直流稳压电源的制作与设计

直流稳压电源的制作与设计电子产品设计与制作

直流稳压电源是各种电子设备中不可缺少的单元电源电路。掌握直流稳压电源的组装和调试，是深入学习电子技术的重要环节。本项目通过直流稳压电源的制作，使学生学会常见直流稳压电源的安装和检修方法，最后给出直流稳压电源及低频电子电路的一般设计方法。直流稳压电路的结构框图技能目标①会识别直流稳压电源中各种常用元器件，掌握其检测方法②学会识读直流稳压电源的原理图、装配图等③掌握直流稳压电源的组装工艺要求④掌握直流稳压电源的测量方法与调试方法,

熟练掌握万用表、双踪示波器的使用方法技能目标知识目标知识目标①掌握稳压电源电路结构图和各组成部分的作用②了解串联降压型稳压电源的设计思想，会分析变压、降压、整流、滤波、采样、误差放大、基准稳压、有源滤波及复合调整的工作原理③会分析故障原因制作设计制作与设计要求①学习直流稳压电源的设计方法②了解低频电子电路的一般设计方法③研究直流稳压电源的设计方案④掌握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法⑤掌握印制电路板设计步骤⑥掌握刀刻印制电路板的方法任务一电子元件的识别、选用与检测操作1识别稳压电源元件及功能

制作直流稳压电源所需的元件名称、实物图图形及作用如表1-1所示。操作2整理WY-1201型稳压电源零部件清单

制WY-1201型稳压电源零部件清单如表1-2所列。操作3使用万用表检查器件

对挑选出来的元器件，在投入使用之前应使用万用表检测其是否损坏。下面给出三个主要器件的检测过程及说明。（1）变压器的测量变压器的测量步骤及方法如表1-3所示。操作3使用万用表检查器件（3）整流二极管的测量整流二极管的测量步骤、方法及结果如表1-4所示。操作3使用万用表检查器件（3）晶体管2SC2482的测量晶体管2SC2482的测量方法和步骤如表1-5所示。任务二印制电路板的制作操作1制作前的准备

准备敷铜板、电钻、钻头和砂纸，这些是制作印制电路板必不可少的东西。敷铜板为1～2mm厚的环氧树脂板，用作基板，并且有一定强度和方便加工。敷铜板的材料由基板和铜箔构成，即在基板上敷上一层约0.1mm厚的铜箔而成，如果只有一面敷有铜箔，就称为单面敷铜板，如果两面都有铜箔，就称为双面敷铜板。此外，准备电钻、钻头打孔，钻孔一般需要0.8～4mm，0.8mm的孔主要用于一些小型元器件，如1/16～1/4W的电阻等。准备砂纸抛光。一般选用300目以上的防水砂纸，砂纸颗粒越小越好。操作2学习刀刻印制电路板在敷铜板上刻制电路的步骤如下。

1）复制电路板图。先将电路原理图变成电路板图，裁出一块相应大小的敷铜板，把敷铜板一面朝上，再在上面盖一张复写纸，然后将画好的电路板图盖在复写纸上，再用圆珠笔在纸上重描一次，让线路显示在敷铜板上。

2）刻出线路轮廓。雕刻刀如图1-1所示，作用是制作电路板时将敷铜板的铜箔划开，构成线路图（刻刀可以用断钢锯片，也可以是裁纸刀或其他比较锋利的东西的后端进行刻划）。第一刀要轻，线条要直，先刻出一个印子；刻印子时不能用力太大，否则一刀刻歪了，下一刀就容易从刻坏的地方滑出去。刻好印子之后，用刻刀按照线路图一点一点的划开，并保证线路与线路之间确实断开。操作2学习刀刻印制电路板3）刻透铜箔。这时用刀的后端用力往下按，并左右稍微晃动一下，缓慢进刀，不要直着用刀往前推。否则不但容易刻坏电路板，而且还容易碰伤按住电路板的手。当把线条处铜箔刻通后，即可铲去中间的铜箔。在刻划需要保留的小片铜箔时，一定要慢慢刻，避免铲坏该铜箔。

4）抛光。用砂纸将铜箔抛光，再在铜箔上涂一层松香酒精溶液，这样既可以防止铜箔氧化，又有助于焊锡。任务三直流稳压电源的安装工艺操作1元件整形

用尖嘴钳或镊子把电阻、二极管按图1-2进行整形。操作2安装与焊接元器件

电阻、电容、电位器紧贴PCB板安装，整流二极管、晶体管安装时要留一定的高度，借助元件引脚散热来保护二极管和晶体管。焊点要圆滑光亮，具体要求如图1-3所示。图中“√”为焊点合理，“×”为焊点不合理。操作2安装与焊接元器件注意：

