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1、 项目1 直流稳压电源分析与调试教学导航教知识重点1直流稳压电源的组成及工作原理； 2整流电路组成及工作原理；3三端集成稳压器； 4二极管的构成及应用知识难点1整流电路组成及工作原理；2三端集成稳压器的选择与使用推荐教学方式将直流稳压电路分解为不同模块的电路，通过制作与测试，让学生掌握仪器设备的使用和元器件的识别，并通过测试结果引入理论分析，然后通过理论学习指导学生调试电路中出现的问题，加深对理论的认识。建议学时16学时学推荐学习方法 从简单任务入手，通过器件的检测与识别、直流稳压电源各组成电路的制作、测试与调试，逐步掌握直流稳压电源各部分的工作原理，最终学会直流稳压电源的相关知识，并能根据输
2、出电压要求选择合适的器件。必须掌握的理论知识1直流稳压电源电路的组成及工作原理；2二极管的特性及应用；3三端集成稳压器必须掌握的技能1万用表、示波器等仪器的使用；2二极管、变压器、电解电容和集成稳压器的识别与检测；3直流稳压电路各部分电路的分析与调试项目描述一般电子设备都采用直流供电，将交流电转变为直流电的设备称为直流稳压电源。本项目制作一个输出电压为+12V的直流稳压电源，原理图如图1-1所示，制作完成的电路如图1-2所示。图1-1 直流稳压电源电路图变压电路整流电路滤波电路稳压电路图1-2 直流稳压电源实物图项目所用的元件清单如表1-1所示。表1-1 直流稳压电源元件清单序号元件代号名称型
3、号及参数功能1CT电源输入线5A/250V220V交流电输入2T变压器220V/12V变压：220V变为12V交流电3 VD1、VD2、VD3、VD4二极管1N4007构成桥式整流电路：将12V交流电变换为脉动直流电4C1电解电容2200F/50V滤波：滤除脉动直流电中高频交流成分5IC三端集成稳压器L7812CV稳压：将平滑直流电变换为稳定直流电6C2瓷介电容0.33F滤波：滤除脉动直流电中高频交流成分7C3瓷介电容0.1F滤波：减小输出端电压波动8C4电解电容100F/25V滤波：减小输出端电压波动9R电阻1k负载。限流：保护发光二极管10VD5二极管1N4007保护：防止过压，导致稳压器
4、损坏11VD6发光二极管LED-3状态指示12S1、S2、S3单刀单掷开关控制电路的通、断，便于调试13排针、排母、杜邦线引出作为测试点，便于替换元器件u 项目分析本教程后续各个项目的电路中都需要直流稳压电源供电，而发电厂、变电站输送的是交流电，这就需要将交流电变成直流电。本项目制作的是一种单相小功率直流稳压电源，能够将交流电转换成直流电。该直流稳压电源由变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分构成，在制作和调试过程中按照信号流向，从二极管的识别与检测、整流电路制作与分析、滤波电路制作与分析，到稳压电路制作与分析，逐步完成直流稳压电源的制作。在此过程中，对直流稳压电源电路各部分的工作原理、
5、参数计算、元件选取与识别、电路调试等方面进行讲解和介绍。u 知识目标1理解直流稳压电源的基本组成、工作原理和电路中各元器件的作用；2掌握二极管的结构、符号、分类和作用；3理解单相整流电路的组成及工作原理；4理解滤波电路的组成及工作原理；5熟悉常见集成稳压器特性及应用电路。u 能力目标1 能使用万用表检测变压器、二极管、电解电容、整流桥堆等元器件；2 会查阅二极管、稳压器等器件用户手册资料，并根据要求选取适当的器件；3 能按电路图安装、制作和调试直流稳压电源；4 能对电源参数进行测量；5 能对直流稳压电路典型故障进行分析、判断和处理。直流稳压电源简介单相小功率直流稳压电源一般由变压、整流、滤波、
6、稳压四部分组成，如图1-3所示。220V/50Hz的交流电经过变压器降压到一定的大小后，通过整流电路将其输出的交流电转变为脉动的直流电，然后通过滤波电路将脉动的直流电转变为较平滑的直流电，最后通过稳压电路，将平滑的直流电转变为稳定的直流电输出。图1-3 直流稳压电源组成框图1. 变压电路将220V/50Hz的交流电转换为适当大小的交流电，一般采用降压变压器电路。2. 整流电路将极性变化的交流电转变为极性单一的脉动直流电，常采用二极管整流电路。3. 滤波电路滤除整流后脉动电压中的交流成分，将脉动的直流电转变为平滑的直流电，常采用电容、电感及其组合电路。4. 稳压电路将平滑的直流电转变为稳定的直流
7、电，使其基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，小功率稳压电源常采用集成三端稳压器电路。1.1 二极管识别与检测在直流稳压电源的整流电路中，实现整流功能的器件是二极管。在分析和测试整流电路之前，先学习二极管相关的知识。1.1.1 器件认知与测试1二极管器件认知半导体二极管又称晶体二极管，简称二极管。根据功能和结构分为不同的类型，常用二极管器件的外形及封装形式如图1-4所示。整流二极管稳压二极管开关二极管变容二极管发光二极管光电二极管图1-4 常见的二极管由于功能不同，二极管外形各异，但内部结构基本相同，二极管结构示意图如图1-5（a）所示。将PN结用外壳封装起来，并在两端加上电极引线就构成了
