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1、2022/11/22,-模拟电子技术-,1,1.3 项目训练,项目一,集成直流稳压电源的制作,1.1 项目描述,1.2 项目知识,1.4 项目拓展,2022/11/22,-模拟电子技术-,2,项目描述,直流稳压电源的作用,直流稳压电源是电子设备中必不可少的组成部分,它是将220V/50Hz的交流电转变成稳定的直流电.,2022/11/22,-模拟电子技术-,3,任务:设计制作一稳压电源,要求:将220V变为稳定的可调的015V的直流电.,UO,t,2022/11/22,-模拟电子技术-,4,电源变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。,整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u
2、3。,滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。,稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。,直流稳压电源的组成和功能,2022/11/22,-模拟电子技术-,5,一、半导体二极管,二极管 = PN结 + 管壳 + 引线,1、结构,2、符号,项目知识,电路元件,2022/11/22,-模拟电子技术-,6,2022/11/22,-模拟电子技术-,7,3、 二极管按结构分三大类:,(1) 点接触型二极管,PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。,2022/11/22,-模拟电子技术-,8,(3) 平面型二极管,用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大
3、可小，用于高频整流和开关电路中。,(2) 面接触型二极管,PN结面积大，用于工频大电流整流电路。,2022/11/22,-模拟电子技术-,9,4、半导体二极管的型号,国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：,2AP9,2022/11/22,-模拟电子技术-,10,5、半导体二极管的VA特性曲线,硅：0.5 V 锗： 0.1 V,(1) 正向特性,导通压降,(2) 反向特性,死区电压,实验曲线,硅：0.7 V 锗：0.3V,2022/11/22,-模拟电子技术-,11,6、 二极管的主要参数,(1) 最大整流电流IF,二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大正向平均电流。,(2) 最高反向工作
4、电压UR,二极管工作时允许外加的最大反向电压，超过此值，二极管可能因反向击穿而损坏。,(3) 反向电流IR,在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(A)级。,(4) 最高工作频率fM,fM是二极管工作的上限频率。超过此值，由于结电容的作用，二极管的单向导电性将不能很好的体现。,2022/11/22,-模拟电子技术-,12,二、电容,复习电容的结构电容的导电机理电容的特性,2022/11/22,-模拟电子技术-,13,三、 三端固定集成稳压器,CW7800 系列(正电源),CW7900 系列(负电源),5 V/ 6 V/ 9 V/ 12
5、V/ 15 V/ 18 V/ 24 V,1、78、79 系列的型号命名,输出电流,78L / 79L 输出电流 100 mA,78M / 9M 输出电流 500 mA,78 / 79 输出电流 1.5 A,输出电压,例如：,CW7805 输出 5 V，最大电流 1.5 A,CW78M05 输出 5 V，最大电流 0.5 A,CW78L05 输出 5 V，最大电流 0.1 A,2022/11/22,-模拟电子技术-,14,封装,符号,塑料封装,金属封装,2022/11/22,-模拟电子技术-,15,四、三端可调输出集成稳压器,1、典型产品型号命名,CW117/217/317系列(正电源),CW1
6、37/237/337系列(负电源),工作温度,CW117(137) -55 150C,CW217(237) -25 150C,CW317(337) 0 125C,基准电压,1.25 V,输出电流,L 型 输出电流 100 mA,M 型 输出电流 500 mA,2022/11/22,-模拟电子技术-,16,交流电源,负载,220 V,单向脉动电压,合适的交流电压,滤 波,稳 压,直流稳压电源组成方框图,电路结构及原理,2022/11/22,-模拟电子技术-,17,一 整流电路,1 作用:把交流电转换成脉动直流电.,分类:半波整流 全波整流 桥式整流 倍压整流,2022/11/22,-模拟电子技术
