内容正文:
项目二 直流稳压电源
学习目标
(1)了解直流电源的基本概念;
(2)了解直流稳压电源的类型;
(3)掌握直流稳压电源的使用方法;
(4)能根据直流稳压电源的技术指标,掌握正确使用直流稳压电源的方法。
知识要点
1.直流电源的基本类型及特点
(1)电源
将其他形式的能量转变为电能的装置或设备,称为电源。 常见的电源有直流电源和
交流电源。
(2)直流稳压电源
满足电流的大小和方向不随时间变化的电源称为直流电源。
输出电压不因输入电压的波动而变化,不受负载的影响(或影响较小)的电源称为直
流稳压电源。
(3)直流稳压电源的基本类型和特点
直流稳压电源的基本类型和特点,见下表。
种类 基本原理 分类方法 电路类型 主要特点
线性
电源
是先将交流电经过
变压器变压,再经过
整流电路整流滤波
得到未稳定的直流
电压。 要达到高精
度的直流电压,必须
经过电压反馈调整
输出电压
稳压管与负载
的连接形式
并联型稳压电源
稳压管与负载并联,一般采
用稳压二极管进行稳压
串联调整型稳压
电源
稳压调整管与负载串联,调
整管调节输出稳压电压
12
续表
种类 基本原理 分类方法 电路类型 主要特点
开关
稳压
电源
利用电子开关器件
(如晶体管、场效应
管、可 控 硅 闸 流 管
等),通过控制电路,
使电子开关器件不
停地 “接通” 和 “关
断”,让电子开关器
件对输入电压进行
脉冲调制,从而实现
DC / AC、DC / DC 电压
变换,以及输出电压
可调和自动稳压
储能元件与负
载的连接形式
振荡方式
脉冲控制方式
并联型开关稳压
电源
储能电感与负载并联
串联型开关稳压
电源
储能电感与负载串联
自激式开关稳压
电源
由开关管与开关变压器组成
正反馈环路来完成振荡
他激式开关稳压
电源
由另外振荡器产生振荡脉
冲,加在开关管上控制开关
管导通和截止,实现稳压
脉冲调宽式开关
稳压电源(PWM)
调节控制脉冲的宽度,调整
输出电压高低,实现稳压
脉冲调频式开关
稳压电源
同时调节控制脉冲的频率和
宽度,调整输出电源的高低,
实现稳压
2.直流稳压电源的电路组成与工作原理
(1)串联调整型稳压电源
•电路组成
串联型稳压电路如下图所示,由取样电路、基准电路、比较放大和调整电路等部分组
成。 其中 R1、R2 和 RP 组成取样电路,R1、R2 和 RP 称为取样电阻;R3 和 V3 组成基准电路,
R3 是 V3 的限流电阻;V2 为比较放大管,作用是将稳压电路输出电压的变化量先放大,然
后再送到调整管基极;V1 是调整管,起调整作用。
22
•稳压原理
当输出电压 Uo 发生变化时,通过取样电路把 Uo 的变化量取样加到放大管 V2 的基
极。 而由 R3 和 Vz 组成的基准电路为 V2 的发射极提供基准电压 Uz。 由 V2 和 R4 组成的
放大电路把取样电压和基准电压进行比较放大后,输出调整信号送到调整管 V1 的基极,
控制 V1 进行调整,以维持 Uo 基本不变。
•优缺点
串联调整型稳压电源属于线性电源,稳压调整管工作于线性区,依靠调整管的电压降
来稳定输出。
优点:稳定性好、纹波小、可靠性高。
缺点:由于变压器工作在工频(50 Hz)电源上,所以体积较大、重量较大、效率较低
(一般只有 50%左右)。
(2)开关稳压电源
•电源原理图
开关稳压电源原理图及等效原理框图如下图所示。
•开关稳压电原的工作原理
220 V,50 Hz 的低频交流电,经低频整流滤波电路变为直流电,再由开关变压器、开关
三极管、振荡电路等变为几百千赫兹到几十兆赫兹的高频交流电。 然后通过整流滤波电
路输出,同时从输出端取出电压送入控制电路,控制开关管的占空比实现稳定的直流电压
输出。
•优缺点
开关电源属于非线性电源,稳压调整管工作在开关状态。
主要优点:功耗小,效率高(一般可达 80% ~90%),体积小,重量轻,稳压范围宽,稳压
效果很好等。
主要缺点:存在较为严重的开关干扰。 开关稳压电源中,功率调整开关晶体管工作在
开关状态,它产生的交流电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰,
这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽,就会严重地影响整机的正常工
