【文章內(nèi)容簡介】 及集成穩(wěn)壓器來設計直流穩(wěn)壓電源。（2） 掌握直流穩(wěn)壓電路的調(diào)試及主要技術指標的測試方法。 設計任務1．集成穩(wěn)壓電源的主要技術指標（1）同時輸出 15v 電壓，輸出電流為 1A。?（2）輸出紋波電壓小于 5mA，穩(wěn)壓系數(shù)小于 ；輸出內(nèi)阻小于 。3510???2．設計要求（1）電源變壓器只做理論設計。（2）合理選擇集成穩(wěn)壓器。（3）完成全電路理論設計、安裝調(diào)試、繪制電路圖，自制印刷板。（4）撰寫設計報告、調(diào)試總結報告及使用說明書。 基本原理1．直流穩(wěn)壓電源的基本原理直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器 T、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖如圖 211 所示。各部分電路的作用如下：整流濾 波電路 12 圖 211 直流穩(wěn)壓電源基本組成框圖（1）. 電源變壓器 T 的作用是將電網(wǎng) 220V 的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓 。變壓器副邊與原邊的功率比為 式中, 為變壓器的效率。iu21/P??（2）. 整流濾波電路 整流電路將交流電壓變換成脈動的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除紋波，輸出直流電壓 。 常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波、倍壓整流濾波電1U路如圖 212（ a） 、 （b）及（c） 。 各濾波電容 C 滿足： 1(3~5)2LTR? 式中 T 為輸入交流信號周期； 為整流濾波電路的等效負載電阻。（3）. 三端集成穩(wěn)壓器 常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器與可調(diào)式三端穩(wěn)壓器（均屬電壓串聯(lián)型），下面分別介紹其典型應用。① 固定三端集成穩(wěn)壓器正壓系列：78XX 系列，該系列穩(wěn)壓塊有過流、過熱和調(diào)整管安全工作區(qū)保護，以防過載而損壞。一般不需要外接元件即可工作，有時為改善性能也加少量元件。78XX 系列又分四個子系列，即 78HXX、78XX、78MXX 和 78LXX。其差別只在輸出電流和外形，78HXX 輸出電流為 5A，78XX 輸出電流為 ，78MXX 輸出電流為 ，78LXX 輸出電流為 。負壓系列：79XX 系列與 78XX 系列相比，除了輸出電壓極性、引腳定義不同外，其他特點都相同。78XX 系列、79XX 系列的典型電路見圖 213（a） 、 （b） 、 （c） 。（a）全波整流電容濾波電路 （b）橋式整流電容濾波電路 （c）二倍壓整流濾波電路圖 212 幾種常見整流濾波電路 ( a）正電壓輸出 （b）負電壓輸出業(yè)業(yè)業(yè)7 8 x x 13 （c）正、負電壓輸出 圖 213 固定三端穩(wěn)壓器的典型應用②可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器正壓系列：W317 系列穩(wěn)壓塊能在輸出電壓為 ~37V 的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，外接元件只需一個固定電阻和一只電位器。其芯片內(nèi)也有過流、過熱和安全工作區(qū)保護。最大輸出電流為 。其典型電路如圖 214 所示。其是電阻 R1 與電位器 RP 組成電壓輸出調(diào)節(jié)器，輸出電壓 的表達式為：0U (/)PR??式中， 一般取值為（120~240 ） ，輸出端與調(diào)整壓差為穩(wěn)壓器的基準電壓（典1R型值為 ） ，所以流經(jīng)電阻 R 的泄放電流為 5~10mA。負壓系列：W337 系列，與 W317 系列相比，除了輸出電壓極性、引腳定義不同外，其他特點都相同。 (a)可調(diào)正壓輸出 ( b) 可調(diào)負壓輸出圖 214 可調(diào)式三端穩(wěn)壓器的典型應用2．穩(wěn)壓電源的性能指標及測試方法穩(wěn)壓電源的技術指標分為兩種：一種是特性指標，包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸出電壓及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標，用來衡量出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)（或電壓調(diào)整率） 、輸出電阻（或電流調(diào)整率） 、溫度系數(shù)及紋波電壓等。