實訓一具有過流保護功能的直流可調(diào)穩(wěn)壓電源(完整)

1、實訓一 具有過流保護功能的直流可調(diào)穩(wěn)壓電源11 電路特點及用途圖1-1是將220V交流市電轉(zhuǎn)換為1.257.5V的直流穩(wěn)壓電源的電路，輸出電壓連續(xù)可調(diào)、紋波電壓小、輸出動態(tài)內(nèi)阻低且有過流保護的優(yōu)點，可作為收音機、電子玩具等小型電器和電子線路實驗制作的外接電源。圖1-1 具有過流保護的直流可調(diào)穩(wěn)壓電源12 電路原理與元器件作用1電路原理由圖1-1可見，此直流穩(wěn)壓電源由整流濾波電路、電子開關、穩(wěn)壓電路和過流保護電路組成，其電路原理框圖如圖1-2所示。圖1-2 直流穩(wěn)壓電源電路原理框圖（1）整流濾波電路 在圖1-1中，由VD1VD4整流二極管組成橋式整流電路，整流輸出經(jīng)電容器C1濾波后，得到比較平滑

2、的直流電壓UE2。（2）電子開關電路 由小功率晶體管V1（S9013）和大功率晶體管V2（TIP42C）組成電子開關電路。在晶閘管SCR沒有導通時，電容C1濾波后的電壓UE2經(jīng)過R1、R2、R3構(gòu)成的分壓電路能夠使得V1管和V2管導通，V1工作在飽和狀態(tài)，V2工作在放大狀態(tài)。從而使得穩(wěn)壓管LM317T的輸入端（3引腳）有電壓輸入。如圖1-3所示，當空載時：因為 故 所以 可知，（對于S9013而言約大于50，集電極飽和電路ICS約50mA）；所以V1管S9013飽和，且有圖1-3 電子開關電路 （3）穩(wěn)壓電路 由集成穩(wěn)壓管LM317（其內(nèi)部電路原理、封裝及主要參數(shù)見圖1-4）與取樣電路組成，如

3、圖1-5所示。因LM317的輸出端與調(diào)整端ADJ之間的電壓恒定為1.25V，所以取樣電阻R5=100接在輸出端與調(diào)整端之間，產(chǎn)生12.5mA的取樣電流，通過取樣電阻R5與電位器RP產(chǎn)生降壓，只要合理選擇R5及RP的阻值，就可使穩(wěn)壓管的輸出在1.257.5V范圍內(nèi)可調(diào)。 圖1-4 LM317穩(wěn)壓管內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖及封裝圖 圖1-5 穩(wěn)壓電路在圖1-5中，穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo等于電阻R5兩端的電壓與PQ兩點之間電壓之和，即1）當電位器逆時針旋到底時，RRP23=0，此時Uo有最小值，即2）當電位器順逆時針旋到底時，RRP23=500，此時Uo有最大值，即（4）過流保護電路 由取樣電阻R6及R7、C3

4、組成延時電路、單向晶閘管SCR（MCR100-6）及電子開關電路組成截止式過電流保護電路。當穩(wěn)壓管輸出的電流增大并超過額定值的20%時，過電流取樣電阻R6上的電壓上升并使晶閘管觸發(fā)導通，晶閘管的壓降UAK降至0.8V左右，此電壓經(jīng)電阻R2后，使得V1截止，從而V2截止，因而切斷穩(wěn)壓管LM317的供電電壓，最終穩(wěn)壓管無電壓輸出。2電路中各電子元器件的作用1）VD1VD4 整流二極管組成橋式整流。2）C1 濾波電容器，濾去紋波電壓，使整流輸出電壓較為平滑。3）R1 限流電阻，用來限制晶閘管觸發(fā)導通后的電流，但阻值不能過大，應保證晶閘管導通電流大于其維持電流。4）R4 V1管集電極限流電阻，以保證V

5、1與V2管的安全并且可以減小電路的靜態(tài)功耗，但是R5的阻值不能過大，應保證有足夠的IB2使V2（TIP42C）的集電極電流大于0.5A。5）R6 過流取樣電阻，其阻值大小取決于過電流保護電流的設定值，要求R6的阻值準確、穩(wěn)定，而且要有足夠的耗散功率。6）R7、C3 組成延時電路，其作用是將R6上的電壓延遲一段時間后才加至晶閘管的門極G，以避免接通電源瞬間由于穩(wěn)壓電源輸出端濾波電容C5及外負載電路有較大的充電電流流過R6所產(chǎn)生的附加壓降，而引起晶閘管的誤觸發(fā)。由于MCR100-6晶閘管的觸發(fā)電流極小，所以R7上的壓降很小。7）C4 用來進一步減小穩(wěn)壓輸出端的紋波電壓（即交流成分）。這是由于C4對

