《直流稳压电源操作技能》教学设计.docx
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《直流稳压电源操作技能》教学设计
项目：
直流稳压电源操作技能
浙江信息工程学校汤利东
直流稳压电源由变压、整流、滤波、稳压等部分组成，它不仅在电子技术中应用广泛，而且在机床控制电路中也得到广泛应用。
通过本项目学习（操练），了解常见的直流稳压电源的基本结构和工作原理，熟悉各电子元件在电路中的作用，初步掌握器件识别、组装和典型故障分析、排除的基本技能。
了解直流稳压电源的基本构成与应用。
能对常用电子器件进行正确选用。
掌握直流稳压电源的组装技能。
任务一直流稳压电源的制作
“小任真聪明！
能用一些小器件（电子器件），做出一件件小作品。
”小明很佩服地说，“他又制作出一台可以任意调节输出电压的直流稳压电源。
它不仅供收音机、DVD等使用，还可以满足同学们所制作的电子作品的用电呐……”
同学们，你想拥有一台输出电压可以任意调节的直流稳压电源吗？
让我们一起来学习有关直流稳压电源制作方面的知识和技能吧！
直流稳压电源的基本构成与选用、电子器件的识别与串联型稳压电源组装，以及相关拓展知识。
知识链接1
直流稳压电源的基本构成与选用
直流稳压电源由降压电路、整流电路、滤波电路和稳压电路组成，其基本结构如图1所示。
图1直流稳压电源的基本结构
直流稳压电源是将交流电压转换为稳定直流电压的装置，电路先通过由变压器组成的降压电路获得低压交流电，然后通过整流电路得到脉动直流电，再通过滤波电路获得较平滑的直流电，最后通过稳压电路输出所需的直流电，工作原理如图2所示。
图2直流稳压电源工作原理方框图
降压电路的作用是将电网中的交流电压变换成整流所需的交流电压。
常用的降压电路主要有变压器降压和电容器降压电路，其特点如表1所示。
表1常用降压电路特点
电路名称
特点
电路图
变压器降压电路
利用变压器初级、次级绕组匝数的不同来实现交流电压的变换，结构简单，但体积较大
电容器
降压电路
具有体积小、重量轻等优点；但具有印制电路板带电，电流较小等缺点
整流电路是利用二极管的单相导电性把交流电变换为脉动直流电。
常用的整流电路有半波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路等，其电路结构及特点如表2所示。
表2常用整流电路结构及特点
电路名称
电路原理图
电路特点
半波整流电路
使用元器件少，结构最简单，但效率低，输出电压脉动系数大
全波整流电路
效率高，输出电压的脉动性小，但需用中心抽头变压器的体积相对较大，整流二极管所承受的最大反向峰值电压高
桥式整流电路
变压器的利用率高，整流二极管所承受的最大反向峰值电压低，带负载能力较强，但需要4只整流二极管
滤波电路的作用是滤除整流电路输出脉动直流电压中的交流分量，使直流电压变得平滑。
常用的滤波电路有电容滤波电路、电感滤波电路和LC滤波电路，其电路结构及特点如表3所示。
稳压电路是使输出直流电压稳定，不随电网电压或负载变化而波动。
常用的稳压电路有串联型稳压电路、并联型稳压电路和集成稳压电路，其电路结构及特点如表4所示。
表3常用滤波电路结构及特点
电路名称
电路原理图
电路特点
电容滤波电路
利用滤波电容器充电和放电作用，使直流电压变得比较平滑，且输出电压的平均值提高，但电容量由负载RL的大小来选择
电感滤波电路
带负载能力好，但输出电压较低
LC滤波电路
输出电压高，滤波效果好，但输出电流小，带负载能力差
表4常用稳压电路结构及特点
电路名称
电路原理图
电路特点
串联型稳压电路
稳压性能好，且可以调整输出电压的高低，输出电流大，但结构复杂
并联型稳压电路
电路结构简单，稳压电路线路简单，调试维修比较方便，但稳压性能较差，输出电压不易调节，输出电流小
集成稳压电路
电路简单，稳压性能好，但输出电压不易调节，输出电流小
知识拓展
——元器件引线成形工艺
在装焊元器件时，为提高装焊质量，使元器件排列整齐、美观，就要用尖嘴钳或镊子对元器件引线进行成形加工。
常用的元器件引线成形方式如表5所示。
表5常用元器件引线成形方式
成形方式
元器件引线成形的形状图
卧式插装时
元器件引线成形
孔距相当
孔距不当
立式插装时
