任务一 集成稳压直流电源的制作

1、主讲教师：田 静 静 电 话模拟电子 电路分析与应用,1.器件选型,4.绘制电路图,模拟电子技术基础 数字电子技术基础,电子工艺设计,器件识别,电子产品装配,典型工作任务,行动领域,学习领域,5.焊接组装 6.调试测试,电路板设计,PCB绘图,2.设计电路,3.编写程序,单片机软件设计,单片机硬件设计,单片机技术及应用,单片机接口技术,课程定位,任务一 集成稳压直流电源的制作,1.1 任务描述 1.2 任务资讯 1.3 任务分析 1.4 任务实施 1.5 评价总结,1.1 任务描述,问 题：举例说明日常生活中用电设备？ 强 电：强电一般是指交流电电压在24V以上。如家

2、庭中的电灯、 插座等，电压在110V-220V。 弱 电：交流电电压在24V以下。 交流电：电压（电流）大小、方向随时变化。日光灯、电扇 直流电：电压（电流）大小可能变化，但方向不变。如：计算机、电视机、影碟机,知识点: 1.直流稳压电源的基本组成及其主要性能指标 2.二极管的结构、符号、分类与特性 3.电容滤波电路原理 4.固定输出稳压电路和可调稳压电路 技能: 1.二极管识别与选取 2.电容的识别与选取 3.发光二极管、集成稳压电路的识别 4.直流稳压电源的安装、调试与检测 5.电源参数的测量 6.直流稳压电源的故障分析与检修,1.1.1 任务目标,1.1.2 任务学习情境,学习情境1：

3、12V/1A单路固定输出直流稳压电源的制作。 学习情境2： 1.5-30V可调直流稳压电源的制作。 学习情境3： 15V/3A固定输出直流稳压电源的制作。,1.2 任务资讯,1.2.1 直流稳压电源简介 类型线性直流稳压电源、开关直流稳压电源。 组成变压、整流、滤波、稳压。,1.变压电路 220V的交流电 适当大小的交流电，采用降压变压器 电路。 2.整流电路 交流电 脉动的直流电，采用二极管整流电路。 3.滤波电路 脉动的直流电 平滑的直流电，采用电容、电感及其组合电路。 4.稳压电路 平滑的直流电 稳定的直流电，采用集成三端稳压器,直流稳压电源的主要性能指标： 1.特性指标表征直流稳压电源

4、的主要特性 输入电压 输出电压 输出电流 输出电压调节范围 2.质量指标用来衡量输出直流电压的稳定程度 稳压系数 输出电阻 纹波电压 温度系数,1.2.2 半导体基础知识,自然界中的物质，按其导电能力可分为三大类： 导 体导电能力最强 半导体介于导体和绝缘体之间 绝缘体导电能力最弱 半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一类物质，常用的半导体材料有硅、锗、硒、砷化镓。,一 、半导体的内部结构,1.半导体的原子结构,2.半导体的晶体结构,共价键共 用电子对,原子核,二、半导体的类型及特性,自由电子,空穴,束缚电子,1.本征半导体 定义：纯净的不含任何杂质的、晶体结构排列整齐的半导体。 在常温下，

5、只有极少数的电子获得能量，挣脱共价键的束缚，形成自由电子，同时留下一个空位,形成空穴。,结 论 （1）半导体中存在两种载流子，一种是带负电的自由电子，另一种是带正电的空穴，它们都可以运载电荷形成电流。 （2）本征半导体中，自由电子和空穴相伴产生，数目相同。利用这一特性可将半导体器件制作成温敏器、光敏器件。如温度报警器 （3）一定温度下，本征半导体中电子空穴对的产生与复合相对平衡，电子空穴对的数目相对稳定。 （4）温度升高，激发的电子空穴对数目增加，半导体的导电能力增强。 空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主要特征。,2.杂质半导体,在本征半导体中加入微量杂质，可使其导电性能显著改变。根据

6、掺入杂质的性质不同，杂质半导体分为两类：电子型（N型）半导体和空穴型（P型）半导体。,多余 电子,磷原子,N 型半导体中的载流子是什么？,1.由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。,2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。,掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。,（1）N 型半导体,在本征半导体中掺入少量五价元素。,（2）P 型半导体,在本征半导体中掺入少量的三价元素。三价元素与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一,个空穴。这个空穴可以吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。,P 型半

7、导体中空穴是多子，电子是少子。,空穴,硼原子,1. PN 结的形成,在一块纯净的半导体上，采用掺杂工艺，使之一边为P型，另一边为N型，则在其交界面形成一个特殊的薄层，这个薄层称为PN结。它是半导体器件的基础。,三、PN结形成及其单向导电性,P 型半导体,N 型半导体,+,+,+,+,扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽。,内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。,所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。,+,+,+,+,空间电荷区,N型区,P型区,(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

8、。,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,2.PN 结的单向导电性,外电场削弱内电场,(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。,耗尽层变宽,漂移运动扩散运动,少子漂移形成反向电流IR,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。,外电场加强内电场,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。,1.2.3 半导体二极管,一.

