项目三 组装直流可调稳压电源

项目三

组装直流可调稳压电源孟庆峰2010.3引

言

电器设备一般都需要稳定的直流电源供电，少数电器设备采用干电池或直流发电机外，大多数电

器设备采用将交流电（市电）经变压器降压，再

经整流电路转换成直流电，最后经稳压电路稳压，得到稳定的直流电。

本项目即制作直流可调稳压电源，该电源输出电压范围为3到12V，最大输出电流为500mA，这些参数对于电子产品制作中的调试用电源基本能满足要求。学习目标知识目标1.熟悉直流稳压电源的组成和主要性能指标。

2.理解直流可调稳压电源、简单的串联型稳压电路、具有放大环节的串联型稳压电路的组成及工作原理。3.掌握基本单元电路的工作原理，培养分析电路的能力。4.了解三端稳压器的种类及特点。5.了解电子产品制作流程。能力目标1.具备识别与检测电子元器件的能力。2.掌握电子产品焊接技术与工艺要求。3.学会用仪器、仪表调试、测量直流稳压电路。4.学会制作直流稳压电源及排除直流稳压电源的常见故障。5.具备用计算机绘图软件Protel设计电路原理图与PCB板的能力。任务一

元器件的识别与检测一、直流可调稳压电源电路原理图二、元器件清单序号元件名称符号标注型号规格数量电路符号1电阻R12.2K12电阻R215013电阻R310014电阻R4、R5、R6、R712045电阻R824016电解电容C11000μF/25V17电解电容C210μF/25V18整流二极管VD1、VD2、VD3、VD41N4001或1N400749发光二极管LED1φ3110集成电路IC1LM317111变压器T1220/12112转换开关SW11三、元器件识别与检测转换开关实物图C2（10μF/25V）C1（1000μF/25V）三、元器件识别与检测三端集成稳压电路LM317整流二极管VD1-VD4发光二极管LED1电阻R1电阻R2电阻R3电阻R4-R7电阻R8*二极管识别知识+_二极管的正负极性半导体二极管又称晶体二极管，简称二极管(diode)。它是一种只往一个方向传送电流的电子零件——单向导电性在电路中，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。注：1.当加在二极管两端的正向电压（锗管约为0.1V，硅管约为0.5V），二极管才能导通。2.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）。*二极管识别知识在电路中，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。注：1.二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。2.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。+_*二极管识别知识常见的二极管电路符号与作用名称电路符号参考图片作用普通二极管用于检波、整流、限幅、削波、调制、混频、开关等电路光敏二极管（也叫光电二极管）无光照时,光敏二极管截止；当受到光照时,形成光电流,大小随入射光强度的变化而变化。利用光照强弱来改变电路中的电流稳压二极管在电路中起稳定电压的作用发光二极管广泛应用于各种电子电路、家电、仪表等设备中作电源指示或电平指示，目前LED作为新一代光源替换现有的传统照明变容二极管用于自动频率控制、扫描振荡、调频和调谐等用途，常用于电视机高频头的频道转换和调谐电路，多以硅材料制作双向可触发二极管（也叫交流开关二极管）双向二极两端所加电压低于转折电压时，双向二极呈高阻状态。当双向二极两端所加电压高于转折电压时，双向二极会雪崩式击穿而呈低阻导通状态。常用来触发双向可控硅，在电路中常作过压保护⑴极性的判别将指针式万用表置于R×100档或R×1k档，两表笔分别接二极管的两个电极，测出一个结果后，对调两表笔，再测出一个结果。两次测量的结果中，有一次测量出的阻值较大（为反向电阻），一次测量出的阻值较小（为正向电阻）。注：a.若指针表检测，在阻值较小的一次测量中：黑表笔接的是二极管的正极，红表笔接的是二极管的负极。b.若用数字式万用表检测，在阻值较小的一次测量中：红表笔接的是二极管的正极，黑表笔接的是二极管的负极。*二极管检测知识普通二极管是由一个PN结构成，具有单向导电特性。⑵单向导电性能的检测及好坏的判断通常，正向电阻越小越好，反向电阻越大越好。正、反向电阻值相差越悬殊，说明二极管的单向导电特性越好。注：a.在上述⑴中若测得二极管的正、反向电阻值均接近0或阻值较小，则说明该二极管已击穿短路或漏电损坏——元件坏。b.若测得二极管的正、反向电阻值均为无穷大，则说明该二极管已开路损坏——元件坏。*二极管检测知识*变压器识别知识生活中常见用电器所需的额定电压值用电器额定工作电压用电器额定工作电压随身听3V机床上的照明灯36V扫描仪12V防身器3000V手机充电器4.2V、4.4V、5.3V黑白电视机显像管几万伏录音机6V、9V、12V彩色电视机显像管十几万伏但我们国家民用统一供电均为交流220V，那么如何使这些额定电压不是220V的电器设备正常工作呢？*变压器识别知识u1i1N

