和故障诊断
学习情境1：直流稳压电源的设计和实现
《电子产品设计制作和故障诊断》课程建设组
2010年2月 第一版
学习情境1：直流稳压电源的设计和实现
1.1学习目标
(1)掌握线性直流稳压电源的器件选择和设计制作方法。 (2)掌握直流稳压电路的调试方法。
1.2任务分析
任务名称：设计制作线性直流稳压电源。
任务背景：直流稳压电源作为直流能量的提供者，在各种电子设备中，有着极其重要的地位，它的性能良好和否直接影响到电子产品的精度、稳定性和可靠性。本次工作任务是为一小型温度测控系统提供直流稳压电源。 任务要求：
(1)完成变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器的选型，实现输入电压为交流220V±10%，输出电压为±12V和5V，输出电流大于0.5A的直流线性稳压电源。
(2) 完成电路设计、计算机仿真、绘制电路原理图，制作电路板、安装调试。 (3)撰写设计报告、调试总结报告及使用说明书。
工作任务所需要的设备、工具和材料：双踪示波器、万用表（模拟或数字），制作电路板的各种工具一套及元器件若干。
1.3任务知识点
1.3.1直流稳压电源的组成
图1.1 直流电源的方框图
直流电源的组成如图1.1所示。其中，整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。稳压电路对整流后的直流电压进一步稳压。
1.3.2单相桥式整流电路
1．工作原理
单相半波整流电路（如图1.2所示）是最简单的将交流电转换成直流的电路，输出电压是交流输入电压的0.45倍，效率低，脉动程度较大，在负载电流较小和允许脉动程度较大的场合可以用半波整流。
图1.2单相半波整流电路及波形图
为了克服单相半波整流电路的缺点，一般常采用单相桥式整流电路。
单相桥式整流电路是最常用的将交流转换为直流的电路，其电路如图1.3所示。
图1.3 单相桥式整流电路及波形图
整流电路中的二极管具有单向导电性。
当正半周时二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。 当负半周时二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。
在负载电阻上正负半周信号经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压 2．参数计算
输出电压是单相脉动电压，通常用它的平均值和直流电压等效。 π122输出平均电压为 VOVL2V2sin(t)d(t)V20.9V2π0π流过负载的平均电流为
22V20.9V2ILπRLRLIL2V20.45V2ID2πRLRL
流过二极管的平均电流为
二极管所承受的最大反向电压
VRmax2V2
3．单相桥式整流电路的负载特性曲线
单相桥式整流电路的负载特性曲线是指输出电压和负载电流之间的关系曲线，该曲线如图1.4所示，曲线的斜率代表了整流电路的内阻。
图1.4 负载特性曲线
问题和思考：
（1）画出单向桥式整流电路一个周期的电流回路示意图。
（2）说明最大值、有效值和平均值的定义；对于正弦量，这三个值之间的换算关系是什么？。 （3）用数字万用表的交流电压档测量交流电的电压，表上的显示值是最大值、有效值还是平均
值？
（4）我们说市电的电压为220V，指的是最大值、有效值还是平均值？
1.3.3滤波电路
1. 滤波的基本概念
图1.5 单相桥式电容滤波整流电路
滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L 应和负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。
2. 滤波原理
现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明。电容滤波电路如图1.5所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C。
若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压v2给电容器C充电。此时C相当于并联在v2上，所以输出波形同v2 是正弦形。
图1.6 桥式整流、电容滤波时的电压、电流波形
电容滤波过程见图1.6。 当v2到达90°时，v2开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载RL放电。指数放电起始点的放电速率很大。在刚过90°时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过90°时二极管仍然导通。在超过90°后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。所以，在t1到t2时刻，二极管导电，C充电，vO = vC按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，vO = vC按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。
需要指出的是，当放电时间常数RLC增加时，t1点要右移， t2点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小，见图1.6曲线3；反之，RLC减少时，导通角增加。显然，当RL很小，即IL很大时，电容滤波的效果不好。反之，当RL很大，即IL很小时，尽管C较小, RLC仍很大,电容滤波的效果也很好，所以电容滤波适合输出电流较小的场合。
3. 电容滤波的计算