7、-,18,桥式整流电路,（1）组成：由四个二极管组成桥路,u2正半周时:,D1 、D3导通， D2、D4截止,（2）工作原理：,2022/11/22,-模拟电子技术-,19,u2负半周时：,D2、D4 导通， D1 、D3截止,2022/11/22,-模拟电子技术-,20,输出电压平均值：UL=0.9u2,输出电流平均值:IL= UL/RL =0.9 u2 / RL,流过二极管的平均电流：ID=IL/2,（3）主要参数：,2022/11/22,-模拟电子技术-,21,集成硅整流桥：,2022/11/22,-模拟电子技术-,22,二 滤波电路,电容滤波,V 导通时给 C 充电，V 截止时 C 向
8、 RL 放电；,1. 电路和工作原理,滤波后 uo 的波形变得平缓，平均值提高。,电容充电,电容放电,电容滤波电路,2022/11/22,-模拟电子技术-,23,2. 波形及输出电压,当 RL = 时：,当 RL 为有限值时：,通常取 UO = 1.2U2,RC 越大 UO 越大,RL = ,为获得良好滤波效果，一般取：,(T 为输入交流电压的周期),2022/11/22,-模拟电子技术-,24,例 8.1.1 单相桥式电容滤波整流，交流电源频率 f = 50 Hz，负载电阻 RL = 40 ，要求直流输出电压 UO = 20 V，选择整流二极管及滤波电容。,解,1. 选二极管,选二极管应满足
9、：,IF (2 3) ID,可选：2CZ55C(IF = 1 A，URM = 100 V)或 1 A、100 V 整流桥,电流平均值：,承受最高反压：,2. 选滤波电容,可选： 1 000 F，耐压 50 V 的电解电容。,2022/11/22,-模拟电子技术-,25,其他形式滤波,1. 电感滤波,整流后的输出电压：,直流分量被电感 L 短路交流分量主要降在 L 上,电感越大，滤波效果越好,2. 型滤波,C1、C2 对交流容抗小,L 对交流感抗很大,负载电流小时,2022/11/22,-模拟电子技术-,26,作用:当电网波动和负载变化时.维持输出直流电压稳定.类型:1 稳压二极管组成的并联稳压
10、电路 2 串联型稳压电路,三 稳压电路,2022/11/22,-模拟电子技术-,27,2、CW7800 的基本应用电路,防止输入端短路时 C3反向放电损坏稳压器,2022/11/22,-模拟电子技术-,28,2、CW117 基本应用电路,外形引脚,基本应用电路,V2 防止输出端短路时C2 通过调整端放电损坏稳压器,V1 防止输入端短路时C4 反向放电损坏稳压器,2022/11/22,-模拟电子技术-,29,项目训练,训练目标,掌握用万用表识别与检测电路所用元器件方法 掌握直流稳压电源的组成及基本原理 掌握集成稳压电源电路的安装与测试方法 掌握集成稳压电源电路的故障分析与排除方法,集成直流稳压电
11、源制作,2022/11/22,-模拟电子技术-,30,训练内容,一、元器件识别与检测,1、半导体二极管的识别与检测,目测判别极性,2022/11/22,-模拟电子技术-,31,用万用表检测二极管,在 R 1 k 挡进行测量，,红表笔是(表内电源)负极，黑表笔是(表内电源)正极。,测量时手不要接触引脚。,(1)用指针式万用表检测,一般硅管正向电阻为几千欧，锗管正向电阻为几百欧。,正反向电阻相差不大为劣质管。,正反向电阻都是无穷大或零则二极管内部断路或短路。,2022/11/22,-模拟电子技术-,32,(2) 用数字式万用表检测,红表笔是(表内电源)正极，黑表笔是(表内电源)负极。,2022/1
12、1/22,-模拟电子技术-,33,2、电容器的识别与检测,指针稳定后的阻值为电容器的漏电电阻。,2022/11/22,-模拟电子技术-,34,二、整流滤波电路的安装与调试,C,u=12V C=100uF (C=47uF) RL=1k二极管取IN4007,2022/11/22,-模拟电子技术-,35,测量无滤波、有滤波时的输出电压值及输出电压波形 分析滤波的作用 分析电容C的大小对输出电压大小的影响,2022/11/22,-模拟电子技术-,36,三、三端固定稳压器的安装与调试,2022/11/22,-模拟电子技术-,37,此项目要求课内在教师的指导下，在万能板上完成安装与调试,2022/11/2
13、2,-模拟电子技术-,38,1电路图设计（1）确定目标：设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出直流稳压电源方框图。（2）系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形式。（3）参数选择：根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。（4）总电路图：连接各模块电路。,四、三端可调稳压电源的设计与制作,设计步骤:,2022/11/22,-模拟电子技术-,39,2电路安装、调试（1）为提高学生的动手能力，学生自行设计印刷电路板，并焊接。（2）在每个模块电路的输入端加一信号，测试输出端信号，以验证每个模块能否达到所规定的指标。（3）重点测试稳压电路的稳压系数。（4）将各模块电路连
