《电子电路分析与实践》课件-项目一 可调无变压器稳压电源的制作

电子电路分析与实践项目一可调无变压器稳压电源的制作《电子电路分析与实践》教学团队在本学习情境中，主要通过直流稳压电源的制作与调试，介绍常用的半导体器件，整流、滤波、稳压电路的组成、工作原理及分析计算，实际电路装配的工艺要求及调试方法。内容提要任务书要求电路装配工艺要求元器件数量及规格工作任务制作直流稳压电源要求无变压器电路如图任务书电路图1．输出电压U0=3V～18V，连续可调；2．最大输出电流IL=500mA；3．工作温度250C～400C；4．电网电压波动±10%，电路正常工作。5.无变压器要求需要固定的元件用螺钉固定在电路板的元件面，一次绕组的引出线向外，二次绕组的引出线向内。电源线从电路板焊接面穿孔后，在元件面打结，再与变压器一次绕组引出线焊接并完成绝缘恢复，变压器二次绕组引出线插入安装孔后焊接。电路装配工艺要求元器件明细表所需设备仪器元器件数量及规格元器件明细表（1）示波器（2）万用表（3）常用电子组装工具一套(电烙铁,尖嘴钳等)所需设备仪器半导体二极管半导体三极管场效应管直流稳压电源学习内容电路工作原理分析电路的装配与焊接调试方法及要求电子产品的制作与调试1.降压电路2.整流电路3.滤波电路4.稳压电路电路工作原理分析(1)熟悉工艺要求(2)绘制装配草图按电路板实样1：1在图纸上确定各元件的安装位置，由输入端开始向输出端逐步确定元件位置，每个安装孔只能插一个元器件引脚。(3)准备工作(4)清点元件(5)元件检测(6)元器件位置确定电路的装配与焊接(1)桥式整流、电容滤波电路(2)稳压电路测量电路的输入、输出电压值，观察输入、输出电压波形。测量电路的输入、输出电压值，观察输入、输出电压波形。1.测试内容调试方法及要求输入电压（V）整流滤波电压（V）基准电压（V）输出电压（V）电压调节范围（V）3．调试方法2.测试方法变压输出、整流输出、稳压输出调试。调试方法及要求电子电路分析与实践1.安全用电及现场急救《电子电路分析与实践》教学团队电流通过人体时破坏人体内部细胞组织的正常工作，主要表现为生物学效应。电流对人体作用因素安全用电及现场急救电流的大小

持续时间电流频率

电流途径

人体健康状况触电事故方式单相电击触电两线电击触电跨步电压触电脱离电源方式脱离低压电源的方法拉、切、挑、垫、拽脱离高压电源的方法拉闸停电、短路法脱离跨步电压的方法断开电源、穿绝缘靴、单脚跳心肺复苏法畅通气道口对口（鼻）人工呼吸胸外按压现场急救——心肺复苏法心肺复苏法2.呼救1.判断意识3.将患者放置仰卧体位心肺复苏法4.畅通呼吸道仰头举颜法5.判断患者有无呼吸6.口对口人工呼吸清理口腔，将病人的头侧向一边，用手指探入口腔清除分泌物及异物。压头抬颏后，随即低下头判断呼吸，眼（看）、耳（听）、面（感）。捏紧两侧鼻翼，防止嘴唇之间的缝隙漏气频率是15次/分钟左右。心肺复苏法7.口对鼻人工呼吸8.判断患者有无脉搏9.快速判断正确按压部位捏紧嘴唇，防止嘴唇之间的缝隙漏气，频率是15次/分钟左右。触摸颈动脉搏动颈动脉在喉结旁开2-3cm。右手中指放在胸骨下切迹，左手掌根压在右手食指上，右手与左手重迭。心肺复苏法10.抢救者双臂绷直向下按压11.按压时肘部弯曲频率为100次/分钟，按压时大声数出来，胸外按压与人工呼吸的比例30：2每次按压都能触摸到颈动脉搏动为适度、有效，按压时不能肘部弯曲修德砺能知行合一安全用电警钟长鸣每延误一分钟生存降低7~10%电子电路分析与实践2.半导体二极管《电子电路分析与实践》教学团队二极管：一个PN结就是一个二极管。单向导电：二极管正极接电源正极，负极接电源负极时电流可以通过。反之电流不能通过。

符号半导体二极管根据物体导电能力(电阻率)的不同，划分为导体、绝缘体和半导体。半导体的电阻率为10-3～109

cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。半导体的特点：导电能力不同于导体、绝缘体；受外界光和热刺激时电导率发生很大变化——光敏元件、热敏元件；掺进微量杂质，导电能力显著增加——半导体。半导体的基本知识当T=0K和无外界激发时，导体中没有载流子，不导电。当温度升高或受到光的照射时有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电。

因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。半导体的基本知识本征激发+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空穴

