三端集成稳压电源的布焊及故障分析

曹建建++王红敏++程婕

摘 要： 三端集成稳压电源是大学必修课《电装实习》课程的重要内容之一。根据已有的电装教学经验，分析三端集成稳压电源的基本工作原理，介绍稳压电源的布焊过程和测试过程，详细介绍学生在完成稳压电源后可能出现的各种故障，并提供了切实有效的解决方法。经过实践验证，这些过程进一步提升了学生的电路原理分析能力、仪器设备（示波器、万用表）在实际电路测试中的操作和使用能力，提高了实习效率，也为电子组装爱好者提供了解决此类问题的经验。

关键词： 电装实训； 三端集成稳压电源； 电路板布焊； 故障分析

中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）10?0141?03

电装实习是本着面向电子产品制造业培养应用型、实践型、技能型的人才目标开设的，它为更好地学习后续课程，特别是相关的实验课程、课程设计、毕业设计等积累初步知识和技能，并为今后从事电子产品制造工程技术工作奠定良好的基础[1]。大学中的电装实习大多数是以组装收音机为主，组装的过程基本是照书焊接，一步一步去完成，完成后学生甚至连部分元器件都不认识，导致学生自主学习和思考的时间较少，也没有合理应用电子仪器，学习不够全面，不能达到预期的目的[2]。为了培养学生仔细认真、勤于动脑、加强交流、注意观察、培养科学、严谨的工作作风。现将如何在实训电路板上绘制出三端集成稳压电源实物装配板图，布排、装配和焊接，以及发现问题，如何自行分析和排除并写出分析报告，介绍如下。

1 三端集成稳压电源的工作原理

本电路由三端可调稳压集成电路LM317配置少数外围元器件组成，内部设有过流、过热保护电路，具有调节范围宽、电路简单、稳压精度高的特点[3]。当输入电压满足条件时，输出电压从1.25～37 V连续可调。

1.1 原理分析

该稳压电源由四部分组成：电源变压器，整流部分，滤波电路，稳压电路。电路原理图及相应的波形如图1所示，市电经过变压器 B进行电压变换，使高电压转换为所需要的电压值，经过全桥Q整流后，将正弦信号变化为无极性变化的脉动电压，脉动电压经C1、C2滤波后，电压波形能够更加平缓，经过C2滤波后的电流进入三端可调集成稳压器LM317进行稳压输出。为了保证输出电压的稳定，输入电压应高于可调输出最高电压5 V。如把电位器换成固定电阻时，其输出电压为固定值。

图1 三端集成稳压电源电路原理图及相应波形

1.2 元件分析

C2，C3作用为：防止稳压电源工作中由于分布电容的影响而引起的自激振荡导致的工作不稳定，尤其在输出端接负载的导线较长时，C2，C3的作用显得非常重要。全桥硅整流堆内部采用4个整流二极管，已按桥式整流方式接好并封装为一体，在它的封装表面印有[4]输入符号“～”和输出符号“+”“-”。C1容量的大小和负载RL有关，一般取2RLC1≥（3～5）T。T为市电的周期，一般为[150]Hz。C1过小稳压电源输出纹波系数太大，当2RLC1>5T时，对纹波改善不大，成本却会大大增加。

2 电路板图的设计与布焊准备

实训电路板是一种万能板，可组装任何简单电路[5]。如图2所示，粗线部分为铜箔，即可作为印刷导线，又可作为焊盘，起线路连接、元器件固定、引脚连接的作用。为了方便装配，变压器已提前固定在板子上。让学生了解如何将电路原理图线路连接关系转化为印制板图的实际元器件的连接关系，同时掌握电路印制板图设计的最基本思想。

图2 实训板

2.1 识别并检测元器件

拿到元器件，对照图3仔细清点种类及个数，牢记元器件的名称、封装特点，进行元器件检测判断其好坏，对各元器件质量用万用表进行检测，需要测试的元器件有电桥Q、无极性电容C2、电解电容C1和C3，电位器R1、色环电阻R2。尽管电桥Q封装表面印有输入符号“～”和输出符号“+”“-”，学生必须自己用万用表再次验证。对电路板还应进行短路检查。测试内圈和外圈两块较长铜箔之间的阻值，判断其是否短路，如果短路应立即进行排除。