測試電路如圖 215 所示。這些質(zhì)量指標的含義，可簡述如下：業(yè)業(yè) 業(yè)7 9 x x 14 圖 215 穩(wěn)壓電源性能指標測試電路（1）紋波電壓 紋波電壓是指疊加在輸出電壓 上的交流分量。用示波器觀測0U其峰峰值， 一般為毫伏量級。也可以用交流電壓表測量其有效值，但因OPU?不是正弦波，所以用有效值衡量其紋波電壓，存在一定誤差。0（2）穩(wěn)壓系數(shù)及電壓調(diào)整率 穩(wěn)壓系數(shù)：在負載電流、環(huán)境溫度不變的情況下。輸入電壓的相對變化引起的電壓的相對變化，即 /ouiiUS??電壓調(diào)整率：輸入電壓相對變化為 時的輸出電壓相對變化量，即10%? ouK穩(wěn)壓系數(shù) 和電壓調(diào)整率 均說明輸入電壓變化對輸出電壓的影響，因此只uS需測試其中之一即可。（3）輸出電阻及電流調(diào)整比輸出電阻：放大器的輸出電阻相同，其值為當輸入電壓不變時。輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比的絕對值，即 oOUrI??電流調(diào)整率：輸出電流從 0 變到最大值 時所產(chǎn)生的輸出電壓相對變化值，maxL即 oiKU??輸出電阻 和電流調(diào)整率 均說明負載電流變化對輸出電壓的影響，因此也只ori需測試其中之一即可。 設計指導直流穩(wěn)壓電源的一般設計思路為：由輸出電壓 、電流 確定穩(wěn)壓電路形式，ooI通過計算極限參數(shù)（電壓、電流和功耗）選擇整流器件；由穩(wěn)壓電路所要求的直流電壓（ ） 、直流電流( )輸入確定整流濾波電路形式，選擇整流二極管及濾波電容iUiI 15 并確定變壓器的副邊電壓 的有效值、電流 （有效值）及變壓器功率。最后由電iUiI路的最大功耗工作條件確定穩(wěn)壓器的散熱措施。圖 216 為集成穩(wěn)壓電源的典型電路。其主要器件有變壓器 、整流二極管rT、濾波電容 C、集成穩(wěn)壓器及測試用的負載電阻 。14~VDLR下面介紹這些器件選擇的一般原則。1． 集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路輸入電壓 的確定：為保證穩(wěn)壓器在電網(wǎng)量低時仍處于穩(wěn)壓狀態(tài)，要IU求 。式中， 是穩(wěn)壓器的最小輸入輸出壓差，典maxmin()ioioU???min()io?型值為 3V。按一般電源指標的要求，當輸入交流電壓 220V 變化 時，電源應10%?穩(wěn)壓。所以穩(wěn)壓電路的最低輸入電壓 .另一方面，??Iaxmin()/9inoIoU???為保證穩(wěn)壓器安全工作，要求 式中 是穩(wěn)壓器允)ioi?axU許的最大輸入輸出壓差，典型值為 35V 。2. 電源變壓器確定整流濾波電路形式后，由穩(wěn)壓器要求的最低輸入直流電壓 計算出變壓Imin器的副邊電壓 、副邊電流 。IUI 設計示例設計一集成直流穩(wěn)壓電源。性能指標要求： 連續(xù)可調(diào)，輸出電流 。5~12oV??max1oIA?紋波電壓： 5V?電壓調(diào)整率： 3%uK電流調(diào)整率： 1i選可調(diào)式三端穩(wěn)壓器 W317，其典型指標滿足設計要求。電路形式如圖 217 所示。圖 216 集成穩(wěn)壓電源的典型電路 16 圖 217 設計示例1. 器件選擇電路參數(shù)計算如下：(1) 確定穩(wěn)壓電路的最低輸入直流電壓 IminU??Imaxi/???????代入各指標，計算得： ??I123/??我們?nèi)≈?17V。（2）確定電源變壓器副邊電壓、電流及功率。 Im/1.,IaxUImax?所以我們?nèi)?為 。I 變壓器副邊功率17/.5V??217PW變壓器的效率 ，則原邊功率 。由上分析，可選購副邊電壓0?變 16V，輸出 ，功率 30W 的變壓器。（3）選整流二極管及濾波電容 因電路形式為橋式整流電容濾波，通過每個整流二極管的反峰電壓和工作電流求出濾波電容值。已知整流二極管 1N5401，其極限參數(shù)為 。濾50,RMDUVIA?波電容 故取 2 只 的1ImI(~5)/2(194~325)axinCTUF????/2F?電解電容作濾波電容。2. 穩(wěn)壓器功耗估算當輸入交流電壓增加 10%時，穩(wěn)壓器輸入直流電壓最大， V??所以穩(wěn)壓器承受的最大壓差為： ??最大功耗為： 故應選用散熱功率 的散熱器。1.?3. 其他措施如果集成穩(wěn)壓器離濾波電容 較遠時，應在 W317 靠近輸入輸出端處接上一只1C 17 的旁路電容 。