直流穩(wěn)壓電源充電器的設(shè)計(jì)模擬電子技術(shù)

1、鄭州科技學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目直流穩(wěn)壓電源充電器學(xué)生姓名吳光晨專業(yè)班級(jí)通信工程一班學(xué)號(hào)201151028院（系）信息工程學(xué)院指導(dǎo)教師完成時(shí)間 2013年05月28日目 錄1 課程設(shè)計(jì)的目的 32課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求33課程設(shè)計(jì)的步驟和要求34課程總體設(shè)計(jì)思路 45單元電路的設(shè)計(jì) 56硬件的制作與調(diào)試107總結(jié) 11參考文獻(xiàn) 15附錄1：總體電路原理圖16附錄2：元器件清單 171 課程設(shè)計(jì)的目的1. 通過本次課題的設(shè)計(jì) , 掌握模擬電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)步驟。2. 學(xué)會(huì)直流穩(wěn)壓電源及充電器的設(shè)計(jì)方法和性能指標(biāo)測試方法。2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求1. 設(shè)計(jì)并制作一個(gè)連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源及充

2、電器，主要技術(shù)指 標(biāo)要求(1) 輸出電壓：交流220V,直流3V, 6V( 2) 最大輸出電流： 500mA(3) 電池充電器：左通道(E1,E2)充電電流5060MA普通充電)；右通道(E3,E4)充電電流110130mA(快速充電)(4) 穩(wěn)壓電源和充電器可同時(shí)使用，但兩者電流之和不能超過500mA2. 設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)，選擇電路元件，計(jì)算確定元件參數(shù)，畫出實(shí)用原理電路圖。3. 自擬實(shí)驗(yàn)方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，交指導(dǎo)教師審核。4. 批準(zhǔn)后，進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行組裝、調(diào)試，并測試其主要性能參數(shù)。3 課程設(shè)計(jì)步驟和要求1. 電路圖設(shè)計(jì)( 1 )設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)是由那幾個(gè)模塊

3、組成，各個(gè)模塊的信號(hào)傳輸， 并畫出組成系統(tǒng)方框圖。( 2)系統(tǒng)分析：根據(jù)系統(tǒng)功能，選擇各模塊所用電路形式。( 3)參數(shù)選擇：根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)的要求，確定各模塊電路中元件的 參數(shù)。( 4)總電路圖：2. 電路安裝與調(diào)試( 1 )自行設(shè)計(jì)印刷電路板，并焊接。( 2)在每個(gè)模塊電路的輸入端加一個(gè)輸入信號(hào)， 測試輸出端信號(hào) 以驗(yàn)證每個(gè)模塊電路能否達(dá)到所規(guī)定的指標(biāo)。( 3)重點(diǎn)測試穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)。( 4)將各模塊電路連接起來，整機(jī)調(diào)試，并測量該系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)。4課程總體設(shè)計(jì)思路1. 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)思路（1）電網(wǎng)供電電壓交流220V（有效值）50Hz,要獲得低壓直流 輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電

4、壓降低獲得所需要交流 電壓。（2）降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但 其幅度變化大（即脈動(dòng)大）。（3）脈動(dòng)大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動(dòng)小的 直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。（4）濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負(fù)載RL=2. 直流穩(wěn)壓電源原理直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出 6V、9V的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)負(fù) 載脈動(dòng)直流直流才能完成，見圖4-1。工頻交流圖4-1 直流穩(wěn)壓電源方一框圖5單元電路的設(shè)計(jì)（1）電源變壓器：電源變壓器的作用是將220v的交流電壓

5、變 換為9v的交變電壓，以提供整流濾波電路所需電壓。整 流電路由四個(gè)整流二極管按橋式整流方法連接對(duì)輸入交 流電壓進(jìn)行整流。(2) 整流電路：禾I用單向?qū)щ娫?，?50Hz的正弦交流電變 換成脈動(dòng)的直流電(3) 濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部 分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。(4) 穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定， 不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。1) 整流電路常采用二極管單相全波整流電路， 電路如圖5.1 所示。在u2的正半周內(nèi)，二極管 D1、D2導(dǎo)通，D3 D4截 止；u2的負(fù)半周內(nèi)，D3 D4導(dǎo)通，D1、D2截止。正負(fù)半周 內(nèi)部都有電流流過的

6、負(fù)載電阻 R,且方向是一致的。電路 的輸出波形如圖5-2所示。圖5-1整流電路圖5-2輸出波形在橋式整流電路中，每個(gè)二極管都只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)電， 所以流過每個(gè)二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的 一半，即If lo!。電路中的每只二極管承受的最大反向電 壓為2U2（U2是變壓器副邊電壓有效值）。2）濾波電路把經(jīng)過橋式整流電路得到的直流電壓的紋波濾去，但其輸出電流電壓不太穩(wěn)定，內(nèi)阻和紋波較大。C1、C2為濾波電容。如圖5-3所示R1 毗+ CL+ Ci圖5-3濾波電路3）在設(shè)計(jì)中，由于濾波電路輸出電壓和電流不是太穩(wěn)定，常利用電谷器兩端的電壓不能突變和流過電感器的電流不能突 變的特點(diǎn)將電容器和負(fù)

