直流穩(wěn)壓電源的制作與設計

1、直流穩(wěn)壓電源的制作與設計直流穩(wěn)壓電源的制作與設計 電子產(chǎn)品設計與制作電子產(chǎn)品設計與制作 直流穩(wěn)壓電源是各種電子設備中不可缺少的單元電源直流穩(wěn)壓電源是各種電子設備中不可缺少的單元電源電路。掌握直流穩(wěn)壓電源的組裝和調(diào)試，是深入學習電子電路。掌握直流穩(wěn)壓電源的組裝和調(diào)試，是深入學習電子技術的重要環(huán)節(jié)。本項目通過直流穩(wěn)壓電源的制作，使學技術的重要環(huán)節(jié)。本項目通過直流穩(wěn)壓電源的制作，使學生學會常見直流穩(wěn)壓電源的安裝和檢修方法，最后給出直生學會常見直流穩(wěn)壓電源的安裝和檢修方法，最后給出直流穩(wěn)壓電源及低頻電子電路的一般設計方法。流穩(wěn)壓電源及低頻電子電路的一般設計方法。直流穩(wěn)壓電路的結構框圖直流穩(wěn)壓電路的結構

2、框圖 技能目標技能目標 會識別直流穩(wěn)壓電源中各種常用元器件，掌會識別直流穩(wěn)壓電源中各種常用元器件，掌 握其檢測方法握其檢測方法 學會識讀直流穩(wěn)壓電源的原理圖、裝配圖等學會識讀直流穩(wěn)壓電源的原理圖、裝配圖等 掌握直流穩(wěn)壓電源的組裝工藝要求掌握直流穩(wěn)壓電源的組裝工藝要求 掌握直流穩(wěn)壓電源的測量方法與調(diào)試方法掌握直流穩(wěn)壓電源的測量方法與調(diào)試方法, , 熟練掌握萬用表、雙蹤示波器的使用方法熟練掌握萬用表、雙蹤示波器的使用方法 技技能能目目標標知知識識目目標標知識目標知識目標 掌握穩(wěn)壓電源電路結構圖和各組成部分的作用掌握穩(wěn)壓電源電路結構圖和各組成部分的作用 了解串聯(lián)降壓型穩(wěn)壓電源的設計思想，會分析了解串

3、聯(lián)降壓型穩(wěn)壓電源的設計思想，會分析 變壓、降壓、整流、濾波、采樣、誤差放大、變壓、降壓、整流、濾波、采樣、誤差放大、 基準穩(wěn)壓、有源濾波及復合調(diào)整的工作原理基準穩(wěn)壓、有源濾波及復合調(diào)整的工作原理 會分析故障原因會分析故障原因制制作作設設計計制作與設計要求制作與設計要求 學習直流穩(wěn)壓電源的設計方法學習直流穩(wěn)壓電源的設計方法 了解低頻電子電路的一般設計方法了解低頻電子電路的一般設計方法 研究直流穩(wěn)壓電源的設計方案研究直流穩(wěn)壓電源的設計方案 掌握直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)和內(nèi)阻測試方法掌握直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓系數(shù)和內(nèi)阻測試方法 掌握印制電路板設計步驟掌握印制電路板設計步驟 掌握刀刻印制電路板的方法掌握刀刻

4、印制電路板的方法任務一任務一電子元件的識別、選用與檢測電子元件的識別、選用與檢測操作操作1 識別穩(wěn)壓電源元件及功能識別穩(wěn)壓電源元件及功能 制作直流穩(wěn)壓電源所需的元件名稱、實物圖圖形及作用如表表1-11-1所示。操作操作2 整理整理WY-1201型穩(wěn)壓電源零部件清單型穩(wěn)壓電源零部件清單 制WY-1201型穩(wěn)壓電源零部件清單如表表1-21-2所列。操作操作3 使用萬用表檢查器件使用萬用表檢查器件 對挑選出來的元器件，在投入使用之前應使用萬用表檢測其是否損壞。下面給出三個主要器件的檢測過程及說明。（1）變壓器的測量變壓器的測量步驟及方法如表表1-31-3所示。操作操作3 使用萬用表檢查器件使用萬用表