作。 此外,由于开关稳压电源振荡器没有工频变压器的隔离,这些干扰就会串入工频电
网,使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到严重干扰。
32
3.直流稳压电源的使用
(1)直流稳压电源的主要性能指标
直流稳压电源的主要性能指标有输入电压、输出电压、输出电流、输出功率、电源稳定
度、负载稳定度等。 本教材以 UTP3705S 型直流稳压电源为例指标见下表。
名称 数据 名称 数据
输出电压 2×0~32 V 最大输出功率 260 W
输出电流 2×0~5 A 电源稳定度
电压:≤1×10-4+0.5 mV
电流:≤2×10-3+6 mA
输入电源电压
AC220±10%,50 Hz±2 Hz
(输出电流小于 5 A)
AC110±10%,60 Hz±2 Hz
(输出电流等于 5 A)
负载稳定度
电压:≤ 1 × 10-4 + 2 mV
(输出电流≤3 A)
电压:≤ 1 × 10-4 + 5 mV
(输出电流>3 A)
(2)直流稳压电源的使用
作稳压源输出电压时,应将电流调节旋钮顺时针旋到底,并保持。 调节电压调节旋钮
控制输出的直流电压值。
作稳流源输出电流时,应将电压调节旋钮顺时针旋到底,并保持。 调节电流调节旋钮
控制输出的直流电流值。
UTP3705S 型直流稳压电源有独立(FREE)和串联跟踪(TRACK)两种工作模式。
•独立工作模式(FREE)
设置方式:将模式切换按钮 MODE 弹起置于(FREE)。
特点:CH1 和 CH2 两个通道相互独立,所显示的电压和电流值只受对应通道的电压
电流调节旋钮控制,可输出两组不同的电压。
•串联跟踪模式(TRACK)
设置方式:将模式切换按钮 MODE 按下置于(TRACK),为确保跟踪模式能正常工作,
在模式切换前要用短接片将 CH1 通道负极与 CH2 通道的正极可靠连接。
特点:
①主从关系:当工作在串联跟踪模式下时,将建立以 CH1 通道为主,以 CH2 通道为从
的主从关系,即 CH2 通道此时所显示的电压将保持与 CH1 通道的数值一致且不受 CH2
通道电压调节旋钮的控制,两组的电压大小此时都由 CH1 通道的电压调节旋钮控制。
②可输出 CH1 通道 2 倍的电压:当工作在串联跟踪模式下时,使用 CH1 通道的正极
接线柱和 CH2 通道的负极接线柱作为电源的输出端时,此时输出电压值为 CH1 通道 2 倍
的电压,最高可输出 64V 电压。
③可输出正负双电源:将接地端作为固定公共端,CH1 通道的正极接线柱与接地端之
间输出为正电压,CH2 负极接线柱与接地端之间输出为负电压。
42
直流稳压电源为负载供电的操作步骤如下图所示。
解题示例
例 1 要用 APS3003S 型稳压电源给容量为 1 500 mA·h 的手机电池充电,试说明操
作步骤及要领。
分析:①目前手机电池类型一般都是 3.7 V 锂电池,充电限制电压 4.2 V,故可将输出
电压设为 4.2 V。
②锂电池可以接受的最大充电率通常是 1 C 甚至更小,像 ThinkPad 笔记本电池最大
充电率为 0.9 C。 所谓 1 C 充电率指以容量的 1 倍率电流来充电,充电时间为 1 h。
实际上,要想电池寿命长,基本上是以 0.1 ~ 0.3 C 充电 4 ~ 10 h。 也就是说,容量为
1 500 mA·h 的电池,如果以 0.2 C 充电,则充电电流为 0.2 C×1 500 mA·h= 300 mA,充
电 5 h。
操作步骤:
第一步:将电源开关置于“ON”位置,接通交流电源,指示灯亮,显示上次输出设置。
第二步:恒流电流的预置:先将电压调到 3 ~ 10 V 任意值,然后将电流粗调旋和微调
旋钮都调到“0”,即逆时针方向旋到低。 然后用导线短路输出正、负端时针方向调节电流
粗、微调旋钮,使指针指到所需要设定的电流值 300 mA,拆除短接线。
第三步:调节输出电压粗调旋钮,使电压表指示值约高于预置值 1 ~ 2 V,再细调到
4.2 V。
第四步:根据外部负载电源的极性,正确连接电源端的“+”和“-”。
例 2 某同学在使用直流稳压电源时,发现电源有电压输出也有电流输出,但是再调电压,
电压就调不上去了。 再想把电流调大点,电流就调不大了。 请说明这是什么原因引起的?
