《半导体》课件项目五直流稳压电源的设计与制作.ppt

1、1项目五项目五 直流稳压电源的设计与制作直流稳压电源的设计与制作任务一任务一 直流稳压电源直流稳压电源/充电器的设计与制作充电器的设计与制作任务二任务二 集成稳压器直流稳压电源的设计与制作集成稳压器直流稳压电源的设计与制作实训目的实训目的 （1 1）制作直流稳压电源）制作直流稳压电源/充电器，输入交流充电器，输入交流220V220V，输出直流稳定电压。熟悉直流稳压电压输出直流稳定电压。熟悉直流稳压电压/充电器的用途。充电器的用途。（2 2）学习电源变压器、整流二极管、发光二极管、）学习电源变压器、整流二极管、发光二极管、三极管、三端稳压器、电容、电阻和开关等电子元器件的三极管、三端稳压器、电容

2、、电阻和开关等电子元器件的综合运用。综合运用。（3 3）熟悉整流电路、滤波电路和稳压电路的组成）熟悉整流电路、滤波电路和稳压电路的组成、工作原理及主要技术指标。、工作原理及主要技术指标。（4 4）掌握电路读图、元器件认知与检测、焊接技术）掌握电路读图、元器件认知与检测、焊接技术、电路设计与安装、测试与故障排除的方法。、电路设计与安装、测试与故障排除的方法。2实训器材实训器材万用表、电烙铁、万用表、电烙铁、斜口钳、螺钉旋具斜口钳、螺钉旋具和电子元器件（套件）等。和电子元器件（套件）等。3任务一任务一 直流稳压电源直流稳压电源/充电器的设计与制作充电器的设计与制作一、直流稳压电源一、直流稳压电源/

3、充电器简介充电器简介1.1.功能及主要技术指标功能及主要技术指标 （1 1）直流稳压电源：输入交流）直流稳压电源：输入交流220V220V，输出直流，输出直流3V/6V3V/6V稳定电压，最大输出电流稳定电压，最大输出电流500mA500mA。（2 2）电池充电器：左通道（）电池充电器：左通道（E E1 1、E E2 2）充电电流）充电电流5060mA5060mA（普通充电），右通道（普通充电），右通道（E E3 3、E E4 4）充电电流）充电电流110130mA110130mA（快速充电），两个通道可同时使用，各可以（快速充电），两个通道可同时使用，各可以充电充电5 5号或号或7 7号电池

4、两节（串联）。号电池两节（串联）。（3 3）稳压电源和充电器可以同时使用，只要两者）稳压电源和充电器可以同时使用，只要两者电流之和不超过电流之和不超过500mA500mA。42.2.电路组成及工作原理电路组成及工作原理（1 1）直流稳压电源电路组成及工作原理）直流稳压电源电路组成及工作原理5图图5-1 5-1 直流稳压电源电路直流稳压电源电路（2 2）充电器电路组成及工作原理）充电器电路组成及工作原理 6图图5-2 5-2 充电器电路充电器电路（3 3）直流稳压电源直流稳压电源/充电器电路组成及工作原理充电器电路组成及工作原理7图图5-3 5-3 直流稳压电源直流稳压电源/充电器电路充电器电路

5、3.3.元器件及印制电路板元器件及印制电路板（1 1）元器件清单）元器件清单8表5-1 元器件表序号序号名名 称称型号规格型号规格位位 号号数数 量量1二极管二极管1N4001VD1 VD662三极管三极管9013VT1、VT323三极管三极管8050VT214二极管二极管8550VT4、VT525发光二极管发光二极管3绿色（超长脚）绿色（超长脚）LED1、LED226发光二极管发光二极管3红色（超长脚）红色（超长脚）LED3、LED427电解电容电解电容470F/16V（小）（小）C118电解电容电解电容22F/10VC219电解电容电解电容100F/10VC31表表5-1 元器件表元器件表

