串联型稳压电源的安装与调试.docx
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1、任务二、串联型稳压电源的装配与调试任务描述:随着人们生活水平的日益提高,通信技术不断的发展,同学们天天使用手机, 手机的充电器就是一个稳压电源。在我们电子生产实习中,经常需要用到稳压电 源,为后一级电路提供稳定的直流电压,图2-2-1为串联型稳压电源的原理图。一C3 4 D3-._i_4wn t-v图2-2-1串联型稳压电源原理图活动1识读电路元件,实施元件检测技能目标1、能够识读和检测常用电子元器件2、能够识读和检测稳压二极管3、能够用MF-47型万用表检测各元器件知识储备一、稳压二极管(一)简介稳压二极管,英文名称Zener diode,又叫齐纳二极管。利用pn结反向击 穿状态,其电流可在
2、很大范围内变化而电压基本不变的现象,制成的起稳压作用 的二极管。此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器 件.在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很小的数值,在这个低阻区中电流 增加而电压则保持恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性, 稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在 较高的电压上使用,通过串联就可获得更高的稳定电压。其图形符号和封装形式 如图2-2-2。正板+剜封眉压.秘皆金描壳毯压.根愕图2-2-2稳压二极管的图形符号及其封装形式(二)原理稳压二极管的伏安特性曲线的正向特性和普通二极管差不多如图2-2-3,反 向特性是
3、在反向电压低于反向击穿电压时,反向电阻很大,反向漏电流极小。但 是,当反向电压临近反向电压的临界值时,反向电流骤然增大,称为击穿,在这 一临界击穿点上,反向电阻骤然降至很小值。尽管电流在很大的范围内变化,而 二极管两端的电压却基本上稳定在击穿电压附近,从而实现了二极管的稳压功 能。图2-2-3稳压二极管特性曲线(三)主要参数1、Uz稳定电压指稳压管通过额定电流时两端产生的稳定电压值。该值随工作电流和温度的 不同而略有改变。由于制造工艺的差别,同一型号稳压管的稳压值也不完全一致。 例如,2CW51型稳压管的Vzmin为3.0V, Vzmax则为3.6V。2、Iz额定电流指稳压管产生稳定电压时通过
4、该管的电流值。低于此值时,稳压管虽并非不 能稳压,但稳压效果会变差;高于此值时,只要不超过额定功率损耗,也是允许 的,而且稳压性能会好一些,但要多消耗电能。3、Rz动态电阻指稳压管两端电压变化与电流变化的比值。该比值随工作电流的不同而改 变,一般是工作电流愈大,动态电阻则愈小。例如,2CW7C稳压管的工作电流为5mA时,Rz为18Q;工作电流为1OmA时,Rz为8Q;为20mA时,Rz为2Q ; 20mA 则基本维持此数值。4、Pz额定功耗由芯片允许温升决定,其数值为稳定电压Vz和允许最大电流Izm的乘积。 例如2CW51稳压管的Vz为3V,Izm为20mA,则该管的Pz为60mWo5、a温度
5、系数如果稳压管的温度变化,它的稳定电压也会发生微小变化,温度变化1C所 引起管子两端电压的相对变化量即是温度系数(单位:/c)。一般说来稳压值 低于6V属于齐纳击穿,温度系数是负的;高于6V的属雪崩击穿,温度系数是正 的。温度升高时,耗尽层减小,耗尽层中,原子的价电子上升到较高的能量,较 小的电场强度就可以把价电子从原子中激发出来产生齐纳击穿,因此它的温度系 数是负的。雪崩击穿发生在耗尽层较宽电场强度较低时,温度增加使晶格原子振 动幅度加大,阻碍了载流子的运动。这种情况下,只有增加反向电压,才能发生 雪崩击穿,因此雪崩击穿的电压温度系数是正的。这就是为什么稳压值为15V 的稳压管其稳压值随温度