答:这是由于操作者对“恒压”“恒流”的概念不甚清楚的原因。 如果“恒压”灯亮,说
明电源工作在恒压状态(可以认为电压占主动地位),这时的输出电流大小,是由负载决
定的,而不是由操作者调出来的(可以说电流是占被动地位),如果这时去右旋“电流调
52
节”旋钮,电流是不会增大的。 但这时去右旋“电压调节”旋钮,输出电压是会升高,输出
电流也会随之升高的(电压是主,电流是从)。
同理,如果“恒流”灯亮,说明电源工作在恒流状态,这时的输出电压也不是“调”出来
的,而是由负载决定的。 只有去调节“电流调节”旋钮,输出电流才会改变,输出电压也随
之变化(这里电流是主,电压是从)。
总之,在使用直流稳压电源时,要弄清主从关系。 电源处于“恒流”状态时去调电流,
处于“恒压”状态时去调电压,才能改变负载上的电压和电流。
课堂练习题
一、填空题
1.电流的大小和方向不随时间变化的电源称为 。 交流电的电流大小和方
向 。
2.线性电源按稳压管与负载的连接方式不同,可分为 和 。
3.开关稳压电源按储能元件与负载的连接方式不同,分为 和 。
4.串联可调式稳压电源的调整管工作在 状态,而开关电源的调整管工作
在 状态。
5.实验室所用的直流稳压电源,从输出形式上一般分为 、 和
。
6.在如下图所示的电路中,调整管为 ,采样电路由 组成,基准
电压电路由 组成,比较放大电路由 组成。
7.UTP3705S 型直流稳压电源面板上 CURRENT 旋钮的作用是 、
和设置输出电流。
8.MODE 是 模式和 模式切换键,按下时为 模式,弹
起时为 模式。
9.UTP3705S 型直流稳压电源的输出电压为 ,输出电流为 ,最
大输出功率是 ;当该电源处于串联跟踪模式时,最大输出电压可以达到
V。
62
二、选择题
1.串联可调式稳压电源的电源调整管工作在( )。
A.放大状态 B.开关状态 C.截止状态 D.饱和状态
2.开关电源的电源调整管工作在( )。
A.放大状态 B.开关状态 C.截止状态 D.饱和状态
3.开关电源按稳压方式分为( )。
A.串联型和并联型 B.自激式和他激式
C.调频式和调宽式 D.以上都对
4.下列不属于串联可调式稳压电源的电路是( )。
A.降压变压器 B.整流滤波电路
C.稳压电路 D.扫描电路
5.开关电源的开关管导通时间越长,开关变压器储能( )。
A.越小 B.不变 C.越多 D.不确定
6.开关型直流电源比线性直流电源效率高的原因是( )。
A.调整管工作在开关状态 B.输出端有 LC 滤波电路
C.可以不用电源变压器 D.调整管工作在放大状态
7.UTP3705S 型直流稳压电源,将Ⅰ路和Ⅱ路设置为跟踪模式,下列操作正确的是
( )。
A.将 MODE 开关压下,短路片断开 B.将 MODE 开关弹起,短路片断开
C.将 MODE 开关压下,短路片连接可靠 D.将 MODE 开关弹起,短路片连接可靠
三、判断题
1.电流是一个既有大小,又有方向的量,所以它是矢量。 ( )
2.对于稳压电源,只要市电电压稳定,则输出电压一定稳定。 ( )
3.开关电源是靠改变开关管的占空比来实现稳压的。 ( )
4.在使用开关电源时,要先接入负载,再按负载要求调整电压。 ( )
5.稳压电源使用完毕后,可直接切断电源。 ( )
6.UTP3705S 型直流稳压电源,可以为负载提供正负双电源。 ( )
7.UTP3705S 型直流稳压电源,可以将Ⅰ路和Ⅱ路并联为负载提供大电流。 ( )
8.UTP3705S 型直流稳压电源,可以将Ⅰ路和Ⅱ路串联为负载提供高电压。 ( )
9.UTP3705S 型直流稳压电源,Ⅰ路和Ⅱ路串联使用时应将短路片断开。 ( )
10.UTP3705S 型直流稳压电源,设置为跟踪模式时,电源电压的调节由 CH2 通道的
“VOLTS”旋钮调节。 ( )