2N1u2RL铁芯初级线圈次级线圈b．电路符号N1N2u1u2a．实物结构变压器结构*变压器识别知识变压器利用电磁感应原理来改变交流电压的装置，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器，是电能传递或作为信号传输的重要元件。与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组或初级，与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次绕组或次级。在次级绕组上的感应电压可能大于或小于初级电压，是由一次绕组与二次绕组间的线圈匝数比所决定的。因此，变压器分为升压与降压变压器两种。注：将万用表拨至R×1挡，根据变压器的电压比U1/U2=N1/N2可知，阻值大的为电压大的一端，阻值小的为电压小的一端。*常见变压器外形*变压器检测知识⑴检测绕组的通与断将万用表拨至R×1挡，按照中周变压器的各绕组引脚排列规律，逐一检查各绕组的通断情况：阻值为0则通—正常，阻值无穷大则断—损坏。⑵检测绝缘性能将万用表置于R×10k挡，做如下几种状态测试：初级绕组与次级绕组之间的电阻值、初级绕组与外壳之间的电阻值、次级绕组与外壳之间的电阻值。上述测试结果分出现三种情况：(1)阻值为无穷大——正常；

(2)阻值为零——有短路性故障；(3)阻值小于无穷大，但大于零——有漏电性故障。⑶判别初、次级线圈电源变压器初级绕组多标有220V字样，次级绕组则标出额定电压值，如15V、24V、35V等。*三端可调稳压集成电路LM317识别LM317是美国国家半导体公司的三端可调整稳压器集成电路。LM317的输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。LM317有三个引脚：一个输入、一个输出、一个电压调节。LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。外接电容能改变瞬态响应。输入引脚输出引脚电压调节引脚*三端可调稳压集成电路LM317工作原理电路连接：输入引脚接输入正电压,输出引脚接负载,电压调节引脚一个脚接电阻(200左右)接到输出引脚,另一个接可调电阻(几K)接于地，输入和输出引脚对地要接滤波电容。当LM317稳压器离电源滤波器有一定距离时必须接电容Cin；电容Co对稳定性而言不必要，但可改进瞬态响应。注意：⑴输入至少要比输出高2V，否则不能调压；⑵输入电压最高不能超过40V。输出电流最好不超过1A。输入12V的话，输出最高就10V左右。⑶由于它内部还是线性稳压，因此功耗比较大。当输入输出电压差比较大且输出电流比较大时，注意317的功耗不要过大。一般加散热片后功耗也不超过20W。因此电压差大时建议分档调压。在使用LM317时要注意功耗、散热问题。任务二

电路组装一、清点材料清单序号元件名称型号规格数量1十字线12外壳13标签14线路板单面板15自攻螺丝3*1426自攻螺丝2.6*61二、材料识别套件全部材料单面线路板任务二电路组装三、焊接前的准备清除元件表面的氧化层元件引脚的弯制成形工具准备四、元器件的焊接与安装焊接操作注意事项①焊接前一定要注意安全。②烙铁加热过程中及加热后都不能用手触摸烙铁，以免烫伤或触电。③将烙铁头镀锡，保护烙铁头。④烙铁头上有多余的锡可用带水的海棉上或者在烙铁架的钢丝上抹去，不可在工作台或者其他地方抹去。⑤焊接时间控制在3S左右，焊点高度一般在2毫米左右，覆盖住焊盘，引脚应高出焊点大约0.5mm。aba