6、逐渐增大的,而稳压值为5V的稳压管其稳压值随温度 逐渐减小的原因。例如2CW58稳压管的温度系数是+0.07%/C,即温度每升高 1C,其稳压值将升高0.07%。对电源要求比较高的场合,可以用两个温度系数相反的稳压管串联起来作为 补偿。由于相互补偿,温度系数大大减小,可使温度系数达到0.0005%/C。6、IR一反向漏电流指稳压二极管在规定的反向电压下产生的漏电流。例如 2CW58稳压管的 VR=1 V 时,IR=O.1uA;在VR=6V 时,IR=10uA。(四)识别判断1、正负极识别从外形上看,金属封装稳压二极管管体的正极一端为平面形,负极一端为半 圆面形。塑封稳压二极管管体上印有彩色标记
7、的一端为负极,另一端为正极。对 标志不清楚的稳压二极管,也可以用万用表判别其极性,测量的方法与普通二极 管相同,即用万用表RX1k档,将两表笔分别接稳压二极管的两个电极,测出一 个结果后,再对调两表笔进行测量。在两次测量结果中,阻值较小那一次,黑表 笔接的是稳压二极管的正极,红表笔接的是稳压二极管的负极。这里指的是指针 式万用表。2、色环稳压二极管识别色环稳压二极管国内产品很少见,大多数来自国外,尤其以日本产品居多。 一般色环稳压二极管都标有型号及参数,详细资料可在元件手册上查到。而色环 稳压二极管体积小、功率小、稳压值大多在10V以内,极易击穿损坏。色环稳压 二极管的外观与色环电阻十分相似,
8、因而很容易弄错。色环稳压二极管上的色环 代表两个含义:一是代表数字,二是代表小数点位数(通常色环稳压二极管都是 取一位小数,用棕色表示。也可理解为倍率即:X10(的一1次方),具体颜色 对应的数字同色环电阻)由于小功率稳压二极管体积小,在管子上标注型号较困难,所以一些国外产 品采用色环来表示它的标称稳定电压值。如同色环电阻一样,环的颜色有棕、红、 橙、黄、绿、蓝、紫、灰、白、黑,它们分别用来表示数值1、2、3、4、5、6、7、8、 9、 0。有的稳压二极管上仅有2道色环,而有的却有3道。最靠近负极的为第1环,后面依次为第2环和第3环。仅有2道色环的。标称稳定电压为两位数,即“XX V”(几十几
9、伏)。第 1环表示电压十位上的数值,第2环表示个位上的数值。如:第1、2环颜色依 次为红、黄,则为24V。有3道色环,且第2、3两道色环颜色相同的。标称稳定电压为一位整数且 带有一位小数,即“ X.XV”(几点几伏)。第1环表示电压个位上的数值。第 2、3两道色环(颜色相同)共同表示十分位(小数点后第一位)的数值。如: 第1、2、3环颜色依次为灰、红、红,则为8.2V。有3道色环,且第2、3两道色环颜色不同的。标称稳定电压为两位整数并 带有一位小数,即“ XX.XV”(几十几点几伏)。第1环表示电压十位上的数 值。第2环表示个位上的数值。第3环表示十分位(小数点后第一位)的数值。 不过这种情况
10、较少见,如:棕、黑、黄(10.4V)和棕、黑、灰(10.8V)常用稳 压二极管的型号对照表(注:后面的二极管型号是以1开头的,如1N4728,1N4729 等)3、与普通整流二极管的区分首先利用万用表RX1K挡,按把被测管的正、负电极判断出来。然后将万用 表拨至RX10K挡上,黑表笔接被测管的负极,红表笔接被测管的正极,若此时 测得的反向电阻值比用RX1K挡测量的反向电阻小很多,说明被测管为稳压管; 反之,如果测得的反向电阻值仍很大,说明该管为整流二极管或检波二极管。这 种识别方法的道理是,万用表RX1K挡内部使用的电池电压为1.5V,一般不会 将被测管反向击穿,使测得的电阻值比较大。而RX1
11、0K挡测量时,万用表内部 电池的电压一般都在9V以上,当被测管为稳压管,切稳压值低于电池电压值时, 即被反向击穿,使测得的电阻值大为减小。但如果被测管是一般整流或检波二极 管时,则无论用RX1K挡测量还是用RX10K挡测量,所得阻值将不会相差很悬 殊。注意,当被测稳压二极管的稳压值高于万用表RX10K挡的电压值时,用这 种方法是无法进行区分鉴别的。二、电位器电位器是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件。电位器 通常由电阻体和可移动的电刷组成。当电刷沿电阻体移动时,在输出端即获得与 位移量成一定关系的电阻值或电压。常见电位器如图2-2-4所示。图2-2-4常见的电位器作用:电位器在