VT10(3DD15D)和电位器RP4不是直接安装在线路板上的，而是先焊接小胶线，再通过小胶线安装在线路板上。VT10固定在后壳上，RP4固定在面板上。线路板的安装要先从安装电阻开始，紧贴线路板安装。再安装整流二极管和无极性电容，二极管的引脚要留一段用于散热。接着安装晶体管、电解电容和电位器。操作3安装变压器

把变压器用螺钉固定在外壳内部的底层上，并与线路板、熔断器座和电源开关连接，如图1-4所示。操作4安装表头、电位器、开关、接线柱和指示灯

把船形电源开关、按钮开关、红/黑接线柱固定在面板上。把15V直流电压表和1A直流电流表固定在面板上，如图1-5所示。操作5连接电源线和开关、熔断器

把电源线穿过橡皮圈和外壳，打结后连接在熔断器座、船形开关和变压器上，并把变压器的双17V输出端用小胶线焊接后，连接在电路板上，如图1-6所示。操作6其他操作注意事项1）把VT10焊接小胶线后固定在后壳板上，把电位器RP4、发光二极管（LED）焊接小胶线后固定在前面板上。

2）用导线把电压表、电流表、接线柱连接在线路板上。与电压表、电流表、接线柱连接的导线，要先焊接焊片后再与O形圈连接。

3）通电调试线路板，调节正常后，用紧固架固定线路板。

4）安装后盖，用螺钉固定外壳。任务四直流稳压电源的调试与检修操作1调试直流稳压电源

调试直流稳压电源的目的是对其基本状况有一个初步了解，主要检查阻值是否正常和电路是否短路。其调试步骤如下。

1）插入交流熔断器，用47型万用表R×1Ω挡，测电源插头两端的电阻值，接通开关时应等于电源变压器一次侧绕组电阻（100Ω左右），断开时为无穷大，表明变压器一次侧回路正常。

2）用R×1Ω挡测整流输出端对地电阻（断开直流熔断器）。①测正向电阻。表针摆动后应回到无穷大或接近无穷大，如图1-7（a）所示。②测反向电阻。表针摆动后指示的阻值应为几千欧至十几千欧，如图1-7（b）所示。操作1调试直流稳压电源

测整流输出端对地电阻的目的是检查整流电路整流二极管、旁路电容和滤波电容是否正常，若其中有一个被击穿，此阻值必然发生变化。操作1调试直流稳压电源3）安装上直流熔断器后，测整流输出端的对地电阻。正向电阻5～10kΩ，反向电阻2～5kΩ。若稳压电路中的晶体管或电解电容有被击穿损坏的，将会导致阻值变化。

4）测稳压电源输出端对地电阻，如图1-8所示。操作1调试直流稳压电源

这个阻值在很大程度上受取样分压电路的影响。若输出端的滤波电容击穿，正、反向电阻均接近零。

5）通电检测。在稳压电源第一次通电时，手暂时不要离开开关。因为个别质量不好的电解电容，可能在加上电压后瞬间即被击穿，这样一旦电路中出现冒烟、打火等异常现象，可立即切断电源。主要检测整流滤波后电压,有负载时C12两端电压应为Uo=12×17V=20.4V。

6）输出电压范围的调节。用小一字螺丝刀调节电位器RP3，用手旋转电位器RP4的旋钮，调节它们的阻值，使电压表上输出电压的数值在1.5～12Ｖ之间连续可调。操作2检修直流稳压电源

直流稳压电源能否正常工作与220V交流电源的波动、所带负载的大小、选用电路元器件质量的好坏，以及使用者的使用方法都有密切的联系。上述中任一方面的变化都可能使直流稳压电源产生故障。下面介绍几种常见故障的检修。

1）直流稳压电源输出端无电压。要进行如下检修。①断电检测输出端的好坏，如表1-6所示。操作2检修直流稳压电源②测量全波整流的好坏，如表1-7所示。操作2检修直流稳压电源③测变压器的好坏，如表1-8所示。操作2检修直流稳压电源2)直流稳压电源输出端电压调整范围很小。此故障出在调压电路，120Ω的电阻器变质或1kΩ电位器变质，使调压电路的分压比达不到要求。