6、交流的旁路作用，使穩(wěn)壓輸出端的交流成分全部加至LM317的輸出端與調(diào)整端之間，這樣可通過LM317內(nèi)部的比較放大器及調(diào)整電路的自動調(diào)整來達到降低輸出紋波電壓的目的。33 安裝、焊接與測試步驟1元件的安裝與焊接（1）清點元器件。核對元件的數(shù)量和規(guī)格，都應符合工藝要求，如有短缺、差錯應及時補缺和更換。（2）元器件檢測。在安裝前應用萬用表對元件的好壞進行逐一檢測，對不符合質(zhì)量要求的元器件剔除并更換，防止已損壞的元件被安裝。要求：二極管：正向電阻、極性標志是否正確。三極管：判斷極性及類型。9013為NPN 管，大于50。TIP42C為PNP管。電解電容：是否漏電，極性是否正確。電阻：阻值是否合格。插頭

7、及軟線：接線是否可靠。變壓器：繞組有無斷、短路，電壓是否正確。 （3）元器件的預加工。對電阻器、電容器進行浸錫加工。半導體管是不耐熱的器件，浸錫溫度要低，浸錫時間不宜過長，防止燙壞PN結(jié)。（4）根據(jù)元器件封裝畫好裝配圖（可參照圖1-6的PCB布線圖）。1）按萬用電路板實樣1:1在圖紙上（或用坐標紙）確定安裝孔位置。要注意所用元器件的外形尺寸及封裝形式。2）裝配草圖以導線面（焊接面）為視圖方向；元器件水平或垂直放置，不可斜放；布局時應考慮元器件外形尺寸，避免安裝時相互影響，疏密均勻；同時注意電路走向應基本和原理圖一致，一般由輸入端開始向輸出端逐步確定元器件位置，相關電路部分的元器件應就近安放，按

8、一字排列，避免輸入輸出之間的影響；每個安裝孔只能插一個元器件的引腳。3）按電路原理圖的連接關系布線，布線應做到橫平豎直，導線不能交叉（確實需要交叉的導線可在元器件體下穿過）。（5）檢查繪制好的裝配圖上的元器件數(shù)量、極性和連接關系，應與電路原理圖完全一致。按裝配圖正確安裝各元器件。 （6）萬用電路板裝配工藝要求如下： 1）電阻器、二極管（發(fā)光二極管除外）均采用水平安裝方式，緊貼萬用板安裝，或高度為元器件底部離萬用板不超過5mm，色環(huán)電阻器的色環(huán)標識順序方向應一致。 2）電容器、晶體管均采用垂直安裝方式，高度為底部離萬用板不超過8mm。 3）發(fā)光二極管采用垂直安裝方式，高度為二極管底部離萬用板不超

9、過15mm。 4）微調(diào)電位器應緊貼萬用板安裝。 5）所有焊點均采用直角焊，焊接完成后剪去多余引腳，留在焊面上0.51mm，且不能損傷焊接面。 6）萬用電路板布線應正確、平直、轉(zhuǎn)角處成直角，焊接可靠，無漏焊、短路現(xiàn)象。（7）總裝加工工藝要求。電源變壓器用螺釘緊固在萬用板的元器件面上，一次繞組的引出線向外，二次繞組的引出線向內(nèi)，萬用板的另外兩個角上也固定兩個螺釘，緊固件的螺母均安裝在焊接面。電源線從萬用板焊接面穿過孔后，在元件面打結(jié)，再與變壓器一次繞組引出線焊接并用電工膠布纏繞完成絕緣恢復。變壓器二次繞組引出線插入安裝孔后焊接。將所有需要連接的點用鍍銀線或焊錫連接起來。2. 通電前的工作安裝、焊接

10、好電路板后，應仔細檢查所裝的元器件是否有差錯。特別要注意整流二極管、發(fā)光二極管（LED）、電解電容的正負極是否接反，晶體管的引腳是否正確，電阻的阻值及功率、電容器的電容量及耐壓是否合格，電源變壓器的一次側(cè)、二次側(cè)是否接反。各個焊點質(zhì)量應無虛焊、漏焊、搭焊及空隙、毛刺等，在確認正確無誤的前提下才能進行通電調(diào)試。3通電測試測試是檢驗產(chǎn)品是否合格的重要環(huán)節(jié)，為保證穩(wěn)壓電源的性能良好可靠，可做如下測試：（1）輸出電壓可調(diào)范圍 通電前將電位器逆時針調(diào)到底，通電后測量（電位器從最小阻值調(diào)至最大阻值）輸出電壓的變化范圍，正確輸出電壓大約在1.257.5V。（2）穩(wěn)壓輸出紋波電壓 在輸出6V/0.5A的條件下