接在調(diào)整端和地之間的電容 ，是用來旁路電位器 RP ?2C3C端的紋波電壓。當 的容量為 時，紋波抑制比可提高 20dB，減到原來的 1/?一方面，由于在路中接了電容 ,此時一旦輸入端或輸出端發(fā)生短路， 中儲存的3 3電荷會通過穩(wěn)壓器內(nèi)部的調(diào)整管和基準放大管而損壞穩(wěn)壓器。為了防止在這種情況下 的放電電流通過穩(wěn)壓器，在 兩端并接一只二極管 。3 1R2VDW317 集成穩(wěn)壓器在沒有容性負載的情況下可以穩(wěn)定地工作。但當輸出端有的容性負載時，就容易發(fā)生自激。為了抑制自激，在輸出端接一只50~pF的鉭電容或 的鋁電解電容 。該電容還可以改善電源的瞬態(tài)響應。但是1?25?4C接上該電容以后，集成穩(wěn)壓器的輸入端一旦發(fā)生短路， 將對穩(wěn)壓器的輸出端放電，4其放電電流可能損壞穩(wěn)壓器，故在穩(wěn)壓器的輸入與輸出端之間，接一只保護二極管。1VD 電路安裝與指標測試首先應在變壓器的副邊接入保險絲 FU，以防電源輸出端短路損壞變壓器或其他器件，整流濾波電路主要檢查整流二極管是否接反，否則會損壞變壓器。檢查無誤后，通電測試（可用調(diào)壓器逐漸將輸入交流電壓升到 220V） ，用滑線變阻器做等效負載，用示波器觀察輸出是否正常。集成穩(wěn)壓器要安裝適當散熱器，根據(jù)散熱器安裝的位置決定是否需要集成穩(wěn)壓器與散熱器之間絕緣，輸入端加直流電壓 (可用直流電源作輸入，也可以用調(diào)試好1U的整流濾波電路作輸入)，滑線變阻器作等效負載，調(diào)節(jié)電位器 RP，輸出電壓應隨之變化，說明穩(wěn)壓電路正常工作。注意檢查在額定負載電流下穩(wěn)壓器的發(fā)熱情況。將整流濾波電路與穩(wěn)壓電路相連接并接上等效負載，測量下列各值是否滿足設計要求：（1） 為最高值（電網(wǎng)電壓為 242V） ， 為最小值（此例為+5V）,測穩(wěn)壓器IUOU輸入、輸出端壓差是否小于額定值 ，并檢查散熱器的溫升是否滿足要求（此時應使輸出電流為最大負載電流） 。（2） 為最低值（電網(wǎng)電壓為 198V） ， 為最大值（此例為+12V） ，測穩(wěn)壓器I O輸入、輸出端壓差是否大于 3V，并檢查輸出穩(wěn)壓情況。 如果上述結果符合設計要求，便可按照前面介紹的測試方法，進行質(zhì)量指標測試。 同時輸出 電壓，輸出電流為 1A 的穩(wěn)壓電源15V? 18 設計實驗報告要求：，列出元器件清單。？如何排除？。FU1234IN4007*4 3300uF/50V3300uF/50V KS 220V50Hz50W 20V20V78157915+15V1A15V1A 19 晶閘管的特性與應用 設計目的1）掌握晶閘管的基本特征及判斷與測試。2）熟悉晶閘管的基本實際應用。3）了解晶閘管產(chǎn)品系列及其工程選用常識。 基本知識晶閘管是晶體閘流管的簡稱。晶閘管能在高電壓、大電流條件下工作，并且工作過程可以控制。它的出現(xiàn)。使半導體器件得以從弱電領域進入了強電領域。所以，晶閘管是一種功率半導體器件，或者說是一種電力電子器件。它具有體積小、占地少、重量輕、無噪聲、效率高、壽命長、操作維修方便等優(yōu)點。在可控整流、交流調(diào)壓、無觸點開關、逆變電源、變頻調(diào)速、自動控制等方面獲得了廣泛應用。（一） 晶閘管的內(nèi)部結構、常見外形和電路符號1）普通晶閘管的內(nèi)部結構：是由四層 P、N、P、N 材料形成三個 PN 結，內(nèi)部可等效為由一個 PNP 晶體管和一個 NPN 晶體管組合構成，引出三個外引腳的四層三端半導體器件。其最基本、最重要的特征是：可以用弱電流小電壓控制大電流高電壓。圖 221 即為普通晶閘管的內(nèi)部結構、常見外形和電路符號圖。 20 圖 221 普通晶閘管的結構和符號圖2）晶閘管按其結構和用途不同可分為：普通晶閘管和特殊晶閘管。特殊晶閘管有雙向晶閘管、逆向晶閘管、高頻（快速）晶閘管、BTG 晶閘管、門極關斷晶閘管、光控晶閘管、熱敏晶閘管、四極晶閘管和晶閘管模塊等、其中最常用的是普通晶閘管和雙向晶閘管。各類晶閘管的電路符號如表 221 所示。表 221 常用晶閘管的電路符號（二） 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的參數(shù)反映了晶閘管的性能優(yōu)劣，是正確選擇和使用晶閘管的依據(jù)、因此，對其應有清楚的了解。其主要參數(shù)有：正向重復峰值電壓 、反向重復峰??DRMU值電壓 、正向平均電流 、維持電流 、控制極觸發(fā)電壓 、控制()RMU()FI()HI()G觸發(fā)電流 等。但在工程應用選型中，晶閘管有兩個參數(shù)較重要，即允許通過的G