电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多，工程上有详细的曲线可供查阅。一般常采用以下近似估算法：
TVLVO2V2(1)一种是用锯齿波近似表示，即
4RLC另一种是在RLC=(35)T / 2的条件下，近似认为VL=VO=1.2 V 2。 电容滤波要获得较好的效果，工程上通常应满足fRLC≥6~10。 4. 外特性
整流滤波电路中，输出直流电压VO随负载电流 IO的变化关系曲线如图1.7所示。
图1.7 纯电阻和电容滤波电路的输出特性
问题和思考：
（1）滤波电容越大滤波效果越好，这种说法对吗？
（2）桥式整流输出的最大值为15V，经过电容滤波后，空载时直流电压值大概是多少？
1.3.4 稳压电路
1. 稳压管稳压电路
图1.8 稳压管稳压电路
稳压管稳压电路如图1.8所示，该电路虽然结构简单，但带负载能力弱，一般用在小负载和电压基准等场合。为增大输出电流的调节范围可采用图1.9所示的稳压管扩流稳压电路。
图1.9 稳压管扩流稳压电路
2. 串联型稳压电路
图1.10 串联型稳压电路
一般把串联型稳压电路（图1.10）做成78、79系列集成电路，称为直流线性稳压集成电路。
1.3.5 器件选型
1．变压器选型
变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。
变压器结构如图1.11所示。
图1.11 变压器结构示意图
（1）变压器分类
按冷却方式分类：干式（自冷）变压器、油浸（自冷）变压器、氟化物（蒸发冷却）变压器。 按防潮方式分类：开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。
按铁芯或线圈结构分类：芯式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、壳式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、环型变压器、金属箔变压器。
按电源相数分类：单相变压器、三相变压器、多相变压器。
按用途分类：电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器。
（2）电源变压器的特性参数
①工作频率
变压器铁芯损耗和频率关系很大，故应根据使用频率来设计和使用，这种频率称工作频率。 ②额定功率
在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。 ③额定电压
指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。 ④电压比
指变压器初级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。 ⑤空载电流
变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。对于50Hz电源变压器而言，空载电流基本上等于磁化电流。
⑥空载损耗
指变压器次级开路时，在初级测得功率损耗。主要损耗是铁芯损耗，其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗（铜损），这部分损耗很小。
⑦效率
指次级功率P2和初级功率P1比值的百分比。通常变压器的额定功率愈大，效率就愈高。 ⑧绝缘电阻
表示变压器各线圈之间、各线圈和铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低和所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。 （3）变压器选型
①工作频率
作为电源变压器应根据电网频率选择，通常电网频率有50Hz和60Hz两种。 ②额定功率
通常选择变压器的功率应稍大于负载的额定功率。 ③额定电压
作为电源变压器应根据电网的电压选择。 ④电压比
根据负载电压要求选择变压器的变比。 问题和思考：
（1）单相桥式整流和电容滤波电路要求得到15V电压，变压器（220V输入）的变比应如何选择？
2. 整流二极管选型 （1）二极管分类
①根据所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管） ②根据结构分类：点接触型二极管、面接触型二极管、平面型二极管等。
*点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端和晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。
*面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。
*平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。
③根据用途分类：可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管等。
（2）二极管的导电特性
二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。
①正向特性
在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。
②反向特性
在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。 （3）二极管的主要参数
用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。不同类型的二极管 有不同的特性参数。对初学者而言，必须了解以下几个主要参数：
①额定正向工作电流