12、电路中的主要作用有以下几个方面1、用作分压器电位器是一个连续可调的电阻器,当调节电位器的转柄或滑柄时,动触点在 电阻体上滑动。此时在电位器的输出端可获得与电位器外加电压和可动臂转角或 行程成一定关系的输出电压。2、用作变阻器电位器用作变阻器时,应把它接成两端器件,这样花电位器的行程范围内, 便可获得一个平滑连续变化的电阻值。3、用作电流控制器当电位器作为电流控制器使用时,其中一个选定的电流输出端必须是滑动触 点引出端。实训操作一、电阻器的识读与测量利用万用表相应档位测量教师给出的若干电阻,确认电阻阻值大小,并从中选出 本任务所需的电阻。二、电容器的识别与检测根据所学知识挑选本任务中所需电容,利
13、用万用表判断挑选电容是否可以正常三、二极管的识别与检测利用所学知识判断二极管正负,并测量它的正反向电阻序号正向电阻反向电阻序号正向电阻反向电阻四、三极管的识别与检测利用所学知识判断三极管的型号及管脚序号型号序号型号五、电位器的识别与检测正确判断引脚,测量电位器的标称值序号1-2脚电阻1-3脚电阻2-3脚电阻展示评价评价 项目评价内容评价标准评价方式自我评价小组评价教师 评价职业素养安全意 识、责任 意识A作风严谨、自觉遵章守纪、出色地完成 工作任务B能够遵守规章制度、较好地完成工作任 务C遵守规章制度、没完成工作任务,或虽 完成工作任务但未严格遵守规章制度 D不遵守规章制度、没完成工作任务团队
14、合作 意识强A与同学协作融洽、团队合作意识强B与同学能沟通、协同工作能力较强 C与同学能沟通、协同工作能力一般D与同学沟通困难、协同工作能力较差专业 能力活动1 职业感知A按时、高质量完成调研及工作,积极参 与课活动,表现突出B按时、较好地完成工作,积极参与课堂 活动C没按时完成工作,不积极参与课堂活动D没完成工作,未参与课堂活动活动2安全用电A按时、完整地完成工作,问题回答正确 B按时、完整地完成工作,问题回答基本 正确C未能按时完成工作,或内容遗漏、错误 较多D未完成工作活动3触电急救A学习活动评价成绩为90 100分 B学习活动评价成绩为75 89分 2学习活动评价成绩为60 74分D学
15、习活动评价成绩为059分创新能力学习过程中提出具有创新性、可行性的 建议加分奖励:综合评价等级活动2分析工作原理,实施电路仿真技能目标:1、掌握串联型稳压电源控制电路各部分电路的功能及电路转换过程。2、掌握模拟软件proteus的画图方法3、掌握模拟软件proteus的仿真方法4、能够对照工作原理,实现模拟仿真,并运用虚拟仪器进行测量。知识储备:一、电路分析(一)整流电路12V交流电压通过整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压。 其整流部分采用了由四只1N4007组成的桥式整流器。虽然桥式整流器需要用四 只整流二极管,但是,桥式整流电路具有整流效率较高、脉动成份较少、变压器 次级无需
16、中心抽头的特点。1、分类方式(1)按组成器件可分为不可控电路、半控电路、全控电路三种1)不可控整流电路完全由不可控二极管组成,电路结构一定之后其直流整 流电压和交流电源电压值的比是固定不变的。2)半控整流电路由可控元件和二极管混合组成,在这种电路中,负载电源 极性不能改变,但平均值可以调节。3)在全控整流电路中,所有的整流元件都是可控的(SCR、GTR、GTO等), 其输出直流电压的平均值及极性可以通过控制元件的导通状况而得到调节,在这 种电路中,功率既可以由电源向负载传送,也可以由负载反馈给电源,即所谓的 有源逆变。(2)按电路结构可分为零式电路和桥式电路1)零式电路指带零点或中性点的电路,
17、又称半波电路。它的特点所有整流 元件的阴极(或阳极)都接到一个公共接点,向直流负载供电,负载的另一根线 接到交流电源的零点。2)桥式电路实际上是由两个半波电路串联而成,故又称全波电路。(3)按电网交流输入相数分为单相电路、三相电路和多相电路1)对于小功率整流器常采用单相供电;单相整流电路分为半波整流,全波 整流,桥式整2)三相整流电路是交流测由三相电源供电,负载容量较大,或要求直流电压 脉动较小,容易滤波。三相可控整流电路有三相半波可控整流电路,三相半控桥 式整流电路,三相全控桥式整流电路。因为三相整流装置三相是平衡的,输出的 直流电压和电流脉动小,对电网影响小,且控制滞后时间短,采用三相全控