6、9序号序号名名 称称型号规格型号规格位位 号号数数 量量10电阻电阻1、9.1、100R2、R9、R4各各1支支11电阻电阻330、470R5、R6各各1支支12电阻电阻15、24R7、R11各各1支支13电阻电阻560R8、R10214电阻电阻1kR1、R3215电源变压器电源变压器交流交流220V/9VTr116直脚开关直脚开关12、22S1、S2各各1支支10表表5-1 元器件表元器件表序号序号名名 称称型号规格型号规格位位 号号数数 量量17正极片正极片4185号、号、7号负极铜片号负极铜片819电路板电路板120电源插头输入线电源插头输入线121十字插头输出线十字插头输出线122热缩

7、套管热缩套管223外壳上盖、下盖外壳上盖、下盖一套一套24自攻螺丝自攻螺丝36225自攻螺丝自攻螺丝383（2 2）印制板电路）印制板电路11图图5-4 5-4 直流稳压电源直流稳压电源/充电器印制板图充电器印制板图（3 3）元器件实物图）元器件实物图12图图5-5 5-5 产品套件实物图产品套件实物图二、实训步骤二、实训步骤1.1.元器件的选择与检测元器件的选择与检测（1 1）变压器的选择与检测变压器的功率等于初、次级变压器的选择与检测变压器的功率等于初、次级功率之和的一半，即功率之和的一半，即 P P=(=(P P1 1+P P2 2)/2)/2。我们设计的变压器。我们设计的变压器 P P

8、2 2=U U2 2I I2 2=9=90.5=4.5W 0.5=4.5W，则，则 P P1 1=P P2 2/(0.8/(0.80.9)=5.6W0.9)=5.6W。故故需要选择变压器的功率是需要选择变压器的功率是6W6W、次级输出、次级输出9V9V、初级输入、初级输入220V220V。13挡位挡位初级电阻值初级电阻值/次级电阻值次级电阻值/质量质量表表5-2 变压器初级线圈和次级线圈电阻测量记录表变压器初级线圈和次级线圈电阻测量记录表(2)(2)二极管的选择与检测二极管的选择与检测 因为稳压电源要求的技术指标最大电流是因为稳压电源要求的技术指标最大电流是 500mA 500mA，且且 1N

9、4001 1N4001 的最大平均正向整流电流是的最大平均正向整流电流是 1A 1A，最大正向电，最大正向电压压1.1V1.1V，最大反向电压，最大反向电压50V50V，符合电路要求。，符合电路要求。14位号位号型号型号挡位挡位正向电阻值正向电阻值/反向电阻值反向电阻值/质量质量VD1VD2VD3VD4VD5VD6表表5-3 整流二极管电阻值测量记录表整流二极管电阻值测量记录表位号位号型号型号挡位挡位正向电阻值正向电阻值/反向电阻值反向电阻值/质量质量LED1LED2LED3LED15表表5-4 发光二极管电阻值测量记录表发光二极管电阻值测量记录表(2)(2)二极管的选择与检测二极管的选择与检

10、测注：使用万用表注：使用万用表R10k挡位。挡位。（3 3）三极管的选择与检测）三极管的选择与检测位号位号型号型号电流放大系数电流放大系数 挡位挡位RBE/REB/RBC/RCB/质量质量VT1VT2VT3VT4VT16表表5-5 三极管电流放大系数和电阻（三极管电流放大系数和电阻（R1k挡位挡位）值测量记录表）值测量记录表（4 4）电容器的选用与检测）电容器的选用与检测 电容承受的电压不能超过它的耐压值。在滤波电路电容承受的电压不能超过它的耐压值。在滤波电路中，电容的耐压值不要小于交流有效值的中，电容的耐压值不要小于交流有效值的1.421.42倍。倍。使用电解电容的时候，还要注意正负极不要接

11、反。使用电解电容的时候，还要注意正负极不要接反。电容在装入电路前要检查它有没有短路、断路和漏电等现电容在装入电路前要检查它有没有短路、断路和漏电等现象，并且核对电容的类别、容量、耐压等。象，并且核对电容的类别、容量、耐压等。17位号位号型号型号标称容量标称容量实测容量实测容量误差误差挡位挡位 稳态电阻稳态电阻/质量质量C1C2C3注：电容的稳态电阻越大越好。注：电容的稳态电阻越大越好。表表5-6 电解电容的容量和稳态电阻（电解电容的容量和稳态电阻（R1k挡位挡位）值测量记录表）值测量记录表（5 5）电阻的选用与检测电阻的选用与检测表表5-7 5-7 色环电阻器测量记录表色环电阻器测量记录表18