是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为140左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以，二极管使用中不要超过二极管额定正向工作电流值。例如，常用的1N4001－4007型硅二极管的额定正向工作电流为1A。
②最高反向工作电压
加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。例如，1N4001二极管反向耐压为50V，1N4007反向耐压为1000V。
③反向电流 反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流和温度有着密切的关系，大约温度每升高10，反向电流增大一倍。例如2AP1型锗二极管，在25时反向电流若为250uA，温度升高到35，反向电流将上升到500uA，依此类推，在75时，它的反向电流已达8mA，不仅失去了单方向导电特性，还会使管子过热而损坏。又如，2CP10型硅二极管，25时反向电流仅为5uA，温度升高到75时，反向电流也不过160uA。故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。
（4）整流二极管的选择
普通串联稳压电源电路中使用的整流二极管，对截止频率的反向恢复时间要求不高，只要根据电路的要求选择最大整流电流和最大反向工作电流符合要求的整流二极管即可。 （5）关于发光二极管
它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管和普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别和N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。由镓（Ga）和砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子和空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发光，碳化硅二极管发黄光。 发光二极管工作时正向饱和压降1.6～2V，电流一般为5--20mA。通常和限流电阻串联使用。例如：
一个发光二极管用作直流24V电源的指示灯，希望发光二极管的电流为10mA（电流决定了它的亮度，电流越大，亮度越高，反之亦反然，但不能过小或过大），则和其串接的限流电阻应这样选择：（24-2）V/10mA=2.2KΩ，功率为2.2K*10mA*10mA=2.2mW,取1/4W。 问题和思考：
（1）上网查询“常用整流二极管参数表”。
（2）如果使用LED作为+12V、-12V、+5V直流电源指示灯，画出电路图，计算限流电阻的阻值
和功率，并选择型号。 3. 滤波电容选型 （1）电容的分类
电容的分类如图1.12所示。
涤纶电容 独石电容
瓷介电容 铝电解电容
云母电容 钽电解电容
图1.12 电容的分类
（2）电容的标识
①容量单位：微法（μF）、纳法(nF)、皮法（pF）。例如:
1p2 表示 1.2pF 1n 表示 1000pF 10n 表示 0.01 μF 2μ2 表示 2.2 μF
简略方式：9999 ≥有效数字 ≥1时，容量单位为pF；
有效数字＜1时，容量单位为μF。
②额定电压：6.3V、10V、16V、25V、32V、50V、63V、100V、160V、250V、400V、450V、500V、630V、1000V。
在实际使用中，加在电解电容两端的电压不能超过其允许工作电压，在设计实际电路时应根据具体情况留有一定的余量，在设计稳压电源的滤波电容时，如果交流电源电压为 220V时，变压器次级的整流电压达到22V，此时选择耐压为25V的电解电容一般可以满足要求．但是，假如交流电源电压波动很大且有可能上升到250V以上时，则电容可能被击穿，此时最好选择耐压30V以上的电解电容。
③数码标注法：单位pF ，前两位数码为电容量的有效数字，第三位为倍乘数，但倍乘数是9 时表示×10 1。例如：
101 表示 10 ×101 = 100 pF 104表示10 ×104 = 0.1 μF 223 表示 22 ×103 = 0. 022 μF 159表示15 ×10-1 = 1. 5pF
（3）电容选型参考 名称 聚酯(涤纶)电容(CL) 电容量 额定电压 主要特点 小体积，大容量，耐热耐湿，稳定性差 稳定，低损耗，性能和聚苯体积较大 相似但体积小，稳定性略差 使用 对稳定性和损耗要求不对稳定性和损耗要求较高的代替大部分聚苯或云母高频振荡，脉冲等要求高频电路 要求不高的低频电路 高稳定性，高可靠性，温度系数小 高频损耗小，稳定性好 体积小，价稳定性差 稳定性较耐高温(200度) 脉冲、耦合、旁路等电路 63~630V 100V~30KV 63~2000V 100V~7kV 63~500V 50V~100V 63~400V 40p~4μ 聚苯乙烯电容(CB) 10p~1μ 聚丙烯电容(CBB) 1000p~10μ 云母电容(CY) 10p~0.1μ 高频瓷介电容(CC) 1~6800p 低频瓷介电容(CT) 10p~4.7μ 玻璃釉电容(CI) 10p~0.1μ 廉，损耗大，好，损耗小，高的低频电路 电路 电容，用于要求较高的电路 较高的电路 名称 铝电解电容 钽电解电容(CA)铌电解电容(CN) 电容量 额定电压 主要特点 体积小，容量漏电大 损耗、漏电小损耗小，效率高；可根据要求制成直线式、直线波长式、直线频率式及对数式等 使用 电源滤波，低频耦合，去耦，旁路等 在要求高的电路中代替铝电解电容 电子仪器，广播电视设备等 通讯，广播接收机等 收录机，电子仪器等电路作电路补偿 精密调谐的高频振荡回路 小型电子设备作谐振、耦合、滤波、旁路 体积小，重量轻；损耗比空气介质的大 损耗较大，损耗较小，体积小 体积较小 6.3450V 6.3125V 二倍额定电压 电容量大、体积小、可靠性高、电容量稳定，耐高温耐湿性好等。 0.4710000μ 0.11000μ 1001500p 15550p 空气介质可变电容器 薄膜介质可变电容器 薄膜介质微调电容器 129p 0.322p 0.5p1μ 陶瓷介质微调电容器 独石电容 大，损耗大，于铝电解电容 4. 三端稳压器件选型