14、起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。,2022/11/22,-模拟电子技术-,40,1、根据稳压电源的输出电压Uo、最大输出电流Iomax，确定稳压器的型号及电路形式,设计举例:,设计并制作一个连续可调直流稳压电源主要技术指标要求：, 输出电压可调：Uo=+3V+9V 最大输出电流：Iomax=800mA 输出电压变化量：Uo15mV, 稳压系数：SV0.003,2022/11/22,-模拟电子技术-,41,317系列稳压器输出连可调的正电压可调范围为1.2V37V最大输出电流为1.5A输入与输出工作压差U=Ui-Uo：340V能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。,电路形式如下图
15、,2022/11/22,-模拟电子技术-,42,2、选择电源变压器,1）确定副边电压U2:,根据性能指标要求：Uomin=3V Uomax=9V又 Ui-Uomax(Ui-Uo)min Ui-Uoin(Ui-Uo)max其中：（Ui-Uoin）min=3V，(Ui-Uo)max=40V,2022/11/22,-模拟电子技术-,43, 12VUi43V,此范围中可任选 ：Ui=14V=Uo1根据 Uo1=(1.11.2)U2可得变压的副边电压：,2）确定变压器副边电流I2, Io1=Io,又副边电流I2=(1.52)IO1 取IO=IOmax=800mA则I2=1.50.8A=1.2A,3）选择
16、变压器的功率,变压器的输出功率：PoI2U2=14.4W,2022/11/22,-模拟电子技术-,44,3、选择整流电路中的二极管, 变压器的副边电压U2=12V, 桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：,桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：,查手册选整流二极管IN4001，其参数为：反向击穿电压UBR=50V17V最大整流电流IF=1A0.4A,2022/11/22,-模拟电子技术-,45,4、滤波电路中滤波电容的选择,滤波电容的大小可用式 求得,1）求Ui,根据稳压电路的的稳压系数的定义：,设计要求Uo15mV ，SV0.003,Uo=+3V+9V,Ui=14V,代入上式，则可
17、求得Ui,2022/11/22,-模拟电子技术-,46,2）滤波电容C,设定Io=Iomax=0.8A，t=0.01S,则可求得C,电路中滤波电容承受的最高电压为,所以所选电容器的耐压应大于17V,2022/11/22,-模拟电子技术-,47,在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导体、绝缘体和半导体。 典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。,硅原子,锗原子,硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。,项目拓展,一、半导体知识,2022/11/22,-模拟电子技术-,48,这一现象称为本征激发，也称热激发。,当温度升高或受到光的照射时，束缚电子能量增高，有的电子可以挣脱原子核的
18、束缚，而参与导电，成为自由电子。,自由电子,空穴,自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，称为空穴。,2022/11/22,-模拟电子技术-,49,本征半导体的共价键结构,束缚电子,在绝对温度T=0K时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为自由电子，因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。,1.2.1 本征半导体,本征半导体化学成分纯净的半导体晶体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。,2022/11/22,-模拟电子技术-,50,杂质半导体,在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体称为杂质半导体。,1.N型半导体