9、 二极管的结构和类型,PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。,点接触型,面接触型,二极管的电路符号：,不同结构的各类二极管,二、二极管的基本特性单向导电性,二极管的基本特性为单向导电性 即：加一定的正向电压导通， 加反向电压截止。 不同材料的二极管有一定的正向电压 硅材料二极管：0.5V左右 锗材料二极管：0.10.2V,三、 二极管的伏安特性及主要参数 伏安特性二极管两端的电压U及其流过二极管的电流I之间的关系曲线，称为二极管的伏安特性。,1）正向特性 二极管外加正向电压时，电流和电压的关系称为二极管的正向特性。如图所示，当二极管所加正向电压比较小时（0UUth），二极管上流经的电流为

10、0，管子仍截止，此区域称为死区，Uth称为死区电压（门坎电压）。硅二极管的死区电压约为0.5V，锗二极管的死区电压约为0.1V。 2）反向特性 二极管外加反向电压时，电流和电压的关系称为二极管的反向特性。由图可见，二极管外加反向电压时，反向电流很小（I-IS），而且在相当宽的反向电压范围内，反向电流几乎不变，因此，称此电流值为二极管的反向饱和电流。 3）反向击穿特性 从图可见，当反向电压的值增大到UBR时，反向电压值稍有增大，反向电流会急剧增大，称此现象为反向击穿，UBR为反向击穿电压。利用二极管的反向击穿特性，可以做成稳压二极管，但一般的二极管不允许工作在反向击穿区。,4）二极管的温度特性

11、二极管是对温度非常敏感的器件。实验表明，随温度升高，二极管的正向压降会减小，正向伏安特性左移，即二极管的正向压降具有负的温度系数（约为-2mV/）；温度升高，反向饱和电流会增大，反向伏安特性下移，温度每升高10，反向电流大约增加一倍。如图所示为温度对二极管伏安特性的影响。,二极管的主要参数 （1）最大整流电流IDM 最大整流电流IDM是指二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大正向电流的平均值。 （2）最高反向工作电压URM 为了保证二极管不致反向击穿所允许加在二极管上的最高反向电压，通常为反向击穿电压的1/21/3。 （3）反向饱和电流IR 它是指管子没有击穿时的反向电流值。其值愈小，说明

12、二极管的单向导电性愈好。,1.2.4 二极管整流电路,一、整流电路的作用 单相交流电脉动直流电 二、二极管单相整流电路 1.单相半波整流电路,电路的特性 输出直流电压（平均电压） UO0.45U2 输出电压波动系数（峰值电压/平均电压） D1.57 二极管最大整流电流 ID=IO0.45U2/RL 二极管最大反向工作电压 UD=1.414U2,2.单相全波整流电路,输出平均电压为：,流过负载的平均电流为：,二极管所承受的最大反向电压,3.单相桥式整流电路,桥式整流电路,u2正半周时电流通路,桥式整流电路,u0,u2负半周时电流通路,u20 时,D1,D3导通 D2,D4截止 电流通路: A D

13、1 RLD3B,u20 时,D2,D4导通 D1,D3截止 电流通路: B D2 RLD4A,输出是脉动的直流电压！,桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形,主要参数,(1) 输出电压的平均值：,(2) 输出电流的平均值：,(3) 二极管上承受的最高反向电压：,(4) 二极管上的平均电流：,几种常见的硅整流桥外形：,一、发光二极管的结构、电路符号 发光二极管是一种光发射器件，英文缩写是LED。此类管子通常由镓（Ga）、砷（As）、磷（P）等元素的化合物制成，管子正向导通，当导通电流足够大时，能把电能直接转换为光能，发出光来。目前发光二极管的颜色有红、黄、橙、绿、白和蓝6种，所发光的颜色主要取决

14、于制作管子的材料，例如用砷化镓发出红光，而用磷化镓则发出绿光。其中白色发光二极管是新型产品，主要应用在手机背光灯、液晶显示器背光灯、照明等领域。 二、发光二极管的主要参数 峰值波长、正向电压 正向电流、反向电压 耗散功率,1.2.5 发光二极管,三、发光二极管的使用 发光二极管工作时导通电压比普通二极管大，其工作电压随材料的不同而不同，一般为1.7V2.4V。普通绿、黄、红、橙色发光二极管工作电压约为2V；白色发光二极管的工作电压通常高于2.4V；蓝色发光二极管的工作电压一般高于3.3V。发光二极管的工作电流一般在2mA25mA的范围。 注意：二极管极性判定 将红、黑表笔分别接二极管的两个电极

15、，若测得的电阻值很小（几千欧以下），则黑表笔所接电极为二极管正极，红表笔所接电极为二极管的负极；若测得的阻值很大（几百千欧以上），则黑表笔所接电极为二极管负极，红表笔所接电极为二极管的正极，如图所示。,1.2.6 电容滤波电路,一、滤波电路的作用 脉动直流电 平滑直流电 二、工作原理 思考：电容的特点？ 工作原理：利用电容的储能来减小输出电压的波动，将脉动直流电 转化为平滑直流电。,一、稳压电路的作用 平滑直流电 稳定直流电 二、三端集成稳压器 利用半导体集成工艺，将线性稳压电路、高精密基准电压源、过流保护电路集成在一块硅片上。1个输入端、1个输出端、1个公共端。 1.三端集成稳压器的特点 体积小、外围元件少、调整简单、使用方便、性能好、稳定性高、价格便宜。 2.分类 按电压极性：正、负三端集成稳压器； 输出电压是否可调：固定式、可调式。,1.2.7 集成稳压电路,3.性能指标 输出电压、最大输出电流、最大输入电压、输入与输出最小电压差。 三、固定式三端集成稳压器 1.分类及命名 输出电压有正、负之分。输出电压有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V。 CW78系列：输出固定正电压的稳压器 CW79系列：输出固定负电压的稳压器 型号及意义：CW78（79）M C国标，中国制造 W主称，稳压器 78（79）输出固定电压极性，78（正电压），79（负电压）