电子产品中常见到的三端稳压集成电路有正电压输出的78×× 系列和负电压输出的79××系列。三端IC是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。有TO- 220 的标准封装，也有TO-92 封装和TO-3 封装。
用78/79系列三端稳压IC 来组成稳压电源所需的外围元件很少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠 、方便 ，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。
有时在数字78或79后面还有一个L、M或H。如78M12或79L24， 用来区别输出电流和封装形式等。79系列除了输出电压为负，引出脚排列不同以外，命名方法、外形等均和78系列的相同。
78、79系列三端线性稳压器（以78为例）按输出电流分4个系列： 78L05 5V 100mA 78M05 5V 500mA 7805 5V 1.5A 78H05 5V 3.0A
其中78H05为TO-3铁封装；7805,78M05为TO-220封装；78L05为TO-92封装。
因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用，可以用来改装分立元件的稳压电源，也经常用作电子设备的工作电源，电路如图1.13所示。
注意：三端集成稳压电路的输入、输出和接地端绝不能接错，不然容易烧坏。一般三端集成稳压电路的最小输入、输出电压差约为2V，否则不能输出稳定的电压，一般应使电压差保持在4~5V，即经变压器变压，二极管整流，电容器滤波后的电压应比稳压值高一些。
在实际使用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器 （当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。
在78xx 、79xx 系列三端稳压器中最常使用的是 TO-220和TO-202 两种封装。这两种封装的图形以及引脚序号、引脚功能如图1.13和图1.14所示。
图中的引脚号标注方法是按照引脚电位从高到底的顺序标注的，这样标注便于记忆。引脚 ①为最高电位，③脚为最低电位，②脚居中。从图中可以看出，不论正压还是负压，②脚均为输出端。对于 78xx正压系列，输入是最高电位，自然是①脚，地端为最低电位，即③脚，如附图所示。对和79xx负压系列，输入为最低电位，自然是③脚，而地端为最高电位，即①脚，如附图所示。
此外，还应注意，散热片总是和最低电位的第③脚相连。这样在78xx系列中，散热片和地相连接，而在79xx系列中，散热片却和输入端相连接。
图1.13 三端稳压器
TO-92封装 TO-3金属封装
图1.14 三端稳压器的封装
5.保险丝管的选型：
a)确定安全标志：根据产品将销售的市场要求，选定保险丝管的安全认证标志及安全标准（UL标准或IEC标准保险丝管）。
b)确定外型尺寸：根据安装空间和确定的安全认证标志及安全标准，选定保险丝管的外型尺寸。
c)确定型号：根据被保护回路的电流特性，选定保险丝管的型号。例如，被保护回路的电流特性为恒定电流，则选用快速熔断型。
d)确定额定电压：根据被保护回路的输入电压及使用要求，确定保险丝管的额定电压。例如，被保护回路的输入电压为220V，则须选用额定电压220V以上的保险丝管，可选250V、300V、350V等；但考虑成本因素，不必选用过高的额定电压。
e)确定最小额定电流：根据被保护回路的稳态工作电流及相关的使用折损系数，初步确定保险丝管的额定电流。例如，被保护回路的稳太工作电流为1A，选用UL标准延时保险丝管，工作环境温度约80℃，则保险丝管的额定电流最小选：1A×1.25÷0.5=2.5A。
f)确定保险丝管的最小I2T：根据被保护回路的浪涌I2T，确定保险丝管的I2T。例如，被保护回路的浪涌I2T为1（A2S），为保证保险丝管能承受10万次以上的冲击，保险丝管的I2T应大于：1÷0.2=5（A2S）。
g)确定保险丝管的额定电流：根据最小额定电流和最小I2T值，查产品目录中对应型号规格，取既大于最小额定电流值且其I2T值也大于最小I2T值的初级额定电流规格为选用保险丝管的额定电流。例如，依据以上最小值，（1）如额定电流2.5A的I2T为4.3 A2S，3A的I2T为5.4A2S，则取3A为选用保险丝管的额定电流；（2）如额定电流2A的I2T为5.3 A2S，2.5A的I2T为7.6A2S，则取2.5A为选用保险丝管的额定电流。
1.4 任务实施
1. 用Protel设计电路原理图，并对设计方案作出说明 典型案例：
2. 选择元器件型号，并说明元器件的选择依据，同时填写下表进行成本核算。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 元件名称 总 计： 参数 数量 单价（元） 合计（元） 3. 用workbench软件对电路进行仿真，记录并分析仿真结果。
①交流电压源：220V/50Hz；变压器：220V/15V；整流桥：理想二极管；负载电阻：1Mohm
计算：A，B，C点理论电压值。
测试并记录：*A，B，C点的实际电压值（想一想测得的是最大值，平均值还是有效值？）。
*C点波形.