3)直流稳压电源输出端电压只有2V，并且不可调120Ω的采样电阻开路。

4)直流稳压电源输出电压为最大值12.5V，并且不可调原因可能有两种：①LM317的3脚虚焊；②电位器开路。

5)输出电压为最小值1.25V，并且不可调。此故障出在调压电路，电位器被短路。任务五直流稳压电源的设计操作1直流稳压电源指标、功能和性能的确定

直流稳压电源指标：①输入电压：200～240Ｖ；②频率：50Hz；③输出电压：1.5～12Ｖ连续可调；④功能：当电流大于或等于700mA时进行过电流保护；⑤性能：输出波形误差电压小于0.005UP-P，电源电路采用串联降压型。操作2设计直流稳压电源电路原理图

由直流稳压电源指标、功能和性能可确定，直流稳压电源电路原理图的设计，包含变压器电路、输出取样电路、电源调整电路、电源指示电路、电流/电压输出指示等电路，如图1-9所示。操作3直流稳压电源印制电路板图的设计

操作3直流稳压电源印制电路板图的设计（1）印制电路板设计步骤

1）原理图的设计：原理图的设计主要通过利用ProtelDXP的原理图设计系统绘制一张电路原理图。设计者应充分利用ProtelDXP所提供的强大而完善的原理图绘图工具、测试工具、模拟仿真工具和各种编辑功能，来实现其目的，最终获得一张正确、精美的电路原理图，以便为接下来的工作做好准备。

2）电路板框架设计。设计印制电路板之前，要根据电路原理图负载程度对电路板有一个初步的规划，如电路板的边框尺寸，采用几层电路板，是单面板还是双面板，各元器件采用何种封装形式及其安装位置等。

3）参数设置。主要设置元器件的布置参数、板层参数、布线参数等。一般某些参数可用其默认值，而某些参数在使用过ProtelDXPSE之后，即第一次设置后，以后几乎无需修改。操作3直流稳压电源印制电路板图的设计4）装入网络表及元件封装。网络表是电路板自动布线的灵魂，也是电路原理图设计系统与印制电路板设计系统的接口。元器件的封装是指元器件的实际外形、尺寸，对于每个装入的元器件必须有相应的外形封装，才能保证电路板布线的顺利进行。只有将网络表装入之后，才可能完成对电路板的自动布线。

5）元器件布局。ProtelDXPSE可以对元器件进行自动布局，亦可让用户手工布局。元件布局是否合理，对下一步自动布线至关重要。

6）自动布线。ProtelDXPSE采用世界最先进的无网络、基于形状的对角线自动布线技术。只要将有关的参数设置得当，元件布局合理，自动布线的成功率几乎是100%。

7）手工调整。自动布线结束后，对某些令人不满意之处可进行手工调整。操作3直流稳压电源印制电路板图的设计8）文件保存及输出。完成电路板的布线后，保存完成的电路线路图文件。然后利用各种图形输出设备，如打印机或绘图仪输出电路板的布线图。稳压电源的PCB板装配图如图1-10所示。操作3直流稳压电源印制电路板图的设计

电路的印制电路板如图1-11所示。操作3直流稳压电源印制电路板图的设计

元件分布，如图1-12所示。操作3直流稳压电源印制电路板图的设计

（2）印制电路板设计要求

1）元器件布局。

①通常按照信号的流程逐个安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向，如图1-13所示（箭头表示信号流向）。操作3直流稳压电源印制电路板图的设计

②围绕每个功能电路单元核心元器件为中心进行布局，要求印制板上的元器件排列均匀、整齐、紧凑，平行或垂直布置，减少和缩短各模块之间的引线和连接线，使元器件布局合理。

③对所有元器件的布局应考虑到安装、焊接、调试和维修的方便。功能电路单元中特殊元器件的布局应遵循表1-9中的特殊要求。操作3直流稳压电源印制电路板图的设计

2）印制电路板布线。

①印制电路板上的导线最小宽度由印制电路与绝缘基板间的黏附强度和流过它们的电流值决定。常用印制电路的导线宽度有0.5mm、1.0mm、1.5mm等几种。对于分立元件电路，印制电路导线宽度在1.5～2.0mm，完全可以满足电路设计要求，但对于集成电路、数字电路，印制电路导线可放宽到0.2～0.3mm。对于电源线和公共地线在布线允许条件下宽度应大于3mm。印制电路允许通过的电流及线路宽度关系如表1-10所示。操作3直流稳压电源印制电路板图的设计

