学习指南：项目1电源产品的分析与制作

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1、项目1 电源产品 的分析与制作,学习指南,电子元件的识别与测试,1、电阻器 2、电容器 3、二极管 4、三极管,电阻器,电阻器的标识：直标法用阿拉伯数字和文字符号两者有规律的组合来表示标称阻值，额定功率、允许误差等级等 。色标法,电阻器、电位器的测量通常可用万用表对电阻挡进行测量，值得注意的是拿固定电阻器时，两只手的手指不要触碰在被测固定电阻器的两根引出端上，否则人体电阻与被测电阻器并联，影响测量精度。电位器的质量判别 将表笔接中间焊片及电位器的任何一端，旋转电位器轴柄，如表针平稳移动而无跌落、跳跃或抖动等现象，则说明电位器正常。,电容值的标志方法直标法、色标法和数标法 体积比较大的电容，多采

2、用直标法。如：10F/16V。 色标法是从顶端沿引线方向，用不同的颜色表示不同的数字，第一、二种环表示电容量，第三环表示有效数字后零的个数（单位为pF）。颜色代表的数值与色环电阻相同。 数标法一般用三位数字表示容量大小，前两位表示有效数字，第三位数字是10的多少次方（单位为pF）。如：102表示10102 pF=1000pF，203表示20103 pF=0.01F。数标法中还有一种字母表示法，电容的单位除基本单位法拉（F）外，其它单位还有毫法（mF）、微法（F）、纳法（nF）、皮法（pF）。其中1法拉=103毫法=106微法=109纳法=1012皮法。借用数量级的字母，可将电容标志如下：1m=

3、1000F，1p2=1.2pF。,二极管的检测：极性判别；功能判别。“见教材”三极管的检测：三极的区分；类型区分；硅管锗管区分。 “见教材”常用器件检测方法见“常用电子元件测试方法”,四、PN结的伏安特性,i = f (u )之间的关系曲线。,反向击穿 齐纳击穿 雪崩击穿,1.2 半导体二极管,在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。,二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型,图1.2.1二极管的几种外形,1.2.2二极管的伏安特性,二极管的伏安特性曲线可用下式表示,正向特性,反向特性,反向击穿特性,开启电压：0.5V 导通电压：0.7,一、伏安特性,开启电压：0.1V 导通电压：0.2

4、V,1.2.3 二极管的参数,(1) 最大整流电流IF,(2) 反向击穿电压U（BR）和最高反向工作电压URM,(3) 反向电流IR,(4) 最高工作频率fM,(5) 极间电容Cj,在实际应用中，应根据管子所用的场合，按其所承受的最高反向电压、最大正向平均电流、工作频率、环境温度等条件，选择满足要求的二极管。,1.2.4 稳压二极管,一、稳压管的伏安特性,(a)符号,(b)2CW17 伏安特性,DZ,(1) 稳定电压UZ,(2) 动态电阻rZ,在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。,rZ =VZ /IZ,(3)最大耗散功率 PZM,(4)最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳

5、定工作电流 IZmin,(5)温度系数VZ,二、稳压管的主要参数,一、发光二极管 LED (Light Emitting Diode),1. 符号和特性,工作条件：正向偏置,一般工作电流几十 mA，导通电压 (1 2) V,符号,特性,1.2.6其它类型的二极管,发光类型：,可见光：红、黄、绿,显示类型： 普通 LED ，,不可见光：红外光,点阵 LED,七段 LED ,二、光电二极管,符号和特性,符号,特性,工作原理：,三、变容二极管 四、隧道二极管 五、肖特基二极管,无光照时，与普通二极管一样。 有光照时，分布在第三、四象限。,1.3 双极型晶体管(BJT),又称半导体三极管、晶体三极管，

6、或简称晶体管。,(Bipolar Junction Transistor),三极管的外形如下图所示。,三极管有两种类型：NPN 型和 PNP 型。主要以 NPN 型为例进行讨论。,图 1.3.1 三极管的外形,X：低频小功率管 D：低频大功率管,G：高频小功率管 A：高频大功率管,1.3.1 晶体管的结构及类型,常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。,图1.3.2a 三极管的结构,(a)平面型(NPN),(b)合金型(PNP),e 发射极，b基极，c 集电极。,发射区,集电区,基区,基区,发射区,集电区,图 1.3.2(b) 三极管结构示意图和符号 NPN 型,集电区,集电结,基区,

7、发射结,发射区,集电极 c,基极 b,发射极 e,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极 c,发射极 e,基极 b,1.3.2 晶体管的电流放大作用,以 NPN 型三极管为例讨论,三极管若实现放大，必须从三极管内部结构和外部所加电源的极性来保证。,不具备放大作用,三极管工作状态的判断,例1：测量某NPN型BJT各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域？ （1） VC 6V VB 0.7V VE 0V （2） VC 6V VB 4V VE 3.6V （3） VC 3.6V VB 4V VE 3.4V,解：,原则：,对NPN管而言，放大时VC VB VE 对PNP管而言，放大时VC

8、VB VE,（1）放大区 （2）截止区 （3）饱和区,直流电源,1 直流电源的组成及各部分作用,2 整流电路,3 滤波电路,4 稳压二极管稳压电路,5 串联型稳压电路,引导问题：,1.如何将50Hz、220V的交流电压变为6V的直流电压？,2.220V的交流电压经整流后是否输出220V的直流电压？,3.将市场销售的6V直流电源接到收音机上，为什么有的声音清晰，有的含有交流声？,4.对于同样标称输出电压为6V的直流电源，在未接收音机时，为什么测量输出端子的电压，有的为6V，而有的为78V？,5.为什么有的直流电源在电网电压变化和负载变化时 输出电压不变，而有的随之变化？,6.一个5V交流电压是否