8、半导体二级管。其中，从P区引出的电极称为阳极（或正极），用“a”表示（或用“+”表示），从N区引出的电极称为阴极（或负极），用“k”表示（或用“”表示）。电路符号如图1-5（b）所示。 （a）二极管结构示意图 （b）二极管电路符号图1-5 二极管结构及电路符号2二极管极性识别与质量检测二极管极性的识别可通过以下三种方法来判断：1） 通过标记来识别极性。如果外壳上有二极管的符号标记，则标有三角形箭头的一端为正极，另一端为负极.。如果二极管有色环或色点标志，则色环或色点的一端为阴极，另一端为阳极，如图1-6所示。该方法简单，但是无法判断二极管的质量好坏。 图1-6 二极管识别2） 用数字万用表判断
9、极性与好坏。将数字万用表测量档位选择“二极管”档（万用表的使用方法可以参照本章附录），将红、黑表笔分别接二极管的两个引脚。若显示为“| .”或“0L”（溢出），如图1-7（b）所示，说明测得是反向特性。交换测试笔再次测试，则应出现数值，此数值是以小数表示的二极管正向压降值，如图1-7（a）所示。由此，可判断二极管的极性和二极管的材料。显示正向压降值时红表笔所接引脚为二极管的阳极，黑表笔所接引脚为二极管的阴极，正向压降为0.2V左右为锗二极管，0.7V左右为硅二极管。若正、反向测量所得压降值均显示“0V”，说明二极管内部短路；若正、反向测量所得压降值均显示“|.”，说明二极管开路失效。测试你当前
10、所用的二极管相关值并填入表1-2中。二极管档位二极管档位 （a）正向测量 （b）反向测量图1-7 数字万用表判别二极管极性与质量表1-2 二极管检测数据电压 型号正向压降反向压降材料判断（硅/锗）质量判断1N40073）用指针式万用表判断极性与好坏将指针式万用表置于电阻档的R100或者R1k档位（指针式万用表的使用方法可以参照本章附录），两表笔交换测量二极管的电阻值。如果二极管性能良好，则两次测量电阻值必然出现一大一小的显著区别，且大的一次趋于无穷大，小的为正向电阻，大的为反向电阻。由此可断定二极管两端的极性，即当测得阻值较小时，黑表笔接的那一端为二极管的正极（注意：指针式万用表电阻档的红表笔
11、接内电池的负极，黑表笔接内电池的正极），如图1-8所示。如果测得的二极管正、反向电阻都很小，说明二极管已经失去了单向导电作用。如果正、反向电阻都很大，则说明二极管内部已经断路。 图1-8 指针式万用表判别二极管极性与质量表1-3 二极管检测数据阻值 型号正向电阻反向电阻电阻档位质量判断1N40073二极管特性测试接直流电源测试用排针1）单向导电性测试电路排针电阻排母 （a）原理图 （b）测试实物图图1-9 二极管特性测试电路图首先按照前面所讲的方法对本次测试所用的二极管的极性和质量进行判断，然后在万能板上按图1-9（a）原理图进行电路焊接。为了按直流稳压电源四部分电路逐步增加完成，在焊接前要注
12、意电路的布局，二极管与电阻之间的距离要远一些，为滤波电路和稳压电路预留空间，并通过使用排母和排针来增加电路板的扩展性，方便串入或并入万用表，测量电流或电压，具体测试电路实物如图1-9（b）所示。2）二极管单向导电性测试（1）打开直流电源，设置电源输出为5V，关闭电源。用杜邦线连接图1-9（b）中的两个排针，然后将直流电源输出端接到测试电路输入端，再接通电源。此时UI = 5V，二极管两端所加的电压为正向电压，用万用表直流电压档测量输出电压的大小UO= _V，测量二极管两端的电压UVD=_V。结论：当二极管两端所加电压为正向电压时，二极管将_（导通/截止）。（2） 保持步骤（1），关闭电源，将电
13、源反接到电路输入端，即电源正极结电路的负极输入端，电压负极接电路正极输入端，再打开电源。此时二极管两端所加的电压为反向电压UI = -5V，用万用表测得UO=_V，UVD=_V。从以上测试结果知：当二极管两端所加电压为反向电压时，二极管将_（导通/截止）；当二极管两端所加电压为反向电压时，二极管将_（导通/截止）；二极管具体_性，且正向导通时，导通电压降约为_V。 思考：（1）二极管的导通与截止状态与开关器件有何异同？（2）二极管为什么具有单向导电性？（3）利用该焊接完成的电路能否测量二极管的伏安特性？1.1.2 二极管相关知识在前面的测试中我们可以得出二极管具有单向导电性的结论，即二极管阳极
14、接电源正极，阴极接电源负极，此时二极管导通，反之，则二极管截止。二极管为何有这个特性？这要从制造二极管的材料开始讲起。1半导体基础知识二极管是由半导体材料构成。半导体是导电性能介于导体与绝缘体之间的一类物质。半导体具有热敏性、光敏性和掺杂性。常用的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、硒（Se）和砷化镓（GaAs）等，半导体可以分为本征半导体和杂质半导体。1）本征半导体纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。当温度上升或受到光照时，部分价电子获得足够的能量，从而挣脱共价键的束缚变成自由电子，电子带负电。与此同时，失去价电子的原子在该共价键上留下一个空位，这个空位称为空穴，空穴带正电。在“热激发”条件下，本征半导体中的电子和空穴是成对产生