5、檢查器件（3）整流二極管的測量整流二極管的測量步驟、方法及結果如表表1-41-4所示。操作操作3 使用萬用表檢查器件使用萬用表檢查器件（3）晶體管2SC2482的測量晶體管2SC2482的測量方法和步驟如表表1-51-5所示。任務二任務二印制電路板的制作印制電路板的制作操作操作1 制作前的準備制作前的準備 準備敷銅板、電鉆、鉆頭和砂紙，這些是制作印制電路板必不可少的東西。敷銅板為12mm厚的環(huán)氧樹脂板，用作基板，并且有一定強度和方便加工。敷銅板的材料由基板和銅箔構成，即在基板上敷上一層約0.1mm厚的銅箔而成，如果只有一面敷有銅箔，就稱為單面敷銅板，如果兩面都有銅箔，就稱為雙面敷銅板。 此外，

6、準備電鉆、鉆頭打孔，鉆孔一般需要0.84mm，0.8mm的孔主要用于一些小型元器件，如1/161/4W的電阻等。準備砂紙拋光。一般選用300目以上的防水砂紙，砂紙顆粒越小越好。操作操作2 學習刀刻印制電路板學習刀刻印制電路板在敷銅板上刻制電路的步驟如下。 1）復制電路板圖。先將電路原理圖變成電路板圖，裁出一塊相應大小的敷銅板，把敷銅板一面朝上，再在上面蓋一張復寫紙，然后將畫好的電路板圖蓋在復寫紙上，再用圓珠筆在紙上重描一次，讓線路顯示在敷銅板上。 2）刻出線路輪廓。雕刻刀如圖圖1-11-1所示，作用是制作電路板時將敷銅板的銅箔劃開，構成線路圖（刻刀可以用斷鋼鋸片，也可以是裁紙刀或其他比較鋒利的

7、東西的后端進行刻劃）。第一刀要輕，線條要直，先刻出一個印子；刻印子時不能用力太大，否則一刀刻歪了，下一刀就容易從刻壞的地方滑出去?？毯糜∽又螅每痰栋凑站€路圖一點一點的劃開，并保證線路與線路之間確實斷開。操作操作2 學習刀刻印制電路板學習刀刻印制電路板 3）刻透銅箔。這時用刀的后端用力往下按，并左右稍微晃動一下，緩慢進刀，不要直著用刀往前推。否則不但容易刻壞電路板，而且還容易碰傷按住電路板的手。當把線條處銅箔刻通后，即可鏟去中間的銅箔。在刻劃需要保留的小片銅箔時，一定要慢慢刻，避免鏟壞該銅箔。 4）拋光。用砂紙將銅箔拋光，再在銅箔上涂一層松香酒精溶液，這樣既可以防止銅箔氧化，又有助于焊錫。任

8、務三任務三直流穩(wěn)壓電源的安裝工藝直流穩(wěn)壓電源的安裝工藝操作操作1 元件整形元件整形 用尖嘴鉗或鑷子把電阻、二極管按圖圖1-21-2進行整形。操作操作2 安裝與焊接元器件安裝與焊接元器件 電阻、電容、電位器緊貼PCB板安裝，整流二極管、晶體管安裝時要留一定的高度，借助元件引腳散熱來保護二極管和晶體管。焊點要圓滑光亮，具體要求如圖1-3所示。圖中“”為焊點合理，“”為焊點不合理。操作操作2 安裝與焊接元器件安裝與焊接元器件注意：注意： VT10 (3DD15D)和電位器RP4不是直接安裝在線路板上的，而是先焊接小膠線，再通過小膠線安裝在線路板上。VT10固定在后殼上，RP4固定在面板上。線路板的安

