三端集成穩壓電源的布焊及故障分析

曹建建++王紅敏++程婕

摘 要： 三端集成穩壓電源是大學必修課《電裝實習》課程的重要內容之一。根據已有的電裝教學經驗，分析三端集成穩壓電源的基本工作原理，介紹穩壓電源的布焊過程和測試過程，詳細介紹學生在完成穩壓電源后可能出現的各種故障，并提供了切實有效的解決方法。經過實踐驗證，這些過程進一步提升了學生的電路原理分析能力、儀器設備（示波器、萬用表）在實際電路測試中的操作和使用能力，提高了實習效率，也為電子組裝愛好者提供了解決此類問題的經驗。

關鍵詞： 電裝實訓； 三端集成穩壓電源； 電路板布焊； 故障分析

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）10?0141?03

電裝實習是本著面向電子產品制造業培養應用型、實踐型、技能型的人才目標開設的，它為更好地學習后續課程，特別是相關的實驗課程、課程設計、畢業設計等積累初步知識和技能，并為今后從事電子產品制造工程技術工作奠定良好的基礎[1]。大學中的電裝實習大多數是以組裝收音機為主，組裝的過程基本是照書焊接，一步一步去完成，完成后學生甚至連部分元器件都不認識，導致學生自主學習和思考的時間較少，也沒有合理應用電子儀器，學習不夠全面，不能達到預期的目的[2]。為了培養學生仔細認真、勤于動腦、加強交流、注意觀察、培養科學、嚴謹的工作作風。現將如何在實訓電路板上繪制出三端集成穩壓電源實物裝配板圖，布排、裝配和焊接，以及發現問題，如何自行分析和排除并寫出分析報告，介紹如下。

1 三端集成穩壓電源的工作原理

本電路由三端可調穩壓集成電路LM317配置少數外圍元器件組成，內部設有過流、過熱保護電路，具有調節范圍寬、電路簡單、穩壓精度高的特點[3]。當輸入電壓滿足條件時，輸出電壓從1.25～37 V連續可調。

1.1 原理分析

該穩壓電源由四部分組成：電源變壓器，整流部分，濾波電路，穩壓電路。電路原理圖及相應的波形如圖1所示，市電經過變壓器 B進行電壓變換，使高電壓轉換為所需要的電壓值，經過全橋Q整流后，將正弦信號變化為無極性變化的脈動電壓，脈動電壓經C1、C2濾波后，電壓波形能夠更加平緩，經過C2濾波后的電流進入三端可調集成穩壓器LM317進行穩壓輸出。為了保證輸出電壓的穩定，輸入電壓應高于可調輸出最高電壓5 V。如把電位器換成固定電阻時，其輸出電壓為固定值。

圖1 三端集成穩壓電源電路原理圖及相應波形

1.2 元件分析

C2，C3作用為：防止穩壓電源工作中由于分布電容的影響而引起的自激振蕩導致的工作不穩定，尤其在輸出端接負載的導線較長時，C2，C3的作用顯得非常重要。全橋硅整流堆內部采用4個整流二極管，已按橋式整流方式接好并封裝為一體，在它的封裝表面印有[4]輸入符號“～”和輸出符號“+”“-”。C1容量的大小和負載RL有關，一般取2RLC1≥（3～5）T。T為市電的周期，一般為[150]Hz。C1過小穩壓電源輸出紋波系數太大，當2RLC1>5T時，對紋波改善不大，成本卻會大大增加。

2 電路板圖的設計與布焊準備

實訓電路板是一種萬能板，可組裝任何簡單電路[5]。如圖2所示，粗線部分為銅箔，即可作為印刷導線，又可作為焊盤，起線路連接、元器件固定、引腳連接的作用。為了方便裝配，變壓器已提前固定在板子上。讓學生了解如何將電路原理圖線路連接關系轉化為印制板圖的實際元器件的連接關系，同時掌握電路印制板圖設計的最基本思想。