图3 三端集成稳压电源元器件封装外形图

2.2 电路板图设计与绘制规则

将电路原理图线路连接关系转化为印制板图，绘制在图2相应的位置，绘制规则如下：

（1） 电桥输出正、负两端分别选半包围内圈和外圈两块最长的铜箔。通常都是上“正”下“负”。

（2） 元器件按实物外形图进行绘制（见图3），需要将管脚封装位置和极性表达清楚。

（3） 除电位器外，不允许使用额外导线。电位器画在板外并用导线与板内铜箔相连。

（4） 元器件每个管脚单独占用铜箔一部分位置，不要与其他管脚相碰，尽量选距离其最近的铜箔进行连接，以缩短元器件管脚间的跨距。

（5） 元器件布排疏密均匀、有一定间隔。C2、C3应尽量靠近稳压块LM317。图面要清晰，元器件引线尽量短。

3 装配过程及测试

通过实际的装配，以及相应的测试环节，可以让学生更明确地了解每一个元器件的作用，同时可以学习万用表，以及示波器的使用，从而为以后的课程设计，毕业设计打下基础。

3.1 装配与测试

为了能顺利测出各点波形及电压值，应从变压器开始每装一个元件进行一次万用表测试，再进行一次示波器测试，要注意示波器的使用和注意事项[6]。具体操作步骤如下：

（1） 用万用表测量变压器输入/输出电阻RB初、RB次。

（2） 用万用表测量变压器输出电压UB次；用示波器测量变压器空载和加载输出电压波形，绘制电压波形图，记算并记录变压器输出电压峰峰值UB次和波形频率fB次。

（3） 安装电桥Q；用万用表测量Q输出电压UQ；用示波器测试Q输出电压波形，绘制Q输出电压波形图，记算并记录电压峰峰值UQ和波形频率fQ。

（4） 安装电解电容C1；用万用表测量C1两端电压UC1；用示波器测量C1两端电压波形，绘制其输出电压波形图，记算并记录电压峰峰值UC1和波形频率fC1。

（5） 安装电解电容C2 ；用万用表测量C2两端电压UC2；用示波器测量C2两端电压波形，绘制其输出电压波形图，记算并记录电压峰峰值UC2和波形频率fC2。

（6） 安装电解电容C3、电位器R1、色环电阻R2和集成稳压块LM317；调整R1，用万用表测量Uo的变化范围并记录；调整R1，用示波器测量Uo的变化范围并记录；调整R1，用万用表测量当Uo=3 V时，关掉电源，拆掉R1与电路板的连线，再测量R1的阻值。

Uo就是该稳压电源的输出电压，当输入电压满足条件时，输出电压为1.25～37 V连续可调。电位器位置不同时，能实现电压可变。输出电压Uo应满足下式：

[Uo=1.251+R1R2+IADJR1]

IADJ是稳压器LM317工作时1脚所要维持的泄放电流[7]通常为50～100 μA。以上通过示波器测试的波形，应与图1中的波形趋势基本相同。

3.2 装配注意事项

（1） 元器件引线尽量不折弯，如果必须折弯，幅度尽量小，应从元件封装2 mm外折[8?9]，如图4所示。

（2） 元件引脚直接与焊盘接触焊接，不允许剪掉。

（3） 元器件布排疏密均匀、有一定间隔。避免管脚相碰造成短路，同时要便于测试。

（4） 装配完一个元器件，应对照原理图检查线路正确与否，然后用万用表×100挡测试线路有无短路，特别是电桥输出正、负两端。

图4 元器件装配图

3.3 测试注意事项

（1） 测试时，注意正负两电源线不要碰线，以免发生意外，发生意外要立即拔掉插头。

（2） 接通电源后，应立即用手摸变压器是否发烫，观察有无元器件慢慢变黑或破裂等异常情况。发现这些情况，应立即拔掉插头，以防损坏元器件。

（3） 用示波器测量信号时，应将芯线探头接到电路中所要检测的点处，旁边地线带钩探头接被测量电路的地，否则波形将倒置。用示波器测量波形每次测试应在测试两端接一个100 Ω的负载，使波形稳定。