元器件引线成形
知识链接2
元器件的识别与串联型稳压电源的构成
常用的实用串联型稳压电源，如图3所示。
它由电源变压器、桥式整流电路、电容滤波电路和串联型稳压电路构成。
图3串联型稳压电源
串联型稳压电源所用的电子元器件如表6所示。
表6元器件清单
代号
规格
名称
代号
规格
名称
VT1、VT3
9013
小功率三极管
C2
100F/25V
电解电容器
VT2
D882
大功率三极管
R1
3k/0.125W
金属膜电阻器
VD1～VD4
1N4001
整流二极管
R2
560/0.125W
金属膜电阻器
VD5
2CW53
5.3V稳压管
R3、R4、RL
470/0.125W
金属膜电阻器
C1、C3
470F/25V
电解电容器
RP
470/1W
实芯电位器
1．元器件的识别与检测
电子设备装接前，首先要对元器件进行识别和检测。
（1）二极管识别与检测。
半导体二极管简称二极管，是由一个PN结加上电极引线和管壳构成。
P型区的引出线称为正极或阳极，N型区的引出线称为负极或阴极。
利用PN结的单向导电性能，二极管广泛应用与整流、检波等各种场合。
二极管的极性判断有两种方法：
外观识别法和使用万用表进行识别。
外观识别是指二极管的极性一般可通过二极管管壳上的标志来识别，如图4所示。
图4二极管外形判别极性
若管壳无标识或标识不清，就需要用万用表进行检测，其检测电路如图5所示。
首先，选择万用表欧姆R×100或R×1k挡（一般不用R×1挡，因为电流太大，而R×10k挡电压太高，管子会有损坏的危险）将两表棒分别接二极管的2个电极，接着交换电极再测一次，从而得到2个电阻值。
根据二极管反向电阻值（几十千欧到几百千欧）远大于正向电阻值（几百欧到几千欧）的特性，以测量阻值小的一次为准，黑表棒接的是二极管的正极，红表棒接的是二极管的负极（以上测量使用万用表为模拟式万用表，如使用数字式万用表，则红表棒接的是二极管的正极，黑表棒接的是二极管的负极）。
图5二极管管脚检测电路
稳压管识别也可根据管壳上的表示型号的标识加以判别。
若碰到管壳标识不清的情况，则使用万用表进行检测，如图6所示。
稳压管和二极管工作状态存在明显区别，二极管工作在正向导通状态，而稳压管工作在反向击穿状态，其反向伏-安特性曲线非常陡，动态电阻（Rz）很小。
据此，我们可用万用表电阻挡将两者加以区分。
具体方法如下：
先选择欧姆R×10k挡，用黑表棒接待区分管的负极，红表棒接其正极，由表内叠层电池向管子提供反向电压。
此时，注意观察表针，若基本不动，停在“∞”处或有极小偏转的为普通二极管；若表针有一定的偏转，则为稳压管。
此方法适用于反向击穿电压比R×10k挡的表内叠层电池电压低的稳压管。
图6稳压管管脚的检测
（注：
此方法仅适用于稳压值小于9V稳压管的检测）
（2）三极管识别与检测。
半导体三极管简称三极管，是其内部含有两个PN结，外部有3个引出电极的半导体器件。
具有对电信号的放大、开关控制等作用，在实际电路中被广泛使用。
三极管的极性判断有两种方法：
外观识别法和用万用表进行识别。
外观识别是指三极管的一般可通过三极管管壳上管脚的标志来识别，如图7所示。
图7常见三极管管型与管脚
若管壳无标识或标识不清，就要用万用表进行检测，一般先判别三极管管型和基极，然后再判别集电极和发射极。
①三极管的管型判别。
利用PN结反向电阻远大于正向电阻的特性，可利用万用表来进行三极管管型检测。
具体方法如下：
先选择万用表欧姆R×1k挡，测任意两管脚电阻值，若无阻值则更换某一管脚或交换表棒，直至有测量阻值为止。
此时，黑表棒对应为PN结的P端，而红表棒对应为PN结的N端（检测时，使用的万用表为模拟式万用表）。
然后，再通过以上测量方法判断出，第三脚的极性（是P端还是N端），而不同极性的一个管脚为三极管的基极。
②三极管的管脚判别。
在判别管型，找到基极后，可以用万用表进一步判别三极管的集电极和发射极。
将万用表拨到R×1k挡，对于NPN型管，用手指同时捏住基极与黑表棒搭接的一管脚，如果表针向右方向偏转，就表明红表棒接的是发射极，黑表棒接的是集电极，如图8所示。
假如表针基本保持原状和偏转很小，可将黑、红表棒对调进行重新测试。
倘若以上两次测试指针均不动，则表示三极管已失去放大作用。