在本征半导体中掺入三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。N型半导体（电子型半导体）在本征半导体中掺入五价的元素(磷、砷、锑

)杂质半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5+5自由电子多余电子，成为自由电子在本征半导体中掺入三价的元素（硼）P型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3空穴空穴本征半导体——完全纯净的、结构完整的半导体晶体。载流子——可以自由移动的带电粒子。电导率——与材料单位体积中所含载流子数有关，载流子浓度越高，电导率越高。N型半导体的多数载流子为电子，少数载流子是空穴；P型半导体的多数载流子为空穴，少数载流子是电子。本征半导体、空穴及其导电作用本征半导体、N型半导体、P型半导体呈电中性本征半导体：空穴数=自由电子数N型半导体：自由电子数=正离子数+空穴数；P型半导体：空穴数=负离子数+自由电子数。导体显电性+五价的元素+三价的元素产生多余电子产生多余空穴因浓度差多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区

空间电荷区形成内电场

内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散PN结的形成外加的正向电压削弱了内电场内电场对多子扩散运动的阻碍减弱扩散电流加大扩散电流远大于漂移电流PN结呈现低阻性。

(1)PN结加正向电压P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏。

PN结的形成P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏。（2）PN结加反向电压

外加反向电压加强了内电场内电场对多子扩散运动的阻碍增强扩散电流大大减小漂移电流大于扩散电流PN结呈现高阻性PN结的形成PN结正向电阻小，反向电阻大——单向导电性。总结PN结面积大，用于大电流整流电路。(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。(2)面接触型二极管半导体二极管的结构电子电路分析与实践3.半导体二极管的伏安特性《电子电路分析与实践》教学团队二极管：一个PN结就是一个二极管。单向导电：二极管正极接电源正极，负极接电源负极时电流可以通过。反之电流不能通过。

符号半导体二极管第一象限的是正向伏安特性曲线第三象限的是反向伏安特性曲线。IS为反向饱和电流，VD

为二极管两端的电压降，VT=kT/q

称为温度的电压当量，k为玻耳兹曼常数，q

为电子电荷量，T为热力学温度。对于室温（相当T=300K），则有VT=26mV。半导体二极管的伏安特性曲线当0＜V＜Vth时，正向电流为零，Vth称死区电压或开启电压。正向区分为两段：当V＞Vth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。硅二极管的死区电压Vth=0.5~0.8V左右；锗二极管的死区电压Vth=0.2~0.3V左右。

1.正向特性当VBR＜V＜0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS。当V≥VBR时，反向电流急剧增加，VBR称为反向击穿电压。反向区也分两个区域：2.反向特性硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也很小；锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大。若|VBR|≥7V时,主要是雪崩击穿；若|VBR|≤4V时,则主要是齐纳击穿。3.反向击穿特性(1)最大整流电流IF(2)反向击穿电压VBR二极管连续工作时，允许流过的最大整流电流的平均值。二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压VBR。为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压VRM一般只按反向击穿电压VBR的一半计算。总结(3)反向电流IR(4)正向压降VF在室温，规定的反向电压下，最大反向工作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。在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。硅二极管约0.6～0.8V；锗二极管约0.2～0.3V。总结电子电路分析与实践4.半导体二极管的应用《电子电路分析与实践》教学团队目录CONTENTS01二极管基本电路分析特殊二极管0201二极管基本电路分析正向偏置时：管压降为0，电阻也为0。反向偏置时：电流为0，电阻为∞。1.理想模型当iD≥1mA时，vD=0.7V。2.恒压降模型二极管基本电路分析符号3.折线模型（实际模型）4.小信号模型二极管基本电路分析求VDD=10V时，二极管的电流ID、电压VD

值。1.静态分析符号解：（1）理想模型正向偏置时：管压降为0，电阻也为0。反向偏置时：电流为0，电阻为∞。当iD≥1mA时，vD=0.7V。（2）恒压降模型1.静态分析符号（3）实际模型1.静态分析理想二极管电路中vi=VmsinωtV，求输出波形v0。解：2.限幅电路vit0VmVi>VR时，二极管导通，vo=vi。Vi<VR时，二极管截止，vo=VR。利用二极管的单向导电性可作为电子开关vI1vI2二极管工作状态D1D2v00V0V导通导通导通截止截止导通截止截止0V5V5V0V5V5V0V0V0V5V求vI1和vI2不同值组合时的v0值（二极管为理想模型）。解：3.开关电路稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊硅二极管稳压二极管的伏安特性曲线与硅二极管的伏安特性曲线完全一样特殊二极管符号(2)动态电阻rZ

在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。

rZ=

VZ/

IZ，

rZ愈小反映稳压管的击穿特性愈陡(1)稳定电压VZ特殊二极管符号

(4)最大稳定工作电流

IZmax和最小稳定工作电流IZmin最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即PZmax=VZIZmax。而Izmin对应VZmin。若IZ＜IZmin则不能稳压。最大功率损耗取决于PN结的面积和散热等条件。反向工作时PN结的功率损耗为