②每两条印制线路之间的最小间距主要由它们之间的绝缘电阻和击穿电压决定。印制电路间距越大，相互之间绝缘电阻就越大，可承受的耐压就越高。一般选间距1～1.5mm完全可以满足大多数电路的设计要求。对集成电路，尤其是数字电路，由于工作电压都很低，只要工艺允许，可使间距很小，如图1-14所示。任务六设计低频电子电路的两个要点操作1任务的提出

低频模拟电路的设计，首先要根据被控对象的实际要求，拟定出切实可行的总体方案。在确定方案的过程中，应当反复研究设计要求、性能指标，然后根据确定的方案划分成若干个单元电路，并对各单元电路进行初步的设计，包括电路形式的确定、参数的计算、元器件的选用等。最后将设计好的各单元电路连接在一起，画出一个符合要求的完整电路。所谓总体方案，就是根据被控对象实际问题的要求和性能指标把要完成的任务分配给若干单元电路，并画出一个能反映出各单元功能的整体原理框图。这种框图不必太详细，总体的原理反映清楚就行了，必要时可加简要的文字说明。操作1任务的提出

例如，在模拟电路中经常采用的多级放大电路，一般可分为输入级、中间级和输出级三个部分，如图1-15所示。在确定总体方案时，要根据放大器的增益、输入电阻、输出电阻、通频带和噪声系数等性能指标要求来确定电路结构。操作1任务的提出

对输入级，首先应考虑其输入电阻必须与信号源内阻相适应，根据信号源的特点来确定电路的形式。同时由于输入级的噪声会对整个电路产生很大影响，因此要求其噪声系数小；对中间级，主要是提高电压增益，当要求增益较高时，一级放大器难以满足要求，可以由若干级组成。在确定总体方案时，就要根据总的增益要求来确定其级数。输出级主要是向负载提供足够的功率，因此要求其具有一定的动态范围和负载能力，应根据负载情况来确定电路的形式。为了改善放大器的性能，使之达到实际要求，在总体方案确定时还应考虑电路中采用何种类型的负反馈。由于符合要求的总体方案可能有多种，设计时要根据自己的实际经验，参阅有关资料，对各种方案的优、缺点和可行性进行反复的比较，最后选择出功能全、运行可靠、简单经济、技术先进的最佳设计方案。操作2技术指标的确定

（1）单元电路设计一个复杂的电子电路，一般都由若干个单元电路组合而成。对单元电路进行设计，实际上是把复杂的任务简单化，这样便可利用学过的基本知识来完成较复杂的设计任务。只有各单元电路的设计合理，才能保证整体电路设计的质量。在单元电路设计前，首先应根据各单元应完成的任务，拟定出各单元电路的性能指标，并选择电路的基本结构形式。一般情况下可在保证电路性能指标的前提下，采用典型电路或参考较成熟的常用电路，但设计者要敢于探索、勇于创新，使所设计的电路有所改进。在每个单元电路的设计过程中，不仅要注意本单元电路的合理性，还应考虑各单元之间的相互影响，前后之间要互相配合，同时注意各部分输入信号和输出信号之间的关系。操作2技术指标的确定

（2）电路参数计算在电路基本形式确定之后，便可根据性能指标要求，运用模拟电路的理论知识，对各单元电路的有关元器件参数进行分析计算。例如，设计放大电路时，应根据增益或输出电压、输入电阻、输出电阻、通频带、失真度和稳定性等指标，计算电源电压、各电阻的阻值和功率、各电容的容量及工作电压等参数。在进行元件参数计算时，应在正确理解电路原理的基础上，正确运用计算公式，有的可以采用近似计算公式。对于计算结果还要善于分析，并进行必要的处理，然后确定元器件的有关参数。一般来说，对元器件的工作电流、工作电压、功耗和频率等参数，必须满足电路设计指标的要求，对元器件的极限参数应留有足够的裕量。对电阻、电容的参数，应取与计算值相近的标称值。操作2技术指标的确定

（3）元器件的选择一般来说，选择元器件应考虑以下两个方面的问题。

1）从具体问题和电路的总体方案出发，确定需要哪些元器件，每个元器件应具备哪些功能。在单元电路的参数计算时，应根据电路指标要求、工作环境等，确定所选元器件参数的额定值，并留有足够的裕量，使其在