(shí)，在剛開(kāi)始的一段時(shí)間內(nèi)，電源電壓u2的絕對(duì)值低于電容電壓，VD4、VD2仍不能導(dǎo)通，直到電源電壓的絕對(duì)值高于電容電壓時(shí)，VD4、VD2才導(dǎo)通，電源向負(fù)載提供電流且給電容再一次充電，然后重復(fù)上一個(gè)循環(huán)。當(dāng)電容不斷地充放電，負(fù)載上得到圖7-6d所示的波形。該波形與整流后的波形相比脈動(dòng)幅度減小，波形更為平滑。另外輸出電壓平均值也得到了提高。電容容量越大，放電越慢，輸出電壓平均值越高。對(duì)于橋式整流濾波，輸出電壓平均值介于0.9~1.4之間。一般電容取得較大時(shí)，輸出電壓按下面式子估算：≈1.2例例7—2在橋式整流電容濾波電路中，若負(fù)載電阻為240Ω，輸出直流電壓24V，試計(jì)算電源變壓器二次電壓U2，并選擇整流二極管和濾波電容。解：（1）根據(jù)≈1.2U2，電源變壓器二次電壓

==20（V）

（2）整流二極管的選擇輸出電流平均值

==24/240=0.1（A）

通過(guò)每個(gè)二極管的電流平均值

==50（mA）每個(gè)二極管承受的最大反向電壓

==1.41×20V=28.2V

查晶體管手冊(cè)，可選用額定正向電流為100mA，最大反向電壓為100V的整流二極管2CZ82C。（3）濾波電容選擇根據(jù)表4—1當(dāng)=0.1A，可選用500μF電解電容器。根據(jù)電容器耐壓公式：UC>U2=1.41×20=28V

因此，可選用容量為500μF，耐壓為50V的電解電容器。7.4穩(wěn)壓電路知識(shí)分布網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)壓電路輸出電壓的擴(kuò)大方法集成穩(wěn)壓器的序號(hào)集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用集成穩(wěn)壓器晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓電路輸出電壓的計(jì)算穩(wěn)壓電路的分析7.4.1晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

7.4.1晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

1電路的組成電路如圖7-7所示電路由取樣電路、基準(zhǔn)電路、比較放大電路、調(diào)整電路四部分組成。各部分電路作用分析如下：1）基準(zhǔn)電路：由穩(wěn)壓管VD1和電阻R2組成。穩(wěn)壓管具有穩(wěn)壓作用，其端電壓基本不變，為三極管VT2的發(fā)射極提供基準(zhǔn)電壓。2）取樣電路：由電阻R3、R4、RP組成。其端電壓為負(fù)載電壓，將負(fù)載電壓的一部分取出送VT2基極。3）比較放大電路：由VT2和R1組成。將反映負(fù)載電壓變化的取樣電壓與穩(wěn)壓管電壓比較后，二者電壓差值作為VT2的發(fā)射結(jié)電壓去控制VT2的基極電流、集電極電流，進(jìn)一步控制VT1的基極電位，以供VT1實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)。4）調(diào)節(jié)電路：VT1是調(diào)節(jié)元件，工作在放大狀態(tài)。通過(guò)其集射極電壓的變化調(diào)節(jié)負(fù)載電壓，保持其穩(wěn)定。7.4.1晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

2穩(wěn)壓原理整個(gè)電路的穩(wěn)壓過(guò)程如下：可見(jiàn)當(dāng)輸出電壓變化時(shí)，電路能夠通過(guò)自身的自動(dòng)調(diào)節(jié)以維持輸出電壓穩(wěn)定。（2）VT2的放大作用是，使輸出電壓的微小變化得到放大，電路調(diào)節(jié)更靈敏。3輸出電壓計(jì)算：在圖7-6中，設(shè)RP的上部與R3的和為，RP的下部與R4的和為，則由：上式中，為穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值，是一定值，也基本不變，所示改變RP就改變,就能改變輸出電壓，但不能超過(guò)。7.4.2三端集成穩(wěn)壓器

隨著集成工藝的發(fā)展，如上節(jié)所學(xué)的晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓電路已有集成系列產(chǎn)品。與外部元件簡(jiǎn)單配合即可方便使用。本節(jié)介紹一種應(yīng)用非常廣泛的穩(wěn)壓集成塊，三端集成穩(wěn)壓器。圖7-8是三端固定集成穩(wěn)壓器封裝及管腳排列圖。7.4.2三端集成穩(wěn)壓器