11.UTP3705S 型直流稳压电源,设置为跟踪模式时,CH2 通道电源的限流设置由 CH2
通道的“CURRENT”旋钮调节,与 CH1 通道的限流设置无关。 ( )
72
12.UTP3705S 型直流稳压电源,“CV”指示灯点亮时,表明电源处于恒压输出模式。
( )
13.在恒压工作模式下,APS3003S 型直流稳压电源的负载电流值一旦超过输出电流
限定值时,该电源将自动转换为恒流工作模式。 (2019 年高考真题) ( )
四、简答题
1.开关电源的主要优点有哪些?
2.如何使用直流稳压电源?
3.某同学在使用直流稳压电源时,出现“输出有电压而无电流,或者有电流而无电压”
的现象,这是什么原因引起的?
4.简述使用直流稳压电源正负双电源供电的操作步骤。
单元检测题
一、填空题
1.直流稳压电源按调整管的工作方式可分为 稳压电源和 稳压
电源。 其中串联调整型稳压电源属于 稳压电源。
2.串联稳压电源中变压器的作用是 ,整流电路的作用是 。
3.串联稳压电源的优点是 、 和可靠性高。
4.串联稳压电源的调整管工作在 ,开关稳压电源的调整管工作在
。
82
5.开关稳压电源的优点是 、 、体积小、质量轻。
6.UTP3705S 型直流稳压电源属于 型稳压电源,具有多种保护功能,包
括 、短路保护和 保护。
7.开关稳压电源按产生振荡的方式可以分为 振荡和 振荡。
8.开关稳压电源的组成部分有低频整流滤波、 、 、
和控制电路、振荡电路。
9.在 UTP3705S 型直流稳压电源上,当“CC”指示灯亮起时,表示此时设备工作在
状态。
二、选择题
1.下列不属于串联稳压电源组成部分的是( )。
A .变压器 B.采样电路
C.开关三极管 D.比较放大器
2.下列关于串联稳压电源中基准电压部分的说法,错误的是( )。
A.基准电压在电源工作过程是不变的
B.基准电压一般由稳压二极管提供
C.调节稳压电源的输出电压就是调节电路的基准电压
D.基准电压的稳定性越高越好
3.下列关于串联稳压电源的说法,错误的是( )。
A.对其他设备的干扰很小
B.由于采用电源变压器,所以体积较大
C.当输入电压低于输出电压时,也能实现稳压输出
D.发热量大,效率较低
4.下列关于开关稳压电源的说法,错误的是( )。
A.开关稳压电源的调整管工作于饱和和截止状态
B.开关稳压电源电路较为复杂
C.开关稳压电源的输出电压不能进行调节
D.开关稳压电源转换效率高
5.在使用 UTP3705S 型直流稳压电源时,下列操作错误的是( )。
A.应先接上负载,再调节稳压电源的相关参数
B.当负载短路时,应迅速关闭电源
C.在调节输出电压时,应先粗调再细调
D.与负载相连接时,一定要注意正负极性
三、判断题
1.开关稳压电源的输入电压范围宽,当输入电压低于输出电压时也能实现稳压。
( )
92
2.在使用稳压电源时,应先调整需要的电压后,再接入负载。 ( )
3.当多个稳压电源串联使用,输出电压为各稳压电源的输出电压之和。 ( )
4.UTP3705S 型直流稳压电源的恒流电流值应小于负载的额定电流。 ( )
5.UTP3705S 型直流稳压电源可以输出幅度连续可调的交流电压。 ( )
6.常见负载是恒压负载,所以稳压电源的电压调节旋钮使用频率较高。 ( )
7.当 UTP3705S 型直流稳压电源的输出端空载时,电流表的指示值为 0。 ( )
8.UTP3705S 型直流稳压电源的输出电压调节范围为 0~32 V,输出电流为 0~3 A。
( )
9.UTP3705S 型直流稳压电源在对负载供电时,发现电流表的数字在变化,但电压表
的数字不变,这说明稳压电源工作于恒压模式。 ( )
10.若设置得当,可以让 UTP3705S 型直流稳压电源同时工作于恒压和恒流模式。
( )
四、简答题
1.什么是恒压工作模式? 有何特点?