12、电阻电阻色环序列色环序列标称值标称值挡位挡位量程量程测量值测量值误差误差R1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R112.2.元器件的安装流程元器件的安装流程直流稳压电源部分安装直流稳压电源部分安装：注意极性不可接反注意极性不可接反。(1)(1)依次安装电阻依次安装电阻(R R1 1 R R6 6)，水平插装。，水平插装。(2)(2)依次安装四个二极管依次安装四个二极管(VD(VD1 1VDVD4 4)，水平插装。，水平插装。(3)(3)依次安装电解电容依次安装电解电容(C C1 1 C C3 3)，立式插装。，立式插装。(4)(4)依次安装三个三极管依次安装三个三极管(VT(VT1 1VT

13、VT3 3)，立式插装（，立式插装（注意极性不可接错）。注意极性不可接错）。(5)(5)安装发光二极管安装发光二极管LEDLED1 1、LEDLED2 2，立式插装。，立式插装。(6)(6)安装直脚开关安装直脚开关S S1 1、S S2 2，立式插装。，立式插装。192.2.元器件的安装流程元器件的安装流程充电器部分安装充电器部分安装：注意极性不可接反注意极性不可接反 (1)(1)依次安装电阻依次安装电阻(R R7 7 R R1111)，水平插装。，水平插装。(2)(2)安装两个二极管安装两个二极管(VD(VD5 5、VDVD6 6)，水平插装。，水平插装。(3)(3)安装两个三极管安装两个三

14、极管(VT(VT4 4、VTVT5 5)，立式插装（注，立式插装（注意极性不可接错）。意极性不可接错）。(4)(4)安装发光二极管安装发光二极管LEDLED3 3、LEDLED4 4，立式插装。，立式插装。203 3装配工艺装配工艺 （1 1）元器件和导线的焊前加工。）元器件和导线的焊前加工。（2 2）元器件的引脚不能过长）元器件的引脚不能过长,以防短路和电气性能以防短路和电气性能变坏。若出于散热等因素变坏。若出于散热等因素,使得元件的引脚过长时使得元件的引脚过长时,需在需在这些引脚上套上绝缘套管这些引脚上套上绝缘套管,防止短路。防止短路。（3 3）印制电路板的检查及修复。）印制电路板的检查及

15、修复。（4 4）元器件插装后的引脚处理。）元器件插装后的引脚处理。（5 5）电阻采用水平安装）电阻采用水平安装,贴紧印刷板，电阻的色环贴紧印刷板，电阻的色环方向保持一致。方向保持一致。（6 6）电容器采用立式安装）电容器采用立式安装,尽量插到底尽量插到底,元件底面元件底面离印刷板最高不大于离印刷板最高不大于3mm3mm。213 3装配工艺装配工艺（7 7）调整管固定在散热板上）调整管固定在散热板上,散热板加固在电路板上。散热板加固在电路板上。（8 8）二极管采用水平安装）二极管采用水平安装,紧贴印刷板紧贴印刷板,焊接时注意二焊接时注意二极管的极性。极管的极性。（9 9）所有插入焊片孔的元器件及

16、导线均采用直插式，）所有插入焊片孔的元器件及导线均采用直插式，剪脚留头在焊面以上剪脚留头在焊面以上 1mm 1mm 左右。左右。（1010）电源变压器接上电源线）电源变压器接上电源线,保险座。保险座。（1111）电路板焊好后安装在外壳底板上。）电路板焊好后安装在外壳底板上。（1212）印制板元器件排布合理、整齐美观、高低有致、）印制板元器件排布合理、整齐美观、高低有致、线条较流畅线条较流畅,便于操作、检测便于操作、检测,各安装螺母安装紧固。各安装螺母安装紧固。224.4.焊接焊接焊接技术。参考项目七知识链接七焊接技术。焊接技术。参考项目七知识链接七焊接技术。235.5.调试与检测调试与检测 （