11、（通過調(diào)節(jié)電路板中的電位器、滑線變阻器達到），由并接在輸出端的交流毫伏表測出穩(wěn)壓輸出交流電壓（通常稱之為紋波電壓），大約在0.052.0mV。直流穩(wěn)壓電源的紋波電壓越小，性能越佳。其接線圖如圖1-7所示。圖1-6 直流穩(wěn)壓電源PCB布線圖圖1-7 直流穩(wěn)壓電源調(diào)試接線圖（3）動態(tài)內(nèi)阻測量 將輸出電壓調(diào)至某一數(shù)值（如6V），電流調(diào)至某一數(shù)值（如0.5A），記錄電壓與電流值；再調(diào)節(jié)滑線變阻器的阻值使電流減小至某一數(shù)值，測試并記錄相應的電壓與電流；然后可按下面關系式計算：動態(tài)內(nèi)阻 = 輸出電壓變化量/輸出電流變化量，大約在0.050.1。表1-1 直流穩(wěn)壓電源測試數(shù)據(jù)測量項目數(shù)據(jù)電壓范圍/V紋波電壓

12、/mV動態(tài)內(nèi)阻/過電路保護的電流：Imax/A（4）測量過電流保護電流值 調(diào)節(jié)滑線變阻器，使輸出電流升至某一數(shù)值后突然變?yōu)?，則那一最大電流值即為過電流保護電流值，此值大約在0.550.6A。將以上測試步驟的結(jié)果記錄在表1-1中。34 故障分析與檢查1正常情況1）空載時測量TIP42C的E端對電源負端的電壓應為17V左右，說明整流濾波電路工作正常。2）空載情況下測量輸出端的電壓：應隨調(diào)節(jié)電位器RP的阻值變化而變化，變化范圍是1.5V9V。3）測量晶閘管A、K兩端的電壓，如果晶閘管不導通，電壓為17V左右，如果晶閘管導通，電壓則為0.8V左右。2故障分析（1）接通電源，指示燈不亮，測量TIP42

13、C的E端對電源負端的電壓為17V。1）LED損壞或接反。2）9013損壞或引腳接錯。3）過電流保護起作用（晶閘管損壞或R6開路或輸出端短路）。4）R4短路。（2）指示燈亮，輸出電壓不正常。1）輸出電壓為0。TIP42C損壞或沒焊接好；LM317沒焊接好；輸出端短路。2）輸出電壓的最大值和最小值電壓都偏低，但可調(diào)：R5與其它較大阻值的電阻對調(diào)安裝了；C4焊接反了。3）輸出電壓高端、低端電壓都偏高，但可調(diào)；4）輸出電壓始終為10V以上：電位器RP損壞或沒焊接好；LM317損壞。（3）輸出電壓正常，但無過電流保護功能。 1）晶閘管損壞或引腳接錯。 2）S9013壞或引腳接錯。 3）R6短路。 4）R

14、7斷路。 5）C3兩端短接。 6）TIP42C性能差，放大后輸出電流無法達到500mA以上。（4）接通電源，發(fā)出爆破聲。 1）C1反接或耐壓不夠。 2）C4反接或耐壓不夠。 3）整流二極管（全部或其中一個）反接。（5）過電流保護時間過長整流二極管之一接觸不好或損壞。實訓一 具有過流保護功能的直流可調(diào)穩(wěn)壓電源一、SCH圖二、材料清單序號代號名稱規(guī)格及型號數(shù)量元件名封裝1D1D4二極管1N4007(1A/400V)4Diode 1N4007DIO10.46-5.3x2.82Q1三極管9013(NPN)19013/C8050(自制)BCY-W3/E4-new(自制)3Q2三極管TIP42C(PNP)

15、1TIP42C(自制)221A-04-new(自制)4U1三端穩(wěn)壓器LM317T1LM317T(自制)221A-04-new(自制)5SCR可控硅MCR100-61SCR_MCR100_6(自制)BCY-W3/E4-new(自制)6LED發(fā)光二極管3綠色1LED0LED3(自制)7C1電解電容1000/25V1Cap Pol1CAPPR4.5 12.5x228C2電解電容47/25V1Cap Pol1CAPPR2-5x6.89C3、C4電解電容22/25V2Cap Pol1CAPPR2-5x6.810C5電解電容220/16V1Cap Pol1CAPPR2-5x6.811R1、R4電阻1K(1

16、/2W)2Res2Axial 0.612R2電阻10K (1/4W)1Res2Axial 0.413R3電阻2K (1/4W)1Res2Axial 0.414R5電阻100(1/4W)1Res2Axial 0.415R6電阻1(1/2W)1Res2Axial 0.616R7電阻1K(1/4W)1Res2Axial 0.417RP電位器5001RPOT2(自制)VR6(自制)18X1、X22P接線端子GX128 2P2HEADER 1*2(自制)HEADER 1*2(自制)19單面玻纖感光板7.5mm*3mm120LM317散熱器1.6mm*1.1mm121CT1電源插頭線兩腳，2A/220V122T電源變壓器6W 12V1三、PCB布線規(guī)則建議（1）