PZ=VZIZ，由

PZM和VZ可以决定IZmax。

(3)最大耗散功率

PZM

特殊二极管符号稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。电阻起限流作用，保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。

IR

IZ

Io稳压管的稳压过程RLIoIRVoIZIRVo特殊二极管电子电路分析与实践5.直流稳压电源《电子电路分析与实践》教学团队

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采用负反馈技术进一步稳定直流电压直流稳压电源单相桥式整流电路当正半周时二极管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经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压负载上的直流电压和直流电流

输出电压是单相脉动电压。通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为

流过负载的平均电流为流过二极管的平均电流为二极管所承受的最大反向电压电容滤波电路滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波在负载电阻上并联了一个滤波电容C经过滤波电路后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。电容滤波波形图在t1到t2时刻二极管导电Ｃ充电vC=vL按正弦规律变化t2到t3时刻二极管关断vC=vL按指数曲线下降放电时间常数为RLC。

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，二极管关断。电容滤波电路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：一种是用锯齿波近似表示，即另一种是在RLC=(3

5)T/2的条件下，近似认为VL=VO=1.2V2。（或者，电容滤波要获得较好的效果，工程上也通常应满足RLC≥6~10。）电容滤波的计算

稳压电源方框图引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输入电压的变化。负载电流的变化会在整流电源的内阻上产生电压降，从而使输入电压发生变化。稳压电路概述利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的，由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。当输入电压变化时如何稳压VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓稳压电路概述IL↑→IR↑→VR↑→VZ↓（VO↓）→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑当负载电流变化时如何稳压稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不能连续调节。线性串联型稳压电源的工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。典型的串联反馈式稳压电路，由基准电压、比较放大、调整、取样几个部分组成。串联反馈式稳压电源串联型稳压电源的内阻很小，如果输出端短路，则输出短路电流很大。同时输入电压将全部降落在调整管上，使调整管的功耗大大增加，调整管将因过损耗发热而损坏，为此必须对稳压电源的短路进行保护。过载也会造成损坏。保护的方法反馈保护型温度保护型截流型限流型稳压电路的保护环节利用集成电路制造工艺，在调整管旁制作PN结温度传感器。当温度超标时，启动保护电路工作，作原理与反馈保护型相同。将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器。集成稳压器有：输入端、输出端和公共端，称三端集成稳压器。要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器，它们三个电极的位置是不同的，要查手册确定。外形图三、端集成稳压器集成稳压器符号1.三端固定正输出集成稳压器国标型号:CW78--/CW78M--/CW78L--2.三端固定负输出集成稳压器国标型号:CW79--/CW79M--/CW79L--3.三端可调正输出集成稳压器国标型号:CW117--/CW117M--/CW117L-

CW217--/CW217M--/CW217L--CW317--/CW317M--/CW317L--4.三端可调负输出集成稳压器国标型号:CW137--/CW137M--/CW137L-

CW237--/CW237M--CW237L--CW337--/CW337M--/CW337L—5.大电流三端集成稳压器

以上1---为军品级；2---为工业品级；3---为民品级。

军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-55℃～150℃；

工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25℃～150℃；

民品级多为塑料封装，工作温度范围0℃～125℃。三、端集成稳压器的分类三端固定输出集成稳压器的典型应用电路可调输出三端集成稳压器的内部，在输出端和公共端之间是1.25V的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。三端可调输出集成稳压器的典型应用电路防自激震荡防高频噪声应用电路稳压器做恒流源三端集成稳压器组成恒流源电子电路分析与实践6.EWB介绍《电子电路分析与实践》教学团队EWB是ElectronicsWorkbench的缩写，称为电子工作平台，是一种在电子技术界广为应用的优秀计算机仿真设计软件EWB的主要功能：电路分析功能；故障设置功能；存储功能；与其他软件兼容与共享功能；模拟电路与数字电路混合的模拟功能；波形及时显示功能；下拉式电路编辑菜单功能。EWB的特点：界面直观、操作方便；电路元器件丰富；仿真手段符合实际。EWB概述新建一个目录EWB5.0作为EWB的工作目录，将安装文件复制到工作目录，双击运行即可完成安装。安装成功后，在工作目录下会产生可执行文件EWB32.EXE和其它一些文件，双击该图标即可运行EWB。也可以在Windows的桌面上创建EWB32.EXE的快捷方式，通过此快捷方式启动EWB。

EWB的运行环境与安装EWB的工作界面EWB的菜单栏工具栏EWB的元器件与仪器库栏1．直流工作点的分析步骤在EWB上先创建需进行分析的电路图。选定“选项/参数”栏中的“电路选项(Schematic