17、1 1）全面检测电路板及元器件，确定无短路后，接）全面检测电路板及元器件，确定无短路后，接通电源。通电源。（2 2）测试变压器初、次级电压（有效值），整流电）测试变压器初、次级电压（有效值），整流电路输出电压，稳压电路输出电压，用万用表或示波器观路输出电压，稳压电路输出电压，用万用表或示波器观察输出是否正确。察输出是否正确。24表表5-8 电压测量记录表电压测量记录表U1/VU2/VU3/VUO1/VUO2/V注意：测量交流电压有效值注意：测量交流电压有效值U1、U2时使用交流电压挡位（时使用交流电压挡位（250V）；）；测量直流电压测量直流电压U3、UO1、UO2时使用直流电压挡位。时使用直

18、流电压挡位。5.5.调试与检测调试与检测 （3 3）外加负载滑动变阻器并在负载支路串联一个）外加负载滑动变阻器并在负载支路串联一个电流表，改变开关电流表，改变开关S S1 1、S S2 2 来观察电流表的变化情况。来观察电流表的变化情况。（4 4）改变开关）改变开关S S1 1、S S2 2，用万用表观察输出电压的变，用万用表观察输出电压的变化情况。化情况。25UO1=3VUO2=6V位号位号UC/VUB/VUE/VUC/VUB/VUE/VVT1VT 2VT 3 VT 4VT 5表表5-9 三极管各电极电压值测量记录表三极管各电极电压值测量记录表6.6.产品验收产品验收产品质量要求产品质量要求

19、 （1 1）实现）实现3V 3V、6V6V直流稳压输出，产品具有一直流稳压输出，产品具有一定的实用性。定的实用性。（2 2）实现恒流普通充电、恒流快速充电。）实现恒流普通充电、恒流快速充电。（3 3）安装整齐美观。）安装整齐美观。（4 4）焊点大小合适，牢固漂亮，无虚焊现象。）焊点大小合适，牢固漂亮，无虚焊现象。26三、实训考核三、实训考核实训技能考核评价要求，实训技能考核评价要求，参考项目七参考项目七 知识链接九知识链接九实训考核。实训考核。27任务二任务二 集成稳压器直流稳压电源的设计与制作集成稳压器直流稳压电源的设计与制作一、直流稳压电源简介一、直流稳压电源简介1.1.功能及主要技术指标

20、功能及主要技术指标（1 1）输入交流电压）输入交流电压220V220V。（2 2）输出直流稳定电压）输出直流稳定电压1.25V37V1.25V37V可调。可调。（3 3）最大输出电流）最大输出电流1A 1A。（4 4）芯片（）芯片（LM317LM317）内部具有过热、过流、短路保）内部具有过热、过流、短路保护电路。护电路。282.2.电路组成及工作原理电路组成及工作原理（1 1）稳压器电路组成及工作原理）稳压器电路组成及工作原理29图图5-6 LM3175-6 LM317构建的稳压器构建的稳压器302.2.电路组成及工作原理电路组成及工作原理图图5-7 LM3175-7 LM317加散热片使用

21、加散热片使用（2 2）直流稳压电路组成及工作原理）直流稳压电路组成及工作原理31图图5-8 5-8 直流稳压电源电路直流稳压电源电路（4 4）元器件清单）元器件清单元件名称元件名称/位号位号型号参数型号参数数量数量变压器变压器Tr功率功率=40W，输出电压，输出电压30V1二极管二极管VD1VD61N40016电容电容C12200F/50V1电容电容C20.33F/50V1电容电容C310F/50V1电容电容C4100F/50V1电阻电阻R11651可调电阻可调电阻R24.7k1三端稳压器三端稳压器 ICLM32表表5-10 5-10 元器件列表元器件列表二、实训步骤二、实训步骤1.1.元器件

22、的选择与检测元器件的选择与检测（1 1）变压器的选择与检测）变压器的选择与检测 变压器次级功率变压器次级功率 P P2 2=U U2 2I I2 2=30=301=30W 1=30W，则，则 P P1 1=P P2 2/(0.8/(0.80.9)=37.5W0.9)=37.5W。所以我们需要选择变压器的。所以我们需要选择变压器的功率是功率是40W40W、初级输入、初级输入220V220V、次级输出、次级输出30V30V。33型号型号挡位挡位初级电阻值初级电阻值/次级电阻值次级电阻值/质量质量表表5-11 变压器初级线圈和次级线圈电阻测量记录表变压器初级线圈和次级线圈电阻测量记录表（2 2）二极