图8判断三极管的集电极、发射极
（3）电容器识别与检测。
电容器是一种储能元件，是组成电子电路的基本元器件之一。
它被广泛地用于耦合、滤波、隔直流、调谐电路中，以及与电感组件组成振荡电路。
串联型直流稳压电源中的电容器均为电解电容器。
电容器标称容量和偏差一般标注在电容器外壳上，如图9所示。
电解电容器极性一般可通过外观判别，未使用过的电解电容器以引线的长短来区分电容器的正、负极，长引线为正极，短引线为负极；通过电容器外壳标注来判别（有些电容器外壳标注负号对应的引线为负极）。
也可利用电解电容器正向的漏电电阻大于反向的漏电电阻的特性，通过测量电容器的漏电电阻来判别电解电容器的极性。
电解电容器质量可以用万用表的电阻挡R×1k或R×10k挡（视电容器的容量而定）测量。
将两表棒分别接触电容器的两引线，表针会迅速的顺时针方向偏转，然后再按逆时针方向逐渐退回“∞”附近，这时表针所指的是该电容的漏电电阻值。
一般，电容器的漏电电阻很大（约几百到几千兆欧）。
漏电电阻越大，则电容器的绝缘性能越好。
若漏电电阻较小（几兆欧姆甚至更小），表明电容器漏电严重，不能使用。
（4）电阻器识别与检测。
串联型直流稳压电源中的电阻器一般均为金属膜的色环电阻器，如图10所示。
图9电容器识读图10色环电阻器
色环电阻通过不同颜色带在电阻器表面标出标称阻值和允许误差。
色环靠近电阻器一端的第1条色码带的颜色表示第1位数；第2条色码带的颜色表示第2位数；第3条色码带的颜色表示倍乘；第4条色码带的颜色表示允许误差。
如果有5条色码带，其中第1条、第2条、第3条色码带表示第1位、第2位、第3位数，第4条色码带表示倍乘，第5条色码带表示允许误差，如图11所示。
电阻器色标符号的规定如表7所示。
图11色环电阻器识读
表7电阻器色标符号对照表
颜色
第1位有效数
第2位有效数
倍乘数
允许误差（％）
棕
1
1
101
±1
红
2
2
102
±2
橙
3
3
103
－
黄
4
4
104
－
绿
5
5
105
±0.5
篮
6
6
106
±0.25
紫
7
7
107
±0.1
灰
8
8
108
+20−50
白
9
9
109
－
黑
0
0
100
－
金
－
－
10−1
±5
银
－
－
10−2
±10
无色
－
－
－
±20
【例】某一电阻器上，从色环靠近的一端开始，色环按顺序排列分别为黄、紫、红、金色，则该电阻器阻值为：
47×102±47×102×5%=4.700±235（）。
可使用万用表对电阻器进行检测，看其阻值与标称阻值是否相符，差值是否在电阻器的标称误差范围之内。
使用万用表测量电阻器时要注意以下几点。
图6.12万用表正确测量电阻
①测量时人的手不能同时接触被测电阻器的两根引脚（见图12），以免并入人体电阻影响测量的准确度。
②测量在电路上的电阻器时，必须切断电源，将电阻器从电路中断开一端，以防止电路中的其他元件对测量结果产生不良的影响。
③测量电阻器的阻值时，应根据电阻值的标称值大小选择合适的量程，否则将无法准确地读出数值。
由于万用表的欧姆挡刻度线是非线性的，一般欧姆挡的中间段，刻度分布较细且准确。
因此测量电阻时，尽可能将表针落到刻度的中间一段，以提高测量精度。
2．元器件的装接要求
（1）装接的基本要求。
①所有元器件、零部件和材料均应符合标准和设计文件要求，经检验合格方可安装。
②元器件的装插应遵循“先小后大、先轻后重、先低后高、先里后外”的原则。
③元器件装插位置正确、无损伤，做到美观、整齐，高矮有序、不歪斜。
④对装接后的设备（产品），必须进行检查调试，并保持其整洁。
（2）装接的具体要求。
①电阻、二极管（发光二极管除外）要尽量采用水平安装，贴紧印制板或铆钉板，标记应向上、方向应一致。
②发光二极管采用立式安装，底面离印制板6±1mm。
三极管、单向可控硅、场效应管采用直立式安装，底面离印制板5±1mm。
③电解电容、涤纶电容器尽量插到底，元器件底面离印制板不大于4mm；元片电容器底面离印制板一般为2～4mm。
④微调电位器尽量插到底，不能倾斜，3只引脚均需焊接。
电子设备装接前，一定要对元器件进行识别和检测。
电子设备装接时，应遵循“先小后大、先轻后重、先低后高、先里后外”的原则。
装接的元器件，要位置正确、无损伤，整体美观、无歪斜。
知识拓展