*并分析C点实际电压值的测试结果。
②上述电路不变，将整流桥二极管改为1N4007； 测试并记录：* C点实际电压值。
* C点波形.
*并分析C点实际电压值的测试结果
③整流桥二极管仍为1N4007，在负载电阻旁并联滤波电容（2200uF）
测试并记录： * C点实际电压值。
* C点波形.
*并分析C点实际电压值的测试结果
④ 第③步电路图不变，通过改变负载电阻的阻值和滤波电容的电容值得到几组不同的时间常数。
分别为：RLC=1T / 2
RLC=2T / 2 RLC=3T / 2 RLC=5T / 2
注：T为50Hz交流电源的周期
测试并记录： * C点波形。
*分析测试结果，并给出结论。
4. 电路板制作
制作基本要求及注意事项：
（1）区分电路板的元件面和焊接面，合理规划电路板的布局：输入输出接口应放在电路板的左右两侧；保险管应尽可能的靠近输入端子，整流电路尽量靠近保险管；三端稳压器应安装散热片，并且保证接触良好；三端稳压器应尽量放在电路板的边缘。 （2）焊接元件。
①按照电路原理图，依据模块功能由前到后的顺序焊接调试。 ②焊接输入引线端子，确定端子功能。 ③焊接保险管座。
④焊接整流二极管和滤波电容（正确辨别电解电容的极性、耐压值）并测试。 ⑤焊接三端集成稳压器件并测试。 ⑥焊接电源指示灯及其限流电阻。 ⑦焊接电源输出端子。
⑧安装集成线性稳压电路的散热片。 参考案例：
5. 调试
①调试方法及注意事项
（1）电源板焊接完毕，对照原理图认真检查一遍然后开始测试。
（2）连接完毕后，打开调试台电源远离电源板1~2分钟，观察电路板有无异味或异常响动，如果一切正常可以开始下一步测试。
（3）用数字多用表按电源引出定义，检测+5V、+12V、-12V输出。
（4）若+5V、+12V、-12V输出不正常，需要重新检查有无错焊、漏焊、虚焊。 ②常见故障及其现象
故障现象 无整流输出或输出不正常 无稳压输出或输出不正常 ±12V输出不正常 输出纹波大 保险管无输入 整流桥无输入 电解电容发热或爆裂 电解电容发热或爆裂 无直流输出 ③故障诊断流程
故障原因 整流桥接错或损坏 集成稳压电路引脚接错或损坏 交流输入中心抽头漏接 滤波电容漏接 交流输入漏接 保险管损坏 电解电容极性接反 电解电容耐压不够 直流输出漏接
1.5总结评价
项目教学内容名称 考核点 评价说明 好 良合格 好 10 8 6 不考合核格 分 4 明确项目任务 明确项目实现目标、项目包含的主要任务以及项目技术指标。 项目涉及的技术理论要 资料收集、分工分组、制定 10 8 6 4 工作计划和实施程序 详细了解，收集典型电路、元器件说明等技术资料。小组分工，进行工具准备，安全措施准备等。 参照工程实际，用比较 法确立项目设计方案、实施方案、检测方案。 按计划组织实施情况， 分析问题、解决问题能力，实践动手能力，分工合作情况，工作态度。 实施过程总结，所遇问 题的具体分析，方案调整说明，收获和体会。 按更高技术要求完成项 目任务，新技术使用。 10 32 24 16 确立项目整体方案 项目具体实施 40 8 6 4 总结评价 提高和拓展 合计 20 16 12 8 10 8 6 4 1.6任务拓展
1.6.1 三端稳压器7805的扩流电路
此电路是常见的一个线性三端稳压器扩流电路。 （1）电源的缺点:
①此电源是线性稳压电路,所有有其特有的内部功率损耗大,全部压降均转换为热量损失了,效率低，所以散热问题要特别注意。
②由于核心的元件7805的工作速度不太高,所以对于输入电压或者负载电流的急剧变化的响应慢。
③此电路没有加电源保护电路,7805本身有过流和温度保护，但是扩流三极管TIP32C没有加保护,所以存在一个很大的缺点。如果7805在保护状态以后,电路的输出会是Vin-Vce, 电路输出超过预期值,这点要特别注意。 （2）电源的优点：
①电路简单、稳定，调试方便(几乎不用调试)。 ②价格便宜，适合于对成本要求苛刻的产品。
③电路中几乎没有产生高频或者低频辐射信号的元件，工作频率低，EMI等方面易于控制。 （3）电路工作原理：
Io = Ioxx + Ic
Ioxx = IREG – IQ ( IQ 为7805的静态工作电流,通常为4-8mA) IREG = IR + Ib = IR + Ic/β (β 为TIP32C的电流放大倍数) IR = VBE/R1 ( VBE 为 TIP32的基极导通电压)
所以 Ioxx = IREG–IQ = IR+ Ib–IQ = VBE/R1+ IC/β-IQ ，由于IQ很小,可略去,则:
Ioxx = VBE/R1 + IC/β
查TIP32C手册,VBE = 1.2V, 其β 可取10
Ioxx = 1.2/R + Ic/β = 1.2/22 + Ic/10 = 0.0545 + Ic/10 (R=22 OHM ) Ic = 10 * (Ioxx – 0.0545 )
假设 Ioxx = 100mA, Ic = 10 * ( 100 - 0.0545 * 1000 ) = 455(mA) 则 Io = Ioxx + Ic = 100 + 455 = 555 mA.
