学装整流电源

整流电源是一种用途广泛的电子设备。图1是一种简单实用的整流电源，它可以提供3V、500mA的直流电源，供袖珍收音机、随身听放音机、电动剃须刀等小家电使用。这个整流电源使用了电源变压器、晶体二极管、电容器等元器件，通过这个小制作，我们同时将学到这些元器件的基本知识。

晶体二极管简称二极管，是一种具有一个PN结的半导体器件。晶体二极管的文字符号是“VD”，图形符号及外形见图2。晶体二极管按其制造材料的不同，可分为硅管和锗管两大类，它们的主要区别是：硅管的反向漏电流比锗管小（硅管＜1μA，锗管约为几百μA）；锗管的正向管压降比硅管小（锗管0.2～0.3V，硅管0.6～0.7V）。晶体二极管按结构不同，可分为点接触型二极管和面接触型二极管。按用途不同，又可分为整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管、变容二级管等。国产晶体二极管的型号一般由4～5部分组成：第一部分用数字“2”表示二极管，第二部分用字母表示极性和材料，第三部分用字母表示用途，第四部分用数字表示序号，第五部分用字母表示区别代号（详见附表）。

1．晶体二极管的参数

晶体二极管的参数较多，常用的整流、检波二极管，主要有以下几个参数：

①最大整流电流I\(_{M}\)，指允许正向通过PN结的最大平均电流。使用中应选用IM大于电路实际电流值的二极管，否则将损坏二极管。

②最大反向电压U\(_{M}\)，指反向加在二极管两端而不致引起PN结击穿的最大电压。使用中应选用UM大于电路实际工作电压2倍以上的二极管，如果实际工作电压的峰值超过U\(_{M}\)，二极管将被击穿损坏。

③最高工作频率f\(_{M}\)。由于PN结极间电容的影响，使二极管所能应用的工作频率有一个上限fM，在作检波使用时，应选用f\(_{M}\)至少2倍于电路实际工作频率的：二极管，否则不能正常工作。

2．晶体二极管的主要作用

晶体二极管具有单向导电特性，只允许电流从正极流向负极，而不允许电流从负极流向正极（图3）。利用这一特性，二极管有许多作用，最常用的有：

①整流。当一个交流电压Ui通过二极管后，由于二极管的单向导电特性，在Ui正半周，二极管导通，有输出；在Ui负半周，二极管截止，无输出，这就是二极管的整流作用。输入的交流电压Ui，通过整流，在输出端成为（脉动）直流电压U0（图4）。

②检波，当一个调幅波加到二极管正极（也可以是负极）时，其正半周通过了二极管，而负半周被截止，再滤除已通过二极管的正半周中的高频成份，输出的就只是调幅波的包络线，即调制在载波上的低频信号，这个过程称为检波（图5）。

③晶体二极管的管脚识别和检测。

晶体二极管的两管脚有正、负极之分，使用中应识别清楚。一般二极管上都印有图形符号，三角一端为正极，短杠一端为负极；也有在二极管负极一端印上一道色环作为标记的（图2b）。

用万用表可以判别二极管的正、负极，并同时检测它的好坏。测试时应将万用表选择开关置于“R×1k”档，将两表笔分别接到二极管的两端，测得一个电阻值；然后对调两表笔再测得一个电阻值。对于正常的二极管，两次测量的电阻值应该相差很大。阻值小的是二极管的正向电阻，这时与黑表笔（与表内电池正极相连）相连接的是二极管正极，与红表笔（与表内电池负极相连）相接的是二极管负极（图6a）。阻值大的是二极管的反向电阻，这时与黑表笔相接的是二极管负极，与红表笔相接的是二极管正极（图6b）。正常二极管的正向电阻，锗管应为1kΩ左右，硅管应为1～5kΩ；反向电阻，锗管应>200kΩ，硅管应＞500kΩ。如果两次测量电阻值均很小，说明该二级管已击穿损坏；如果两次测量电阻值均极大，说明该二极管内部断路损坏；如果正、反向电阻值相差不大，说明该二极管质量太差，也不宜使用。

如果没有万用表，也可以用图7所示的简易方法来判别和检测二极管。耳机一端引线接电池负极，另一端引线接二极管，用二极管的另一端去断续触碰电池正极，然后将二极管两端对调后再重复以上动作。两次中，一次应有较响的“喀喀”声，这时与电池正极相碰的是二极管正极（图7a）；另一次应无声，这时与电池正极相碰的是二极管负极（图7b）。如果两次都有“喀喀”声，或者两次都无声，说明该二极管已损坏。