9、裝要先從安裝電阻開始，緊貼線路板安裝。再安裝整流二極管和無極性電容，二極管的引腳要留一段用于散熱。接著安裝晶體管、電解電容和電位器。操作操作3 安裝變壓器安裝變壓器 把變壓器用螺釘固定在外殼內(nèi)部的底層上，并與線路板、熔斷器座和電源開關連接，如圖圖1-41-4所示。操作操作4 安裝表頭、電位器、開關、接線柱和指示燈安裝表頭、電位器、開關、接線柱和指示燈 把船形電源開關、按鈕開關、紅/黑接線柱固定在面板上。把15V直流電壓表和1A直流電流表固定在面板上，如圖圖1-51-5所示。 操作操作5 連接電源線和開關、熔斷器連接電源線和開關、熔斷器 把電源線穿過橡皮圈和外殼，打結后連接在熔斷器座、船形開關和

10、變壓器上，并把變壓器的雙17V輸出端用小膠線焊接后，連接在電路板上，如圖圖1-61-6所示。操作操作6 其他操作注意事項其他操作注意事項 1）把VT10焊接小膠線后固定在后殼板上，把電位器RP4、發(fā)光二極管（LED）焊接小膠線后固定在前面板上。 2）用導線把電壓表、電流表、接線柱連接在線路板上。與電壓表、電流表、接線柱連接的導線，要先焊接焊片后再與O形圈連接。 3）通電調(diào)試線路板，調(diào)節(jié)正常后，用緊固架固定線路板。 4）安裝后蓋，用螺釘固定外殼。任務四任務四直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試與檢修直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試與檢修操作操作1 調(diào)試直流穩(wěn)壓電源調(diào)試直流穩(wěn)壓電源 調(diào)試直流穩(wěn)壓電源的目的是對其基本狀況有一個初步

11、了解，主要檢查阻值是否正常和電路是否短路。其調(diào)試步驟如下。 1）插入交流熔斷器，用47型萬用表R1擋，測電源插頭兩端的電阻值，接通開關時應等于電源變壓器一次側繞組電阻（100左右），斷開時為無窮大，表明變壓器一次側回路正常。 2）用R1擋測整流輸出端對地電阻（斷開直流熔斷器）。 測正向電阻。表針擺動后應回到無窮大或接近無窮大，如圖圖1-71-7（a a）所示。 測反向電阻。表針擺動后指示的阻值應為幾千歐至十幾千歐，如圖圖1-71-7（b b）所示。操作操作1 調(diào)試直流穩(wěn)壓電源調(diào)試直流穩(wěn)壓電源 測整流輸出端對地電阻的目的是檢查整流電路整流二極管、旁路電容和濾波電容是否正常，若其中有一個被擊穿，此

12、阻值必然發(fā)生變化。操作操作1 調(diào)試直流穩(wěn)壓電源調(diào)試直流穩(wěn)壓電源 3）安裝上直流熔斷器后，測整流輸出端的對地電阻。正向電阻510k，反向電阻25k。若穩(wěn)壓電路中的晶體管或電解電容有被擊穿損壞的，將會導致阻值變化。 4）測穩(wěn)壓電源輸出端對地電阻，如圖圖1-81-8所示。操作操作1 調(diào)試直流穩(wěn)壓電源調(diào)試直流穩(wěn)壓電源 這個阻值在很大程度上受取樣分壓電路的影響。若輸出端的濾波電容擊穿，正、反向電阻均接近零。 5）通電檢測。在穩(wěn)壓電源第一次通電時，手暫時不要離開開關。因為個別質(zhì)量不好的電解電容，可能在加上電壓后瞬間即被擊穿，這樣一旦電路中出現(xiàn)冒煙、打火等異?，F(xiàn)象，可立即切斷電源。主要檢測整流濾波后電壓,有