b俯视图任务二

电路组装2.元器件插装要求将弯制成型的元器件对照图纸插放到印刷电路板上。注：一定不能插错位置；二极管、电解电容要注意极性。垂直安装的元件引脚弯制（立式安装）用螺丝刀辅助弯制。将螺丝刀紧靠二极管引脚的根部，十字交叉，左手捏紧交叉点，右手食指将引脚向下弯，直到两引脚平行。用手捏住小号起子与引脚的交点，将引脚沿起子弯成圆形任务二

电路组装元器件的焊接电子元器件焊接顺序：根据元器件高度从低到高，依次安装焊接。错焊元件的拔除方法：将线路板竖直放置，用镊子在黄色的面将元件引脚轻轻夹住，在绿色面用烙铁轻轻烫，同时用镊子将元件向相反方向拔除。注：拔除后，焊盘孔容易堵塞，有两种方法可以解决这一问题：烙铁稍烫焊盘，用镊子夹住一根废元件脚，将堵塞的孔通开；将元件做成正确的形状，并将引脚剪到合适的长度，镊子夹住元件，放在被堵塞孔的背面，用烙铁在焊盘上加热，将元件推入焊盘孔中。任务二

电路组装5.元器件安装焊接要求及注意事项⑴由于盒子空间比较小，在安装大体积元件时，一定要注意！三端稳压集成电路LM317安装时应斜放，让其最高处伸出变压器下面的凸出空间内，在焊接时，不能将方向焊反；1000uF滤波电容体积较大，安装时，应焊于线路板焊接面，即与其他元件背向而装，焊好后横放，否则盒子将无法盖上，参考安装好后的实物图如下：任务二

电路组装⑵同时由于该产品的外壳为塑料材料制成，在焊接变压器电源端引线时必须掌握技巧，先将插头铜片用刀刮开净，然后用松香等助焊剂将刮好的铜片上锡，操作过程时间要短，否则极易使塑料熔化，待上好锡的铜片冷却后，再进行变压器引线的焊接。五、安装注意事项该套件由于外壳结构设计较为紧凑，所以元件安装大多采用立式安装；三端稳压集成电路安装时应插到底后焊接；发光二极管安装高度应为盒子盖上后，发光二极管正好伸出盒子上的孔位；十字插头线焊于线路板的焊接面，其焊接位置为极性转换开关两只中间的脚位，电源输出极性应与面板上所标极性一致，若焊好后的输出电压极性与所标不一致，只要把两根线位置互换即可；焊接完后将变压器及电路板装于塑料盒中，将电源指示发光二极管从外壳的孔中穿出并固定好。任务二

电路组装注：本产品在安装中发现，转换开关厂家提供的货中，有两种规格：箭头所指的引脚两只开关上的实际位置是不同的，而线路板上设计时只留了一个孔，因此有一种规格的开关将无法直接插入，若出现这种情况，可以用下面方法进行处理：第1种方法：将对不牢的引脚先齐根部剪断，然后取一段剪下的电阻引脚，折弯，如左图，然后将电阻引脚焊在刚才剪断的引脚上，将焊上的线脚对准线路板上的安装孔即可如右图。任务二

电路组装第2种方法：将对不牢的引脚齐根剪断，然后直接从边上的引脚根部焊一根引脚出来，再与线路板上进行焊接，因为这个开关是单刀多掷式开关，实际上这一排引脚里面全是连在一起的，可用万用表电阻档进行测量的。焊好引脚的开关见图：任务三

电路调试安装好的产品通电调试前，用万用表测试变压器的两插销铜片是否短路或开路（短路即电阻为0

Ω、开路即电阻为∞），短路、开路不能通电调试，需检修电路。任务三

电路调试正确后通电调试，步骤如下：电源输出线：白线设为电源正极，黑线设为电源负极，用万用表判别黑白线与十字头线连通情况。用万用表测量以下数据并注明单位：①变压器输出端交流电压值为：