4 常见故障分析和排除

通过电装实习课的实践，检查并锁定故障点是故障排除的关键[10]。检查电源的故障要不断地参看图1电路原理图，按照电路物理网络检查、分析和排除，采用多种手段和方法进行综合。常见故障现象及处理办法如下：

故障一：变压器B噪声大，过载发烫，无输出。如果通电后变压器B出现噪声大的现象，一般都是变压器铁心松动造成的，重新紧固即可。过载发烫、无输出，可能是初级线圈、次级线圈与变压器外壳相碰、匝间线圈短路导致的，应仔细检查整理。

故障二：整流桥Q无输出，输出一半波形，输出波很低。整流桥Q无输出一般都是由整流桥多只二极管开路、整流桥输出正负两端短路造成的。输出一半波形，说明整流桥2只以下二极管开路。输出波很低，是接地不良、负载未加。

故障三：C2，C1无输出，交流电压幅度大，直流输出电压低无极性电容C2，电解电容C1无输出，经常是电解电容正负两端短路；交流电压幅度大可能是电容失效；直流输出电压低，可能是电解电容漏电。

故障四：装配完成后，输出电压不可调，范围不正确，电压不稳定，在装配集成稳压块LM317、电位器R1、色环电阻R2、电解电容C3后直流电压不可调，是由于电位器R1损坏、接错或开路、集成稳压块LM317接错或损坏造成的。直流电压调整范围不正确，原因可能是色环电阻R2 阻值不对、电位器R1损坏；直流电压不稳定，电位器R1内部电刷接触不良。

5 结 语

本文以小型电子产品电路试验为切入点，吸取工程设计实践内涵，淡化已熟悉的焊接装配，强化电路板图设计与绘制，进一步提升学生电路原理分析能力、仪器设备（示波器、万用表）在实际电路测试中的操作和使用能力以及故障分析和排除能力。如能深入进行，经历发现问题、分析问题和解决问题的过程，定能提高学习兴趣，提高理论与实践水平[11]。在实训电路板上绘制出三端集成稳压电源实物装配板图并在实训电路板上进行布排、装配和焊接，如果发现问题，要求能够自行分析和排除并写出分析报告。除此之外，可推广至其他小型电子产品试验。该内容是为了使实训内容丰富、促进学生个人爱好发展而设置。在条件成熟时可与印制电路板制作相连，形成一个完整的设计、制造、装配与调试过程。

参考文献

[1] 丁守成，李文辉，缑新科.非电专业电装实习综合能力训练的研究与实践[J].实验技术与管理，2004，21（1）：106?107.

[2] 范晓志.电子工艺实习教学改革探索[J].实验技术与管理，2013，30（3）：163?165.

（上接第143页）

[3] 冯平.基于可调式稳压器LM317的直流稳压[J].电子测试， 2009（5）：70?73.

[4] 张其昌.桥式整流电路中二极管的连接规律[J].物理数学， 1984（10）：42?45.

[5] 石勤坡.万能电路板正面布焊法[J].电子制作，2006（9）：44?45.

[6] 王阳，周志明.数字示波器使用难点分析及解决办法[J].实验室科学，2011，14（1）：158?161.

[7] 王晓静.三端集成稳压器及应用[J].电子测试，2009（6）：74?77.

[8] 达科.工业生产中的焊接及其注意事项[N].电子报，2010?1?15.

[9] 郭健.通孔焊接技术的再讨论[C]//中国高端SMT学术会议论文集.西安：陕西省电子学会，2008：71?73.

[10] 朱恩亮.模拟电路实验中的故障与检查[J].电子器件，1999， 22（1）：59?60.

[11] 范立南.电子技术实验实训及课程设计[M].北京：清华大学出版社，2011.