19、,在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，砷等，称为N型半导体。,2022/11/22,-模拟电子技术-,51,N型半导体,多余电子,磷原子,硅原子,多数载流子自由电子,少数载流子 空穴,施主离子,自由电子,电子空穴对,2022/11/22,-模拟电子技术-,52,在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。,空穴,硼原子,硅原子,多数载流子 空穴,少数载流子自由电子,受主离子,空穴,电子空穴对,2. P型半导体,2022/11/22,-模拟电子技术-,53,杂质半导体的示意图,多子电子,少子空穴,多子空穴,少子电子,少子浓度与温度有关,多子浓度与温度无关,2022/11/22,-模拟电子技术
20、-,54,因多子浓度差,形成内电场,多子的扩散,空间电荷区,阻止多子扩散，促使少子漂移。,PN结合,空间电荷区,多子扩散电流,少子漂移电流,耗尽层,1.2.3 PN结及其单向导电性,1 . PN结的形成,2022/11/22,-模拟电子技术-,55,2. PN结的单向导电性,(1) 加正向电压（正偏）电源正极接P区，负极接N区,外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场,耗尽层变窄,扩散运动漂移运动,多子扩散形成正向电流I F,2022/11/22,-模拟电子技术-,56,(2) 加反向电压电源正极接N区，负极接P区,外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场,耗尽层变宽,漂移运动
21、扩散运动,少子漂移形成反向电流I R,在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故IR基本上与外加反压的大小无关，所以称为反向饱和电流。但IR与温度有关。,2022/11/22,-模拟电子技术-,57,PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻， PN结导通； PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻， PN结截止。 由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。,2022/11/22,-模拟电子技术-,58,1、 稳压二极管,特性,稳压管实物图,稳压管图符号,由图可见，稳压管特性和普通二极管类似，但其反向击穿是可逆的，不会发生“热击穿”，而且其反向击穿后的特性曲线
22、比较陡直，即反向电压基本不随反向电流变化而变化，这就是稳压二极管的稳压特性。,当反向电压加到某一数值时，反向电流剧增，管子进入反向击穿区。图中UZ稳压管的稳定电压值,二、特殊二极管,2022/11/22,-模拟电子技术-,59,注意：,稳压管稳压电路中一般都要加限流电阻R，使稳压管电流工作在Izmax和Izmix的范围内。稳压管在应用中要采取适当的措施限制通过管子的电流值，以保证管子不会造成热击穿。,讨论,回顾二极管的反向击穿时特性：当反向电压超过击穿电压时，流过管子的电流会急剧增加。 击穿并不意味着管子一定要损坏，如果我们采取适当的措施限制通过管子的电流，就能保证管子不因过热而烧坏。 在反向
23、击穿状态下，让流过管子的电流在一定的范围内变化，这时管子两端电压变化很小，利用这一点可以达到“稳压”的效果。,2022/11/22,-模拟电子技术-,60,例 1.4.1 分析简单稳压电路的工作原理，R 为限流电阻。,IR = IZ + IL,UO= UI IR R,当 UI 波动时(RL不变),反之亦然,当 RL 变化时(UI 不变),反之亦然,2022/11/22,-模拟电子技术-,61,2、发光二极管与光电二极管, 发光二极管 LED (Light Emitting Diode),发光二极管是一种能把电能直接转换成光能的固体发光元件。发光二极管和普通二极管一样，管芯由PN结构成，具有单向
24、导电性。下图所示为发光二极管的实物图和图符号。,单个发光二极管实物,发光二极管是一种功率控制器件，常用来作为数字电路的数码及图形显示的七段式或阵列式器件；单个发光二极管常作为电子设备通断指示灯或快速光源以及光电耦合器中的发光元件等。,工作条件：正向偏置,2022/11/22,-模拟电子技术-,62,光电二极管,符号,工作条件：反向偏置,光电二极管是一种将光信号转为电信号的半导体器件。光电二极管和普通二极管一样，管芯由PN结构成，具有单向导电性。下图所示为光电二极管的实物图和图符号。,在光照射下,反向电流随光照强度增加而上升.另外光电流还与入射光的波长有关.,2022/11/22,-模拟电子技术-,63,三、开关稳压电源,在现代电子设备中（如彩色电视机、计算机等）广泛采用开关型稳压电源，它将直流电压通过半导体开关器件（调整管）先转换为高频脉冲电压，再滤波得到纹波很小的直流输出电压。开关型稳压电源的调整管工作在开关状态，具有功耗小、效率高、体积小、重量轻等特点，因此得到迅速发展和广泛的应用。,2022/11/22,-模拟电子技术-,64,以计算机电源为例分析电路结构及原理,CW7805、CW138、CW317主要参数,