13、負載時C12兩端電壓應為Uo=1217V=20.4V。 6）輸出電壓范圍的調(diào)節(jié)。用小一字螺絲刀調(diào)節(jié)電位器RP3，用手旋轉電位器RP4的旋鈕，調(diào)節(jié)它們的阻值，使電壓表上輸出電壓的數(shù)值在1.512之間連續(xù)可調(diào)。操作操作2 檢修直流穩(wěn)壓電源檢修直流穩(wěn)壓電源 直流穩(wěn)壓電源能否正常工作與220V交流電源的波動、所帶負載的大小、選用電路元器件質(zhì)量的好壞，以及使用者的使用方法都有密切的聯(lián)系。上述中任一方面的變化都可能使直流穩(wěn)壓電源產(chǎn)生故障。下面介紹幾種常見故障的檢修。 1）直流穩(wěn)壓電源輸出端無電壓。要進行如下檢修。 斷電檢測輸出端的好壞，如表表1-61-6所示。操作操作2 檢修直流穩(wěn)壓電源檢修直流穩(wěn)壓電源

14、測量全波整流的好壞，如表表1-71-7所示。操作操作2 檢修直流穩(wěn)壓電源檢修直流穩(wěn)壓電源 測變壓器的好壞，如表表1-81-8所示。操作操作2 檢修直流穩(wěn)壓電源檢修直流穩(wěn)壓電源 2)直流穩(wěn)壓電源輸出端電壓調(diào)整范圍很小。此故障出在調(diào)壓電路，120的電阻器變質(zhì)或1k電位器變質(zhì)，使調(diào)壓電路的分壓比達不到要求。 3)直流穩(wěn)壓電源輸出端電壓只有2V，并且不可調(diào)120的采樣電阻開路。 4)直流穩(wěn)壓電源輸出電壓為最大值12.5V，并且不可調(diào)原因可能有兩種：LM317的3腳虛焊；電位器開路。 5)輸出電壓為最小值1.25V，并且不可調(diào)。此故障出在調(diào)壓電路，電位器被短路。任務五任務五直流穩(wěn)壓電源的設計直流穩(wěn)壓電源

15、的設計操作操作1 直流穩(wěn)壓電源指標、功能和性能的確定直流穩(wěn)壓電源指標、功能和性能的確定 直流穩(wěn)壓電源指標： 輸入電壓：200240； 頻率：50Hz； 輸出電壓：1.512連續(xù)可調(diào)； 功能：當電流大于或等于700mA時進行過電流保護； 性能：輸出波形誤差電壓小于0.005UP-P，電源電路采用串聯(lián)降壓型。操作操作2 設計直流穩(wěn)壓電源電路原理圖設計直流穩(wěn)壓電源電路原理圖 由直流穩(wěn)壓電源指標、功能和性能可確定，直流穩(wěn)壓電源電路原理圖的設計，包含變壓器電路、輸出取樣電路、電源調(diào)整電路、電源指示電路、電流/電壓輸出指示等電路，如圖圖1-91-9所示。操作操作3 直流穩(wěn)壓電源印制電路板圖的設計直流穩(wěn)壓電

16、源印制電路板圖的設計 操作3直流穩(wěn)壓電源印制電路板圖的設計 （1）印制電路板設計步驟 1）原理圖的設計：原理圖的設計主要通過利用Protel DXP的原理圖設計系統(tǒng)繪制一張電路原理圖。設計者應充分利用Protel DXP所提供的強大而完善的原理圖繪圖工具、測試工具、模擬仿真工具和各種編輯功能，來實現(xiàn)其目的，最終獲得一張正確、精美的電路原理圖，以便為接下來的工作做好準備。 2）電路板框架設計。設計印制電路板之前，要根據(jù)電路原理圖負載程度對電路板有一個初步的規(guī)劃，如電路板的邊框尺寸，采用幾層電路板，是單面板還是雙面板，各元器件采用何種封裝形式及其安裝位置等。 3）參數(shù)設置。主要設置元器件的布置參數(shù)