2.什么是恒流工作模式? 有何特点?
3.简述使用直流稳压电源单电源供电时负载的连接方式。
4.简述使用直流稳压电源正负电源供电时负载的连接方式。
03
五、作图题
1.作出串联稳压电源的结构框图。
2.作出开关稳压电源的结构框图。
六、应用题
1.请将下图中直流稳压电源接成正负双电源(±12 V)完成对负载的供电。 画出电源
输出端口与负载的连线,并写电源相关设置步骤。
13
2.某电子设备的额定电压是 12 V,额定阻抗为 6 Ω,请用 UTP3705S 型直流稳压电源
为其供电,要求:
(1)根据负载计算出 UTP3705S 型直流稳压电源的恒流设定值。
(2)写出 UTP3705S 型直流稳压电源为负载供电的步骤。
23
实际相对误差为 %42.0
6.9
6.956.9
UA
U
A
由此可见,当电压表内阻越大,测量结果越准确。
2. 解:计算出三块表的相对误差,选相对误差最小一个。
表 1:
%4.0%100
5
02.0%100
02.010%2.0
A
X
mAXX
A
mm
表 2:
%1%100
5
05.0%100
05.010%5.0
A
X
mAXX
A
mm
表 3:
%2%100
5
1.0%100
1.0100%1.0
A
X
mAXX
A
mm
选表 1。
3. 解:
表 1:
%5%100
10
5.0%100
5.0100%5.0
A
X
VXX
A
mm
表 2:
%75.3%100
10
375.0%100
375.015%5.2
A
X
VXX
A
mm
选表 2
4. 1.38 2.65X10-3 6.00X103 2.64X101 7.14 3.48X10-4
5.84X10 5.48X101 2.10X107 4.12X101 2.56X101
5.
HzHz
mVmV
VV
HzH
2.20.20200
0.150.150000
40.005.382
5.2z0.420000
项目二 直流稳压电源
课堂练习题
一、 填空题
1. 直流电源 都随时间变化而变化
2. 并联型稳压电源 串联型稳压电源
3. 并联型开关电源 串联型开关电源
4. 线性放大 开关
5. 单电源 双电源 多路直流稳压电源
6. V1 R1 RP R2 R3V3 V2
7.切换恒流 恒压模式
8.独立 跟踪 跟踪 独立
9.0~32V 0~5A 260W 64V
二、 选择题
ABCDC AC
三、 判断题
1~5:XX√X√ 6~10:√X√XX 11~13 :√√√
四、简答题
1. 稳压范围宽、效率高(一般可达 80%—90%)、体积小、重量轻等。
2. 基本步骤:
第一步:将电源开关置于“ON”位置,接通交流电源,指示灯亮。
第二步:调节输出电压输出粗调旋钮,使电压表指示值约高于预置值 1—2V.