1CW78和CW79系列集成穩(wěn)壓器型號(hào)CW78和CW79系列集成穩(wěn)壓器是使用比較廣泛的固定輸出集成穩(wěn)壓器。三端分別是電壓輸入、電壓輸出和公共接地三端，兩種集成穩(wěn)壓器引出端功能如上圖所示。CW78系列是輸出固定正電壓的穩(wěn)壓器，CW79系列是輸出固定負(fù)電壓的穩(wěn)壓器。其型號(hào)CW78（79）X××意義如下：C---表示符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)W---穩(wěn)壓器78---表示輸出為固定正電壓，79---表示輸出為固定負(fù)電壓X----表示輸出電流：L為0.1A；M為0.5A；無(wú)字母為1.5A××---用數(shù)字表示輸出電壓值如CW7812表示穩(wěn)壓輸出+12V電壓，輸出電流為1.5A。三端輸出固定電流的穩(wěn)壓器的應(yīng)用7.4.2三端集成穩(wěn)壓器

2CW78和CW79系列集成穩(wěn)壓器應(yīng)用7.4.2三端集成穩(wěn)壓器

2CW78和CW79系列集成穩(wěn)壓器應(yīng)用圖7-11提高輸出電壓的穩(wěn)壓電路圖7-10（a）(b)分別是CW78和CW79系列集成穩(wěn)壓器基本應(yīng)用電路：交流電經(jīng)過(guò)整流濾波后接入輸入端與公共端之間，在輸出端與公共端之間輸出穩(wěn)定的直流電壓。圖7-10（a）是系列組成的輸出固定正電壓的穩(wěn)壓電路；圖7-10（b）是CW79系列組成的輸出固定負(fù)電壓的穩(wěn)壓電路。電容C1用作濾波以減少輸入電壓中的交流分量，還有抑制輸入過(guò)電壓作用。C2用于削弱高頻干擾，同時(shí)防止自激震蕩。圖7-11是提高輸出電壓的穩(wěn)壓電路當(dāng)實(shí)際需要的直流電壓超過(guò)集成穩(wěn)壓器規(guī)定值時(shí)，可外接電阻來(lái)提高輸出電壓。系列，最大輸出電壓為24V，當(dāng)負(fù)載所需電壓高于此值時(shí)，可采用圖7-11所示電路。圖中R1、R2為外接電路，R1兩端電壓為集成穩(wěn)壓器額定輸出電壓。

只要合理選擇，即可得到高于的輸出電壓。1.認(rèn)識(shí)電路2.原理分析

3.安裝方法4.檢測(cè)與調(diào)試

任務(wù)操作指導(dǎo)1.認(rèn)識(shí)電路圖7-14串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.認(rèn)識(shí)電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路主要由電源變壓器、整流濾波器、基準(zhǔn)電壓、取樣電路、比較放大電路、調(diào)整器件、過(guò)電流保護(hù)電路等組成，如圖7-14所示。（1）整流濾波電路為穩(wěn)壓電路提供直流輸入電壓≈1.2×9V≈11V。（2）基準(zhǔn)電壓由穩(wěn)壓管VS與R2串聯(lián)而成的。基準(zhǔn)電壓為穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值2.2V。（3）取樣電路將輸出電壓的一部分取出，加到比較放大器于基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較、放大。本電路的取樣電壓是由可調(diào)電位器RP、電阻R1、R2來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（4）比較放大電路將取樣電路送來(lái)的取樣電壓和基準(zhǔn)電壓（2.2V）進(jìn)行相減（比較）在VT2進(jìn)行放大（即影響VT2的導(dǎo)通程度）。（5）調(diào)整管VT1是穩(wěn)壓電路的核心環(huán)節(jié)，一般采用工作在放大狀態(tài)的功率三極管。其基極電流受比較放大電路輸出信號(hào)的控制。2.原理分析電源變壓器T二次側(cè)的低壓交流電，經(jīng)過(guò)整流二極管VDl～VD4整流，電容器C1濾波，變?yōu)橹绷麟姡斔偷接烧{(diào)整管VT1、比較放大管VT2及起穩(wěn)壓作用的硅二極管VS和取樣微調(diào)電位器RP等組成的穩(wěn)壓電路。調(diào)整管上的管壓降是可變的，當(dāng)輸出電壓有減小的趨勢(shì)時(shí)，管壓降會(huì)自動(dòng)地變小；有增大趨勢(shì)時(shí)則相反，從而維持輸出電壓不變。調(diào)整管的管壓降是由比較放大管來(lái)控制的，輸出電壓經(jīng)過(guò)電位器RP分壓，加到VT2的基極和地之間。由于VT2的發(fā)射極對(duì)地電壓是通過(guò)穩(wěn)壓管VS構(gòu)成的基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定，這樣VT2基極與集電極電壓的變化就反映了輸出電壓的變化。直接去控制調(diào)整管的基極，使調(diào)整管的管壓降發(fā)生應(yīng)的變化，從而使輸出電壓