再假设Ioxx = 200A, Ic = 10 * ( 200 – 0.0545 * 1000 ) = 1955mA
Io = Ioxx + Ic = 200 + 1955 = 2155mA
由上面的两个举例可见,输出电流大大的提高了。
电阻R的大小：
R的大小对调整通过7805的电流有很大的关系,取不同的值带入上式即可看出.R越大,则输出同样的电流的情况下流过7805的电流要小些,反之亦然.通常这样的电路中,对于扩流三极管TIP32加散热片,而对于7805则无需要,但是R的值不能过大,其条件是:
R < VBE /( IREG – IB)
散热的问题是线性电源本身要考虑的问题。
1.6.2 开关型稳压电源的实现
1. 开关型集成稳压电源介绍
开关型直流稳压电源是和线性稳压电源不同的一类稳压电源。它和线性电源的根本区别在于电路中的变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹。功率管不是工作在线性区，而是饱和及截止区，即工作在开关状态；开关型直流稳压电源也因此而得名。
无工频变压器式开关电源亦称低损耗电源，由于内部器件工作在高频开关状态，所以本身消耗的能量很低，电源效率可达80％，甚至90％，比普通线性稳压电源提高近一倍。开关型直流稳压电源所用集成电路分两种：单端或双端输出式脉冲宽度调制器、脉冲频率调制器。二者均可构成无工频变压器的开关电源。它们是利用体积很小的高频变压器来实现电压转换及电网隔离，因此能省掉体积笨重的工频变压器。
单片开关式稳压器是在20世纪肋年代至90年代发展起来的一种开关式集成稳压器，它将脉宽调制器、功率输出级、保护电路等集成在一个芯片中。典型产品有意一法半导体有限公司(SGS—Thomson)生产的L4960、L4970两大系列，稳压器效率可达90％以上，并且输出电压连续可调，适合制造从几十瓦至几百瓦的开关电源。
单片开关电源属于AC／DC电源变换器，单片开关电源集成电路自20世纪90年代中期问世以来便显示出强大的生命力。单片开关电源具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等优点，现已成为开发中、小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。
开关电源的优点是体积小，质量轻，稳定可靠；缺点相对于线性电源来说纹波较大(一般≤1％Uo(p-p)，好的可做到十几mV(p-p)或更小)。
线性稳压电源是通过改变晶体管的导通程度来改变和控制其输出的电压和电流，在线性稳压电源中晶体管相当于一个可变电阻，串接在供电回路中。由于可变电阻和负载流过相同的电流，因此要消耗掉大量的能量并导致升温，电压转换效率低。线性稳压电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管极间的电压降来稳定输出。由于调整管静态损耗大，需要安装一个很大的散热器给它散热。由于线性电源的变压器工作在工频(50Hz)上，所以质量较大。
线性稳压电源优点是稳定性高，纹波小，可靠性高，易做成多路输出连续可调的电源。缺点是体积大、较笨重、效率相对较低。这类稳压电源又有很多种，从输出性质可分为稳压电源、稳流电源和集稳压、稳流于一身的稳压稳流(双稳)电源。从输出值来看可分固定输出电源、波段开关调整式和电位器连续可调式几种。从输出指示上可分指针指示型和数字显示式型等。 2. 案例：
LM2596S-5的单片式开关稳压直流电源实例
问题和思考：线性稳压电源和开关稳压电源各有什么优缺点？
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