第三步: 根据外部负载电源的极性,正确连接电源输端的“+”和“-”。
第四步: 恆流电流的预置:先将电压调到 3—10V 任意值,然后将电流粗调
旋和微调旋钮都调到“0”,即逆时针方向旋到低。然后用导线短路输出正、负
端时针方向调节电流粗、微调旋钮,使指针指到所需要设定的电流值。拆除短接
线,然后再调节电压输出端旋钮,选择所需要的电压值即可。
3、无论是上述那一种情况,电源都已经正常工作,操作者应检查自己的负载是否接触
良好,负载是否被短路或开路,负载是否符合规范等。从极端情况来讲,如果电源有电
压输出(恒压状态),而负载线又断了,自然输出电流就等于零了。同样,如果电源有
电流输出(恒流状态),而负载又短路了,自然输出电压就等于零了。
4、以 UTP3705S 为例:
(1)先确保短接片连接完好。
(2)将模式选择开关按下。
(3)通电,调节 CH1 的 volts 旋钮调节输出电压
(4)调节限流。
(5)接入负载。
单元检测
一、 填空题
1.线性 开关 线性 2、降压 整流 3、稳定性好、纹波电压小 4、放大状态 开关状
态 5、稳压范围宽、效率高 6、串联 7、自激式 它激式 8、开关变
压器、整流滤波输出、开关管 9、恒流
二、 选择题
1~5 CCCCA
三、 判断题
1~5 6~10
四、 简答题
1、输出电压不随输入电压的波动或负载的变化而发生变化的模式称为恒压模式。其特点是
输出电压会受控且与设置值相同,电流将会随负载变化而变化。
2、输出电流恒定不变的模式称为恒流模式。特点是当电流值超过输出电流限定值,设备将
工作在恒流模式,输出电流值受控在设定值上,输出电压将会低过设定值以下。当输出电流
低过设定值时,设备就会自动转为恒压工作状态。
3、220V 交流电经变压器转变为低压的交流电后,经整流滤波电路转变为直流电,然后由取
样电路、基准电压电路、比较放大电路、调整元件等组成的稳压环节处理后,输出稳定的直
流电。
4、开关稳压电源由低频整流滤波、开关变压器、整流滤波输出、开关管、振荡电路、控制
电路等部分组成。
五、作图题
1.
2.
变
压
器
整
流
、
滤
波
调整管
比较放大
基准电压
取
样
电
路
~220V
Uo
低频整流滤波~220V
50HZ
开关管
开关变压器 整流滤波输出
振荡电路
控制电路
Uo
六、应用题
1. (1)连接短接片。
(2)将模式 MODE 选择开关按下。
(3)通电,调节 CH1 的 volts 旋钮调节输出电压到 12V
(4)调节限流,分别将 CH1 和 CH2 的 CURRENT 逆时针调到底,且输出端短接,顺
时针缓慢 CURRENT,得到设置电流值,将输出端短接线取下。
(5)接入负载。
3、解:(1)负载电流 IL=12/6=2A 可将 UTP3705S 的限流值设置为略大于 2A,如 2.2A。
(2) 选择 CH1 通道,调节输出电压为 12V,设置限流为 2.2A,接入负载。
项目三 万用表
课堂练习
一、填空题
1. c、a、b、e, 2. ×100;调零(或重新调零);2.2×10 3 (或 2.2k) 3. 220 Ω 0.40
mA 4. DHFAHGE. 5.○2 a 6. (先)把选择开关拨到×1000Ω,(接着)调零。 7. 1.2×103
Ω R×10 8.机械调零9. Cx 10. 2.16 0.8 10.8 0.16 11.电流,电压,电阻 12.表针,磁路
系统,偏转系统 13.15Ω 14.3V 越大 1M 15. 测量电路 16. 200 欧以下都有显示 低
于 90 左右才能发出蜂鸣声 17.内阻、灵敏度 18. 直流电压 19. 液晶显示器、量程转换开关
20. 三极管β值 21.并 串 22.电压、电阻、频率 23. 0.5923 硅 24. 刻度线左端“0”
位置上 25. 1K 3.3K 31V 17V 0.31mA 0.17mA 26.mA COM 27.电池 交流电源
28. 背光灯 29. 18 30. 12540 31.直流电压
二、选择题
1~5:DCCDB 6~10:ABBCB 11~15:CDCDD 16~20:CCBDD
21~26:BDCDAC
三、判断题
1~5: 6~10: 11~15: 16~20: 21~25:
26~29:
四、简答题
略
五、实验题