变压器是根据互感原理制成的一种常用电子部件。变压器在电路中起传输交流电信号，并同时变换前后级电压和阻抗的作用。变压器可分为：①高频变压器，例如磁性天线；②中频变压器，例如中频变压器；③音频变压器，例如输入、输出变压器；④电源变压器等几大类。下面重点介绍电源变压器。

电源变压器的文字符号是“T”，图形符号及外形见图8。电源变压器的作用是把电网电压（我国为220V）变为适合需要的电源电压。电源变压器由一个初级线圈和一个或者几个次级线圈组成，它们之间由铁芯作为耦合媒介。当在初级线圈两端接上交流电压U1时，在次级线圈两端即可获得交流电压U2（图8C）。在不考虑损耗的情况下，其变压比与圈数比成正比，即：U1/U2=N1／N2（式中，N1、N2分别为初、次级圈数）。

1．电源变压器的主要参数：

①额定功率P：指变压器所能提供的所有次级最大输出功率之和，单位：W。额定功率P=S\(^{2}\)/1.6（式中，S是铁芯截面积，单位；cm2，见图8c），铁芯截面积S越大，其额定功率P越大。应选用额定功率P大于电路要求的变压器，并留有20％以上的余量。

②次级电压U2：指变压器次级所提供的一个或者几个交流电压数值。在我国，电源变压器初级一般固定为220V，选用变压器时，只要根据需要选择次级电压即可。

③次级电流I2：指变压器各个次级分别所能提供的最大电流。电源变压器如有几个次级，其各个次级所能提供的最大电流不一定相同，在额定功率的范围内，主要与次级线圈所用漆包线线径有关，线径越粗，可供电流I2越大。使用中应使变压器次级电流I2大于电路要求。

2．电源变压器的检测：

①检测线圈：将万用表置于“R×1”档，分别测量变压器初、次级各个线圈的电阻值。一般初级线圈电阻值应为几十至几百欧，变压器功率越小（体积越小），则 电阻值越大；次级线圈电阻值一般为几至几十欧，电压较高的次级线圈电阻值较大些。如果线圈不通，或者电阻值为零，说明有断路或内部短路情况，该变压器已损坏。

②检测绝缘情况：电源变压器的绝缘电阻应＞1000MΩ（兆欧表测），在业余条件下，也可用万用表“R×10k”档，测各个独立线圈之间以及各线圈与铁芯之间的电阻值，均应为∞，即不通，如果各线圈之间或者线圈与铁芯之间有短路情况，说明该变压器已损坏。

掌握了电源变压器和晶体二极管的基本知识以后，就很容易理解整流电源的工作原理了。首先，电源变压器T将电网的220V交流电变为3V交流电。然后，整流二极管VD1～VD4对3V交流电进行桥式整流，当交流电正半周时，变压器次级为上正下负，电源正端经二极管VD1、负载RL、二极管VD3回到负端，形成回路，二极管VD2、VD4处于反向连接而不通（图9a）；当负半周时，次级为下正上负，电源正端经VD2、RL、VD4回到负端，形成回路，VD1、VD3处于反向连接而不通（图9b）。最后，滤波电容C再将桥式整流出来的脉冲直流电中的交流成份滤除，输出的便是基本纯净的直流电了（波形见图10）。

1．元器件选用：变压器T选用3～5W的市售电源变压器，初级220V，次级3V。整流二极管VD1～VD4选用1N4001，或者其它U\(_{M}\)≥3V，IM≥1A的整流二极管。电容C选用2200μ，耐压≥6.3V的电解电容器。

2．根据变压器体积准备一块适当大小的胶木板，按图11a所示打上10个小孔，并铆上铆钉。另钻2个孔作为固定变压器用。

3．用螺钉将电源变压器固定到胶木板上，参照图11将其初、次级引线焊到相应的铆钉上（千万注意，初、次级不能弄颠倒）。将4个二极管和电解电容器焊到胶木板上相应的位置，并用导线将它们连接起来。最后连接好电源插头与输出接线柱。

4．将组装好的机心板装入一个适当大小的塑料盒（例如肥皂盒）中，输出接线柱固定在盒盖上，电源插头线从一端引出。至此，整流电源就做好了。（文江）