17、、板層參數(shù)、布線參數(shù)等。一般某些參數(shù)可用其默認值，而某些參數(shù)在使用過Protel DXP SE之后，即第一次設置后，以后幾乎無需修改。操作操作3 直流穩(wěn)壓電源印制電路板圖的設計直流穩(wěn)壓電源印制電路板圖的設計 4）裝入網(wǎng)絡表及元件封裝。網(wǎng)絡表是電路板自動布線的靈魂，也是電路原理圖設計系統(tǒng)與印制電路板設計系統(tǒng)的接口。元器件的封裝是指元器件的實際外形、尺寸，對于每個裝入的元器件必須有相應的外形封裝，才能保證電路板布線的順利進行。只有將網(wǎng)絡表裝入之后，才可能完成對電路板的自動布線。 5）元器件布局。Protel DXP SE可以對元器件進行自動布局，亦可讓用戶手工布局。元件布局是否合理，對下一步自動布

18、線至關重要。 6）自動布線。Protel DXP SE采用世界最先進的無網(wǎng)絡、基于形狀的對角線自動布線技術。只要將有關的參數(shù)設置得當，元件布局合理，自動布線的成功率幾乎是100%。 7）手工調(diào)整。自動布線結束后，對某些令人不滿意之處可進行手工調(diào)整。操作操作3 直流穩(wěn)壓電源印制電路板圖的設計直流穩(wěn)壓電源印制電路板圖的設計 8）文件保存及輸出。完成電路板的布線后，保存完成的電路線路圖文件。然后利用各種圖形輸出設備，如打印機或繪圖儀輸出電路板的布線圖。穩(wěn)壓電源的PCB板裝配圖如圖圖1-101-10所示。操作操作3 直流穩(wěn)壓電源印制電路板圖的設計直流穩(wěn)壓電源印制電路板圖的設計 電路的印制電路板如圖圖1

19、-111-11所示。操作操作3 直流穩(wěn)壓電源印制電路板圖的設計直流穩(wěn)壓電源印制電路板圖的設計 元件分布，如圖圖1 1- -1212所示。操作操作3 直流穩(wěn)壓電源印制電路板圖的設計直流穩(wěn)壓電源印制電路板圖的設計 （2）印制電路板設計要求 1）元器件布局。 通常按照信號的流程逐個安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致的方向，如圖圖1 1- -1313所示（箭頭表示信號流向）。操作操作3 直流穩(wěn)壓電源印制電路板圖的設計直流穩(wěn)壓電源印制電路板圖的設計 圍繞每個功能電路單元核心元器件為中心進行布局，要求印制板上的元器件排列均勻、整齊、緊湊，平行或垂直布置，減少和縮短各模塊

20、之間的引線和連接線，使元器件布局合理。 對所有元器件的布局應考慮到安裝、焊接、調(diào)試和維修的方便。功能電路單元中特殊元器件的布局應遵循表表1 1- -9 9中的特殊要求。操作操作3 直流穩(wěn)壓電源印制電路板圖的設計直流穩(wěn)壓電源印制電路板圖的設計 2）印制電路板布線。 印制電路板上的導線最小寬度由印制電路與絕緣基板間的黏附強度和流過它們的電流值決定。常用印制電路的導線寬度有0.5mm、1.0mm、1.5mm等幾種。對于分立元件電路，印制電路導線寬度在1.52.0mm，完全可以滿足電路設計要求，但對于集成電路、數(shù)字電路，印制電路導線可放寬到0.20.3mm。對于電源線和公共地線在布線允許條件下寬度應大

21、于3mm。印制電路允許通過的電流及線路寬度關系如表表1 1- -1010所示。操作操作3 直流穩(wěn)壓電源印制電路板圖的設計直流穩(wěn)壓電源印制電路板圖的設計 每兩條印制線路之間的最小間距主要由它們之間的絕緣電阻和擊穿電壓決定。印制電路間距越大，相互之間絕緣電阻就越大，可承受的耐壓就越高。一般選間距11.5mm完全可以滿足大多數(shù)電路的設計要求。對集成電路，尤其是數(shù)字電路，由于工作電壓都很低，只要工藝允許，可使間距很小，如圖圖1 1- -1414所示。任務六任務六設計低頻電子電路的兩個要點設計低頻電子電路的兩個要點操作操作1 任務的提出任務的提出 低頻模擬電路的設計，首先要根據(jù)被控對象的實際要求，擬定出