。②交流电压经桥式整流后输出直流电压值为：

，经滤波后电压值为：

。③根据面板的标识，将极性开关拨到“+”位置，量程转换开关拨到“3”，测量输出端电压为：

V，LM317的1脚（ADJ）与2脚（OUT）间的电压为：

V。④根据面板的标识，将极性开关拨到“+”位置，量程转换开关拨到“9”，测量输出端电压为：

V，LM317的1脚（ADJ）与2脚（OUT）间的电压为：

V。⑤根据面板的标识，将极性开关拨到“—”位置，量程转换开关拨到“9”，测量输出端电压为：

V，LM317的1脚（ADJ）与2脚（OUT）间的电压为：

V。用示波器测VD3负极的波形并画出波形。任务四

电路原理介绍直流可调稳压电源组成方框图如下图：任务四

电路原理介绍一、变压器降压220V的交流电从插头送到变压器的初级线圈，并从次级线圈感应出经约9V—12V的交流电压送到4个二极管。二、整流电路将交流电压转换为脉动的直流电压。4个二极管的基本作用是只允许电流从它的正极流向它的负极（即只能按三角标示的方向流动），而不允许从负极流向正极。我们知道，交流电的特点是方向和电压大小一直随时间变化，用通俗的话说，它的正负极是不固定的，不分正负极的。但是对照图１来看，不管从变压器中出来的两根线中那根电压高，电流都能而且只能由D1或

D3流入右边的电路，由D2或D4流回去。这样，从右边的电路来看，正极永远都是D1和D3连接的那一端，负极永远是D2和D4连接的那一端。这便是二极管整流的原理。三、滤波电路二极管把把交流电方向变化的问题解决了，但是它的电压大小还在变化。而电容器有可以存储电能的特性，正好可以用来解决这个问题。在电压较高时向电容器中充电，电压较低时便由电容器向电路供电。这个过程叫作滤波。图中的C1便是用来完成这个工作的。图中C2的作用是对LM317T的1脚电压进行小小的滤波，以提高输出电压的质量。任务四

电路原理介绍四、稳压电路经过C1滤波后的比较稳定的直流电送到三端稳压集成电路LM317T的Vin端(3脚)。LM317T是一种这样的器件：由Vin端给它提供工作电压以后，它便可以保持其+Vout端(2脚)比其ADJ端(1脚)的电压高1.25V左右。因此，我们只需要用极小的电流来调整ADJ端的电压，便可在+Vout端得到比较大的电流输出，并且电压比

ADJ端高出恒定的1.25V左右。我们还可以通过调整SW1的抽头位置来改变输出电压。总之，LM317T会保证接入ADJ和+Vout两端间电阻R3上的电压为1.25V左右。所以，当转换开关滑动时，输出电压将会变化。稳压电路以LM317为核心，通过电阻分压对输出电压进行采样，经内部电路比较放大，调整输出电压值，实现稳压的目的。五、量程转换电路主要由R2、R4、R5、R6、R7、R8构成不同的档位，以便输出不同的电压。六、电源指示电路主要由LED1与R1组成，指示灯LED1，R1为限流电阻，保证LED1不被烧坏。LED1亮时，有电源输入，否则无电源输入。任务五

利用DXP

2004绘图软件绘制电路原理图与制作PCB板一、利用PROTEL软件DXP

2004绘制电路原理图步骤：1.新建PCB项目，命名为“直流可调稳压电源”。新建SCH文件保存在项目下，命名为“稳压电路图”。从元件库中调入原理图中所需的元器件符号，布局、连线，保存。若元件库中无该元件，则新建元件库，保存命名为“元件库”，设计元件符号并调用到原理图中。原理图绘制完后，改变元件属性，利用软件自带查错功能进行差错并修改、二、在原理图的基础上，根据直流可调稳压电源的线路板设计出PCB板，要求设计出单面PCB板步骤：6.新建PCB，保存命名为“电路板”，在禁止布线层设计元件布局尺寸，在机层设计