圖2 實訓板

2.1 識別并檢測元器件

拿到元器件，對照圖3仔細清點種類及個數，牢記元器件的名稱、封裝特點，進行元器件檢測判斷其好壞，對各元器件質量用萬用表進行檢測，需要測試的元器件有電橋Q、無極性電容C2、電解電容C1和C3，電位器R1、色環電阻R2。盡管電橋Q封裝表面印有輸入符號“～”和輸出符號“+”“-”，學生必須自己用萬用表再次驗證。對電路板還應進行短路檢查。測試內圈和外圈兩塊較長銅箔之間的阻值，判斷其是否短路，如果短路應立即進行排除。

圖3 三端集成穩壓電源元器件封裝外形圖

2.2 電路板圖設計與繪制規則

將電路原理圖線路連接關系轉化為印制板圖，繪制在圖2相應的位置，繪制規則如下：

（1） 電橋輸出正、負兩端分別選半包圍內圈和外圈兩塊最長的銅箔。通常都是上“正”下“負”。

（2） 元器件按實物外形圖進行繪制（見圖3），需要將管腳封裝位置和極性表達清楚。

（3） 除電位器外，不允許使用額外導線。電位器畫在板外并用導線與板內銅箔相連。

（4） 元器件每個管腳單獨占用銅箔一部分位置，不要與其他管腳相碰，盡量選距離其最近的銅箔進行連接，以縮短元器件管腳間的跨距。

（5） 元器件布排疏密均勻、有一定間隔。C2、C3應盡量靠近穩壓塊LM317。圖面要清晰，元器件引線盡量短。

3 裝配過程及測試

通過實際的裝配，以及相應的測試環節，可以讓學生更明確地了解每一個元器件的作用，同時可以學習萬用表，以及示波器的使用，從而為以后的課程設計，畢業設計打下基礎。

3.1 裝配與測試

為了能順利測出各點波形及電壓值，應從變壓器開始每裝一個元件進行一次萬用表測試，再進行一次示波器測試，要注意示波器的使用和注意事項[6]。具體操作步驟如下：

（1） 用萬用表測量變壓器輸入/輸出電阻RB初、RB次。

（2） 用萬用表測量變壓器輸出電壓UB次；用示波器測量變壓器空載和加載輸出電壓波形，繪制電壓波形圖，記算并記錄變壓器輸出電壓峰峰值UB次和波形頻率fB次。

（3） 安裝電橋Q；用萬用表測量Q輸出電壓UQ；用示波器測試Q輸出電壓波形，繪制Q輸出電壓波形圖，記算并記錄電壓峰峰值UQ和波形頻率fQ。

（4） 安裝電解電容C1；用萬用表測量C1兩端電壓UC1；用示波器測量C1兩端電壓波形，繪制其輸出電壓波形圖，記算并記錄電壓峰峰值UC1和波形頻率fC1。

（5） 安裝電解電容C2 ；用萬用表測量C2兩端電壓UC2；用示波器測量C2兩端電壓波形，繪制其輸出電壓波形圖，記算并記錄電壓峰峰值UC2和波形頻率fC2。

（6） 安裝電解電容C3、電位器R1、色環電阻R2和集成穩壓塊LM317；調整R1，用萬用表測量Uo的變化范圍并記錄；調整R1，用示波器測量Uo的變化范圍并記錄；調整R1，用萬用表測量當Uo=3 V時，關掉電源，拆掉R1與電路板的連線，再測量R1的阻值。

Uo就是該穩壓電源的輸出電壓，當輸入電壓滿足條件時，輸出電壓為1.25～37 V連續可調。電位器位置不同時，能實現電壓可變。輸出電壓Uo應滿足下式：

[Uo=1.251+R1R2+IADJR1]