——元器件在电路板上的插装
1．电路板种类
目前在学校的实践教学中，常用的电路板有铆钉板和印制板两种。
印制板又分为单面印制板、双面印制板、多层软性印制板3种。
2．电路板中的技术术语
◎焊盘：
指电路板上的焊接点。
◎焊盘孔：
指电路板上安装元器件的焊接点插孔。
◎冲切孔：
指电路板上除焊盘孔外的洞和孔。
它可以安装零部件、紧固件、橡塑件、导线穿孔等。
◎反面：
指进行元器件焊接的一面。
◎正面：
指安装元器件、零部件的一面。
3．元器件在电路板上的插装工艺
（1）元器件插装基本工艺要求。
①元器件在印制板上的分布应尽量均匀，疏密一致，排列整齐美观，不允许斜排、立体交叉和重叠排列。
②有安装高度的元器件要符合规定要求，统一规格的元器件尽量安装在同一高度上。
③有极性的元器件，安装前可以套上相应的套管，安装时极性不得接错。
④元器件引线直径与印制板焊盘孔径应有0.2～0.4mm合理间隙。
⑤元器件一般应布置在印制板的同一面，元器件外壳或引线不得相碰，要保证0.5～1mm的安全间隙。
无法避免接触时，应套绝缘套管。
（2）元器件插装具体工艺要求。
①电阻的插装焊接。
电阻的插装方式一般有卧式和立式两种，如图13所示。
电阻卧式插装焊接时，应贴紧印制板，并注意电阻的阻值色环向外、同规格电阻色环方向应排列一致；直标法的电阻器标志应向上。
电阻立式插装焊接时，应使电阻离开电路板1～2mm，并注意电阻的阻值色环向上、同规格电阻色环方向应排列一致。
②电容的插装焊接。
电容插装方式可分为卧式和立式两种，如图14所示。
图13电阻的卧式和立式插装图14电解电容的卧式和立式插装
瓷片电容插装焊接时，应使电容离开多用电路板4～6mm，并且标记面向外，同规格电容排列整齐高低一致。
电解电容插装焊接时，应注意电容离开电路板1～2mm，并注意电解电容的极性不能搞错，同规格电容排列整齐高低一致。
③二极管的插装焊接。
二极管插装方式可分为卧式和立式两种，如图15所示。
图6.15二极管的插装方式
二极管卧式插装焊接时，应使二极管离开电路板3～5mm。
注意二极管正、负极性位置不能搞错，同规格的二极管标记方向应一致。
二极管立式插装焊接时，应使二极管离开多用电路板2～4mm。
注意二极管正、负极性位置不能搞错，有标志二极管其标记一般向上。
④三极管的插装焊接。
三极管插装方式可分为直插式、倒插式、横插式、嵌入式等几种，如图16所示。
三极管插装焊接时，应使三极管（并排、跨排）离开电路板4～6mm，并注意三极管的三个电极不能插错，同规格三极管应排列整齐高低一致。
图16三极管的插装方式
⑤集成电路插座插装焊接。
插装集成电路插座时，应使其紧贴电路板。
焊接时应按1脚、14脚或16脚顺序焊接。
⑥发热元器件插装焊接。
发热元器件插装焊接时，要与印制板保持一定的距离，不允许贴板安装。
⑦热敏元器件插装焊接。
热敏元器件插装焊接时，要远离发热元件。
⑧变压器等电感器件插装焊接。
变压器等电感器件插装焊接时，要减少对邻近元器件的干扰。
4．手工锡焊操作步骤
把成形的元器件事先插入印制板或铆钉板的焊接位置上，调整好元器件的高度，再在焊点上涂上焊剂，右手握电烙铁，将烙铁头放在元器件的引脚焊接处，左手捏焊锡丝，用焊锡丝的另一端去接触烙铁头，如图3.20所示。
焊锡的多少应根据焊点大小而定。
【列一列】列元器件清单
串联型稳压电源电路如图17所示，列一下该电路的元件，并填写在表8中。
图17串联型稳压电源电路
表8串联型稳压电源电路元器件清单
元件名称
型号
元件名称
型号
【做一做】串联型稳压电源电路的装接
按图正确装接串联型稳压电源，将稳压电源输出调试到12 V。
测量测试点电位，并填写在表9中。
表9各测试点电位
测试点
电位（V）
测试点
电位（V）
A
D
B
E
C
F
【写一写】收获体会
请写一写导线连接后的收获体会。
把装接“串联型稳压电源电路”实训工作评价意见，填写在表10中。
表10实训情况评议表
项目
评定人
实训评价
等级
评定签名
自己评
同学评
老师评
综合评
定等级
注：
以成功装接电路、元件布局合理、元件成型质量、焊接质量、各点电位测量正确为评定标准。
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