9、可能转换为6V直流电压？一 个3V电池是否可以转换成为6V的直流电压？,7.对于一般直流电源，若不慎将输出端短路，则一定 会使损坏吗？,8.线性电源和开关型电源有和区别？它们分别应用在 什么场合？,引导问题：,1 直流电源的组成及各部分的作用,图 1.1 直流稳压电源的方框图,电网电压,电源 变压器,整流电路,滤波电路,稳压电路,负载,整流：将交流变为直流的过程。,滤波：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。,2 整流电路,2.1 整流电路的分析方法及其基本参数,优点：使用元件少。,缺点：输出波形脉动大；直流成分小；变压器利用率低。,图 2.2,一、工作原理,图2.1单相半波整流电路,二、主要参

10、数,1.输出电压平均值 UO(AV),输出电压平均值就是负载电阻上电压的平均值,2.负载电流的平均值,3.脉动系数,三、二极管的选择,根据流过二极管电流的平均值和它所承受的最大反向电压来选择二极管的型号。,二极管的正向电流等于负载电流平均值,二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压,对于二极管最大整流平均电流IF和最高反向工作电压UR均应留10%的余地，以保证二极管安全工作。,2.2 单相桥式整流电路,图 2.4单向桥式整流电路,图 2.5单向桥式整流电路的习惯画法,一、单向桥式整流 电路的组成,在实用电路中，多采用全波整流电路，最常用的是单向桥式整流电路,二、工作原理,1. u2 0

11、时，电流由+流出，经 D1、RL、D2流入-。,2. u2 0时，电流由-流出，经 D3、RL、D4流入+。,图 2.6单相桥式整流电路的波形图,三、输出电压平均值 UO(AV) 和输出电流的平均值IO(AV),脉动系数：,四、二极管的选择,每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只二极管的平均电流只有负载电阻上电流平均值的一半。,二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压,对于二极管最大整流平均电流IF和最高反向工作电压UR均应留10%的余地，以保证二极管安全工作。,如何实现正、负电源？,将桥式整流电路变压器副边中点接地，并将二个负载电阻相连接，且连接点接地。,三相整流电

12、路,图2.7 利用桥式整流电路实现正、负电源,uO1 为正； uO2为负,变压器副边的三个端均应接二只二极管，一只接阳极，另一只 接阴极。,D1 D2 D3轮流导通，阳极电位高的D先导通； D4D5D6轮流导通，阴极电位低的D先导通。,滤波电路的结构特点: 电容与负载 RL 并联，或电感与负载RL串联。,交流 电压,脉动 直流电压,直流 电压,3 滤波电路,滤波：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。,3.1 电容滤波电路,图 3.1(a) 滤波电路,滤波电路,滤波电容容量较大，一般采用电解电容器。,电容滤波电路利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。,滤波电路输出电压波形,以单向桥式整流电容

13、滤波为例进行分析，其电路如图所示。,一、滤波原理,（电容器的充、放电）,RL未接入时(忽略整流电路内阻),充电结束,没有电容时的输出波形,uc,RL接入（且RLC较大）时 (忽略整流电路内阻),无滤波电容 时的波形,加入滤波电容 时的波形,充电,放电,u2上升， u2大于电容 上的电压uc，u2对电容充电， uo= uc u2 时间常数 = (RL / Rint ) C,u2下降， u2小于电容上的电压。 二极管承受反向电压而截止。 电容C通过RL放电， uc按指数 规律下降，时间常数 = RL C,放电时间常数远远大于充电时间常数， 滤波效果取决于放电，其值愈大，滤波效果愈好。,二、输出电压

14、平均值,当负载开路时,当RLC（35)T/2时,考虑电网电压波动，电容的耐压值应大于,三、脉动系数 S,约为 10% 20%,只有整流电路输出电压大于uc时，才有充电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。,二极管中的电流,充电电流,四、整流二极管的导通角,二极管的导通角 ,五、电容滤波电路的输出特性和滤波特性,1.输出特性,当滤波电容选定后，输出电压平均值UO（AV）和输出电流平均值IO（AV）的关系。,2.滤波特性,脉动系数S和输出电流平均值IO（AV）的关系。,图3.5a电容滤波电路的输出特性,图3.5b电容滤波电路滤波的特性,4 稳压二极管稳压电路,4.1 稳压管稳压电路的组成,整流滤波电路

15、输出电压不稳定的主要原因： 负载变化； 电网电压波动。,图4.1 稳压二极管组成的稳压电路,两个基本公式,稳压管的伏安特性,图.4.2稳压管的伏安特性,在稳压管稳压电路中，只要使稳压管始终工作在稳压区，保证稳压管的电流：IZIDZIZM,输出电压UO就基本稳定。,4.2 稳压原理,1. UI 不变，RL 减小,RL,IL,UR,UO,IZ,IR=IL+IZ,基本不变,2. RL 不变， UI 升高,UI,UO,IZ,UR,UO=UI - UR,基本不变,UO,UO,电网电压波动； 负载变化。,稳压电路应从以下二个方面考察其稳压特性,IL,综上所述，在稳压二极管所组成的稳压电路中，利用稳压管所起的电流调节作用，通过限流电阻R上电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的。,4.3 稳压管稳压电路的性能指标,一、内阻 Ro,二、稳压系数 Sr,三、电压调整率,四、电流调整率,内阻和稳压系数的估算,1. 内阻 Ro,2. 稳压系数 Sr,当 rZ RL ， rZ ILmaxILmin,IZM ILmax+ IZ,3.限流电阻R的选择,（1）. 当电网电压最高和负载电流最小时，稳压管IZ 的值最大，此时 IZ 不应超过允许的最大值，即,