IADJ是穩壓器LM317工作時1腳所要維持的泄放電流[7]通常為50～100 μA。以上通過示波器測試的波形，應與圖1中的波形趨勢基本相同。

3.2 裝配注意事項

（1） 元器件引線盡量不折彎，如果必須折彎，幅度盡量小，應從元件封裝2 mm外折[8?9]，如圖4所示。

（2） 元件引腳直接與焊盤接觸焊接，不允許剪掉。

（3） 元器件布排疏密均勻、有一定間隔。避免管腳相碰造成短路，同時要便于測試。

（4） 裝配完一個元器件，應對照原理圖檢查線路正確與否，然后用萬用表×100擋測試線路有無短路，特別是電橋輸出正、負兩端。

圖4 元器件裝配圖

3.3 測試注意事項

（1） 測試時，注意正負兩電源線不要碰線，以免發生意外，發生意外要立即拔掉插頭。

（2） 接通電源后，應立即用手摸變壓器是否發燙，觀察有無元器件慢慢變黑或破裂等異常情況。發現這些情況，應立即拔掉插頭，以防損壞元器件。

（3） 用示波器測量信號時，應將芯線探頭接到電路中所要檢測的點處，旁邊地線帶鉤探頭接被測量電路的地，否則波形將倒置。用示波器測量波形每次測試應在測試兩端接一個100 Ω的負載，使波形穩定。

4 常見故障分析和排除

通過電裝實習課的實踐，檢查并鎖定故障點是故障排除的關鍵[10]。檢查電源的故障要不斷地參看圖1電路原理圖，按照電路物理網絡檢查、分析和排除，采用多種手段和方法進行綜合。常見故障現象及處理辦法如下：

故障一：變壓器B噪聲大，過載發燙，無輸出。如果通電后變壓器B出現噪聲大的現象，一般都是變壓器鐵心松動造成的，重新緊固即可。過載發燙、無輸出，可能是初級線圈、次級線圈與變壓器外殼相碰、匝間線圈短路導致的，應仔細檢查整理。

故障二：整流橋Q無輸出，輸出一半波形，輸出波很低。整流橋Q無輸出一般都是由整流橋多只二極管開路、整流橋輸出正負兩端短路造成的。輸出一半波形，說明整流橋2只以下二極管開路。輸出波很低，是接地不良、負載未加。

故障三：C2，C1無輸出，交流電壓幅度大，直流輸出電壓低無極性電容C2，電解電容C1無輸出，經常是電解電容正負兩端短路；交流電壓幅度大可能是電容失效；直流輸出電壓低，可能是電解電容漏電。

故障四：裝配完成后，輸出電壓不可調，范圍不正確，電壓不穩定，在裝配集成穩壓塊LM317、電位器R1、色環電阻R2、電解電容C3后直流電壓不可調，是由于電位器R1損壞、接錯或開路、集成穩壓塊LM317接錯或損壞造成的。直流電壓調整范圍不正確，原因可能是色環電阻R2 阻值不對、電位器R1損壞；直流電壓不穩定，電位器R1內部電刷接觸不良。

5 結 語

本文以小型電子產品電路試驗為切入點，吸取工程設計實踐內涵，淡化已熟悉的焊接裝配，強化電路板圖設計與繪制，進一步提升學生電路原理分析能力、儀器設備（示波器、萬用表）在實際電路測試中的操作和使用能力以及故障分析和排除能力。如能深入進行，經歷發現問題、分析問題和解決問題的過程，定能提高學習興趣，提高理論與實踐水平[11]。在實訓電路板上繪制出三端集成穩壓電源實物裝配板圖并在實訓電路板上進行布排、裝配和焊接，如果發現問題，要求能夠自行分析和排除并寫出分析報告。除此之外，可推廣至其他小型電子產品試驗。該內容是為了使實訓內容豐富、促進學生個人愛好發展而設置。在條件成熟時可與印制電路板制作相連，形成一個完整的設計、制造、裝配與調試過程。

參考文獻

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（上接第143頁）

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