23、管器的选择与检测）二极管器的选择与检测34表表5-12 整流二极管电阻值测量记录表整流二极管电阻值测量记录表位号位号型号型号挡位挡位正向电阻值正向电阻值/反向电阻值反向电阻值/质量质量VD1VD2VD3VD4VD5VD6 稳压电源要求的技术指标最大输出电流（稳压电源要求的技术指标最大输出电流（IL）是）是 1A，且，且 1N4001 的的最大平均正向整流电流（最大平均正向整流电流（IF）是）是1A，实际流经二极管的电流，实际流经二极管的电流ID=IL/2，最大，最大正向电压正向电压1.1V，最大反向电压，最大反向电压50V，符合电路要求。，符合电路要求。（3 3）电容器的选用与检测）电容器的选

24、用与检测 使用电解电容的时候，还要注意正负极不要接反。使用电解电容的时候，还要注意正负极不要接反。电容在装入电路前要检查它有没有短路、断路和漏电等现电容在装入电路前要检查它有没有短路、断路和漏电等现象，并且核对它的类别、容量象，并且核对它的类别、容量和和耐压耐压等等。35位号位号型号型号标称容量标称容量/F测量值测量值误差误差挡位挡位稳态电阻稳态电阻/质量质量C1C2C3C4表表5-13 电解电容的容量和稳态电阻（电解电容的容量和稳态电阻（R1k挡位挡位）值测量记录表）值测量记录表（4 4）电阻的选用与检测电阻的选用与检测 取样电路由取样电路由R R1 1和和R R2 2组成，实质上是一个分压

25、器，取组成，实质上是一个分压器，取R R1 1=165=165，R R2 2=4.7k=4.7k。通过改变电位器。通过改变电位器R R2 2电阻值，使输电阻值，使输出电压在出电压在1.25V 37V1.25V 37V之间变化。之间变化。36电阻电阻色环序列色环序列 标称值标称值 挡位挡位 量程量程测量值测量值误差误差质量质量R1R2表表5-14 电阻器测量记录表电阻器测量记录表（5 5）LM317 LM317稳压器的选用稳压器的选用本电路的核心元器件是本电路的核心元器件是LM317LM317三端可调稳压器。三端可调稳压器。37图图5-9 LM317管脚分布管脚分布（6 6）电路板的使用）电路板

26、的使用 作为电子产品使用的电路板一般由制版机自动完成作为电子产品使用的电路板一般由制版机自动完成，在要求不高的情况下可人工制版，其基本过程为：，在要求不高的情况下可人工制版，其基本过程为：将设计好的电路图形制作到敷铜板上。将设计好的电路图形制作到敷铜板上。按电路图形将要保留的电路连接部分的敷铜线留按电路图形将要保留的电路连接部分的敷铜线留下，去掉多余的铜。下，去掉多余的铜。清洗线路板。清洗线路板。在线路板上焊盘插接元器件位置钻孔。在线路板上焊盘插接元器件位置钻孔。涂刷松香水助焊保护层。涂刷松香水助焊保护层。382.2.安装与通电测试安装与通电测试 （1 1）整流滤波电路的安装与测试）整流滤波电

27、路的安装与测试 变压器二次侧（次级）应接入保险丝，熔丝变压器二次侧（次级）应接入保险丝，熔丝1A1A即即可，防止电源输出短路导致变压器或其它元件的损坏。可，防止电源输出短路导致变压器或其它元件的损坏。整流滤波部分要注意两点：二极管的极性是否整流滤波部分要注意两点：二极管的极性是否接反，滤波电容采用电解电容，极性一定正确。接反，滤波电容采用电解电容，极性一定正确。39U1/VU2/VU3/VUO/V表表5-15 电压测量记录表电压测量记录表注：测量交流电压有效值注：测量交流电压有效值U1、U2时使用交流电压档位（时使用交流电压档位（250V）；测量直流电压；测量直流电压U3、UO时使用直流电压档