22、切實可行的總體方案。在確定方案的過程中，應當反復研究設計要求、性能指標，然后根據(jù)確定的方案劃分成若干個單元電路，并對各單元電路進行初步的設計，包括電路形式的確定、參數(shù)的計算、元器件的選用等。最后將設計好的各單元電路連接在一起，畫出一個符合要求的完整電路。 所謂總體方案，就是根據(jù)被控對象實際問題的要求和性能指標把要完成的任務分配給若干單元電路，并畫出一個能反映出各單元功能的整體原理框圖。這種框圖不必太詳細，總體的原理反映清楚就行了，必要時可加簡要的文字說明。操作操作1 任務的提出任務的提出 例如，在模擬電路中經(jīng)常采用的多級放大電路，一般可分為輸入級、中間級和輸出級三個部分，如圖圖1-151-15

23、所示。在確定總體方案時，要根據(jù)放大器的增益、輸入電阻、輸出電阻、通頻帶和噪聲系數(shù)等性能指標要求來確定電路結構。操作操作1 任務的提出任務的提出 對輸入級，首先應考慮其輸入電阻必須與信號源內(nèi)阻相適應，根據(jù)信號源的特點來確定電路的形式。同時由于輸入級的噪聲會對整個電路產(chǎn)生很大影響，因此要求其噪聲系數(shù)?。粚χ虚g級，主要是提高電壓增益，當要求增益較高時，一級放大器難以滿足要求，可以由若干級組成。在確定總體方案時，就要根據(jù)總的增益要求來確定其級數(shù)。輸出級主要是向負載提供足夠的功率，因此要求其具有一定的動態(tài)范圍和負載能力，應根據(jù)負載情況來確定電路的形式。為了改善放大器的性能，使之達到實際要求，在總體方案確

24、定時還應考慮電路中采用何種類型的負反饋。 由于符合要求的總體方案可能有多種，設計時要根據(jù)自己的實際經(jīng)驗，參閱有關資料，對各種方案的優(yōu)、缺點和可行性進行反復的比較，最后選擇出功能全、運行可靠、簡單經(jīng)濟、技術先進的最佳設計方案。操作操作2 技術指標的確定技術指標的確定 （1）單元電路設計 一個復雜的電子電路，一般都由若干個單元電路組合而成。對單元電路進行設計，實際上是把復雜的任務簡單化，這樣便可利用學過的基本知識來完成較復雜的設計任務。只有各單元電路的設計合理，才能保證整體電路設計的質(zhì)量。 在單元電路設計前，首先應根據(jù)各單元應完成的任務，擬定出各單元電路的性能指標，并選擇電路的基本結構形式。一般情

25、況下可在保證電路性能指標的前提下，采用典型電路或參考較成熟的常用電路，但設計者要敢于探索、勇于創(chuàng)新，使所設計的電路有所改進。 在每個單元電路的設計過程中，不僅要注意本單元電路的合理性，還應考慮各單元之間的相互影響，前后之間要互相配合，同時注意各部分輸入信號和輸出信號之間的關系。操作操作2 技術指標的確定技術指標的確定 （2）電路參數(shù)計算 在電路基本形式確定之后，便可根據(jù)性能指標要求，運用模擬電路的理論知識，對各單元電路的有關元器件參數(shù)進行分析計算。例如，設計放大電路時，應根據(jù)增益或輸出電壓、輸入電阻、輸出電阻、通頻帶、失真度和穩(wěn)定性等指標，計算電源電壓、各電阻的阻值和功率、各電容的容量及工作電壓等參數(shù)。 在進行元件參數(shù)計算時，應在正確理解電路原理的基礎上，正確運用計算公式，有的可以采用近似計算公式。對于計算結果還要善于分析，并進行必要的處理，然后確定元器件的有關參數(shù)。一般來說，對元器件的工作電流、工作電壓、功耗和頻率等參數(shù)，必須滿足電路設計指標的要求，對元器件的極限參數(shù)應留有足夠的裕量。對電阻、電容的參數(shù)，應取與計算值相近