18、桥式 整流电路时,输出电压交变分量的最低频率是电网频率的6倍,交流分量与直流 分量之比也较小,因此滤波器的电感量比同容量的单相或三相半波电路小得多。 另外,晶闸管的额定电压值也较低。因此,这种电路适用于大功率变流装置。3)多相整流电路随著整流电路的功率进一步增大(如轧钢电动机,功率达 数兆瓦),为了减轻对电网的干扰,特别是减轻整流电路高次谐波对电网的影响, 可采用十二相、十八相、二十四相,乃至三十六相的多相整流电路。采用多相整 流电路能改善功率因数,提高脉动频率,使变压器初级电流的波形更接近正弦波, 从而显著减少谐波的影响。理论上,随着相数的增加,可进一步削弱谐波的影响。 多相整流常用在大功率
19、整流领域,最常用的有双反星中性点带平衡电抗器接法和 三相桥式接法。(4)按电流方向方向是单向或双向,又分为单拍电路和双拍电路。其中所有半波整流电路都 是单拍电路,所有全波整流电路都是双拍电路。(5)按控制方式可分为相控式电路和斩波式电路(斩波器);1)通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制 方式,简称相控方式。2)斩波器就是利用晶闸管和自关断器件来实现通断控制,将直流电源电压 断续加到负载上,通过通、断的时间变化来改变负载电压平均值,亦称直流-直 流变换器。它具有效率高、体积小、重量轻、成本低等优点,广泛应用于直流牵 引的变速拖动中,如城市电车、地铁、蓄点池车等。斩波器
20、一般分降压斩波器, 升压斩波器和复合斩波器三种。(6)按引出方式分中点引出整流电路,桥式整流电路,带平衡电抗器整流电路,环形整流电 路,十二相整流电路1)中点引出整流电路分:单脉波(单相半波),两脉波(单相全波),三脉 波(三相半波),六脉波(六相半波)2)桥式整流电路分:两脉波(单相)桥式,六脉波(三相)桥式3)带平衡电抗器整流电路分:一次星形联结的六脉波带平衡电抗器电路(即 双反星带平衡电抗器电路),一次角形联结的六脉波带平衡电抗器电路4)十二相整流电路分:二次星、三角联结,桥式并联(带6f平衡电抗器) 单机组十二脉波整流电路;二次星、三角联结,桥式串联十二脉波整流电路;桥 式并联等值十二
21、脉波整流电路;双反星形带平衡电抗器等值十二脉波整流电路。2、工作原理本电路使用的是桥式整流电路,如图2-2-5所示,E2是一个频率为50HZ的 正弦交流电,E2为正半周时,对D1、D3加正向电压,D1、D3导通;对D2、D4 加反向电压,D2、D4截止。电路中构成E2、D1、Rfz、D3通电回路,在Rfz上 形成上正下负的半波整流电压,E2为负半周时,对D2、D4加正向电压,D2、D4 导通;对D1、D3加反向电压,D1、D3截止。电路中构成E2、D2、Rfz、D4通 电回路,同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。如此重复下去, 结果在Rfz上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波
22、形图是一样的。从 图中还不难看出,桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于输入电压的最大 值,比全波整流电路小一半。(二) 滤波电路由于桥式整流后在负载上得到的是脉动的直流电压,其频率为100Hz,峰值 为1.4ee17V,所以,还必须经过平滑滤波后才可供实际应用。电容滤波器是一 种简单实用的平滑滤波器,C5就是滤波电容器,利用电容器的充、放电作用, 可以将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。由于C5容量足够大,充入的电荷 多,放掉的电荷少,最终使整流出来的脉动电压成为直流电压,空载时输出值= 1.4eF7V。(三) 稳压电路本电路是典型的串联型直流稳压电路,调整元件串接在输入电压Ui (12V
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