28、位（时使用直流电压档位（50V）。）。（2 2）稳压器的安装与测试）稳压器的安装与测试 电容电容C C2 2应尽可能的靠近稳压器的输入端，同时应尽可能的靠近稳压器的输入端，同时C C3 3靠近靠近稳压器的输出端，可更好地抑制纹波。稳压器的输出端，可更好地抑制纹波。集成稳压器要安装适当的散热器，有利于稳压更好集成稳压器要安装适当的散热器，有利于稳压更好的稳定工作。如果在稳压器与散热器之间加绝缘，要注意的稳定工作。如果在稳压器与散热器之间加绝缘，要注意绝缘应有良好的导热性。绝缘应有良好的导热性。输入端加直流电压，滑线变阻器作等效负载，调节输入端加直流电压，滑线变阻器作等效负载，调节电位器，输出电压

29、随之变化，说明稳压电路正常工作。电位器，输出电压随之变化，说明稳压电路正常工作。40（3 3）电路组装与测试）电路组装与测试 测试好各部分电路后既可组装在一起，输入端接测试好各部分电路后既可组装在一起，输入端接交流交流220V220V，调节电位器，调节电位器R R2 2，使用万用表直流电压挡观察，使用万用表直流电压挡观察空载（空载（R RL L=）输出；然后连接等效电阻（）输出；然后连接等效电阻（R RL L=100=100），），观察输出结果。观察输出结果。41R2=0R2=4.7kU2/VU3/VUO/VU2/VU3/VUO/VRL=RL=100表表5-16 直流稳压电源电压值测量记录表直

30、流稳压电源电压值测量记录表3.3.电路故障及排除电路故障及排除故障现象故障现象可能原因可能原因排除方法排除方法变压器二次侧没有输出变压器二次侧没有输出电源没有接入电源没有接入变压器线圈断路变压器线圈断路正确接入电源正确接入电源更换变压器更换变压器变压器运行时发烫变压器运行时发烫变压器短路变压器短路后续电路有短路后续电路有短路断开输出检查确定后更换断开输出检查确定后更换更换断路元器件更换断路元器件整流桥没有输出整流桥没有输出硅桥损坏硅桥损坏确定输入正确后更换整流桥确定输入正确后更换整流桥稳压器输入端没有电压稳压器输入端没有电压C1损坏（短路）损坏（短路）整流桥输出有问整流桥输出有问题题更换更换C

31、1电容电容检查变压器、整流桥部分并检查变压器、整流桥部分并排除排除稳压器输出不可调节稳压器输出不可调节稳压器损坏稳压器损坏可调电阻可调电阻R2损坏损坏更换更换LM317更换可调电阻更换可调电阻稳压器发热厉害稳压器发热厉害功耗大功耗大稳压器损坏稳压器损坏加装散热器或降低功耗加装散热器或降低功耗更换稳压器更换稳压器没有输出电压没有输出电压输出接触虚接输出接触虚接稳压器损坏稳压器损坏重新焊接输出重新焊接输出更换稳压器更换稳压器电解电容爆裂电解电容爆裂电解电容接反电解电容接反重新正确焊接电解电容重新正确焊接电解电容42表表5-17 电路故障现象及排除方法电路故障现象及排除方法4.4.产品验收产品验收产品质量要求产品质量要求（1 1）实现）实现1.251.2537V37V直流可调稳压电源，产品具有直流可调稳压电源，产品具有一定的实用性。一定的实用性。（2 2）元器件布局、安装整齐美观，设计有创新。）元器件布局、安装整齐美观，设计有创新。（3 3）走线横平竖直，用线少，绝缘皮没有损坏，）走线横平竖直，用线少，绝缘皮没有损坏，用线的颜色符合要求。用线的颜色符合要求。（4 4）焊点大小合适，牢固漂亮，无虚焊现象。）焊点大小合适，牢固漂亮，无虚焊现象。43三、实训考核三、实训考核实训技能考核评价要求，参考项目七知识链接九实实训技能考核评价要求，参考项目七知识链接九实训考核。训考核。45