7、載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串 聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路 后，直流輸出電壓：U0i=（1.11.2）U2 ,直流輸出電 流：,穩(wěn)壓電路可以采用復(fù)合管穩(wěn)壓電路。其組成框圖如圖5-4所示復(fù)合管整流電路比較放大器保護(hù)電路取樣電路基準(zhǔn)電壓圖5-4穩(wěn)壓電路方框圖具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路是由調(diào)整元件比較放 大，基準(zhǔn)電壓和取樣電路等幾部分組成穩(wěn)壓電路原理圖如圖5-5所示圖5-5 穩(wěn)壓電路原理圖VT1、VT2是復(fù)合管作為電壓調(diào)整管，LED2為發(fā)光二極管同時(shí) 又有穩(wěn)壓管的作用，提供基準(zhǔn)電壓，R3是它的限流電阻，它 們在一起組成穩(wěn)壓電路。電阻 R4/R5和R6組成分壓器，其作

8、 用是把輸出電壓的變化量取出一部分，加到由VT3組成的放大器的輸入端，所以叫做取樣電路。VT3是比較放大管，R1是它的集電極負(fù)載電阻，也是 VT2的基極偏置電阻，它將基 極的取樣電壓與發(fā)射極的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較并將其差值進(jìn)行 放大。從VT3集電極輸出的信號(hào)直接加到復(fù)合管 VT1和VT2 的基極。VT3輸出電流控制電壓調(diào)整管c、e極間等效電阻的 大小。C1、C2 C3是濾波電容。C2 VT1、VT2 R1又組成有 源電子濾波電路。穩(wěn)壓電路的過程是這樣的：當(dāng)輸出電壓 U0上升時(shí)，電路將發(fā) 生如下變化：取樣電路從輸出電壓中取樣，使 VT3基極電位 Ub3上升，因穩(wěn)壓管LED2的作用使VT3發(fā)射極電位U

9、e3不變，則VT3發(fā)射結(jié)正反偏置電壓Ube3上升，使VT3基極電流Ib3增加，VT3集電極電流Ic3增加，流過R1的電流I 增大，R1上壓降增大使復(fù)合管基極電位 Ub1下降，使VT1發(fā) 射結(jié)正向偏置電壓Ube1下降，VT1基極電流Ib1下降，使VT1 的c、e間等效電阻R增加，VT1的c、e極間電壓Uce1增加， 從而輸出電壓U0下降，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。同理，當(dāng)輸出電壓 U0下降時(shí)，有下述變化過程UOJ Ub3 J Ube3j Ib3 J Ic3 J Ub1 T Ube1T Ib1 T RT UcelJ UOT同樣，當(dāng)電網(wǎng)電壓變化使輸出電壓U0變化時(shí)，穩(wěn)壓電路也有上述過程U0TUb3 T Uc3

10、J Ub1J U0J調(diào)節(jié)電路中S1的大小可以改變輸出電壓U0的大小S1TUb3 T Uc3JUb1J U0J當(dāng)放大器的放大倍數(shù)越大時(shí)，輸出 電壓的穩(wěn)定度就越高3 直流穩(wěn)壓電源充電器部分從橋式整流電路輸出的直流經(jīng)過電阻 R7后，在VT4集電極產(chǎn)生壓降，對(duì)電池進(jìn)行普充?？斐洳糠衷砼c普充電路原理相同，但由于R9阻值比R7阻值小，而橋式整流電路輸出電壓一定，因此在快充電路產(chǎn)生的電流大。 充電器原理圖如圖 5-6 所示6硬件的制作與調(diào)試1.焊接與安裝(1) 清查元器件的數(shù)量與質(zhì)量，對(duì)不合格的元件要及時(shí)更換(2) 確定兀器件的安裝方式、安裝咼度，一般它由該兀器件在電 路中的作用、印制板與外殼間的距離以及

11、該器件兩安裝孔之間的距 離所決定。(3) 進(jìn)行引腳處理，即對(duì)器件的引腳彎曲成形并進(jìn)行燙錫處理。 成形時(shí)不能從引腳根部彎曲，盡量把所有字符的器件面置于觀察的 位置，字符應(yīng)從左到右(臥式)，從上到下(直立式)。(4) 插裝：根據(jù)元件位號(hào)對(duì)號(hào)插裝，不可插錯(cuò)，對(duì)有極性的元器 件，插孔時(shí)應(yīng)特別小心。(5) 焊接：各焊點(diǎn)加熱時(shí)間及用錫量要適當(dāng)，對(duì)耐熱性差的元器 件應(yīng)使用輔助工具散熱。防止虛焊、錯(cuò)焊，避免因拖錫造成短路。(6) 焊后處理：剪去多余引腳線，檢查所有焊點(diǎn)，對(duì)缺陷進(jìn)行修 補(bǔ)，必要時(shí)用無水酒精清洗印制板。（7）蓋后蓋上螺釘：蓋后蓋前需要檢查 1）所有與面板孔嵌裝的元 件是否正確到位； 2）變壓器是否

12、座落在安裝槽內(nèi)； 3）導(dǎo)線不可緊 靠鐵芯； 4）是否有導(dǎo)線壓住螺釘孔或散露在蓋外。2. 測試與調(diào)整總裝完畢，按原理圖及工藝要求檢查整機(jī)安裝情況，著重檢 查電源線、變壓器連線、輸出連線及兩塊印制板的連線是否 正確、可靠，連線與印制板相鄰導(dǎo)線及焊點(diǎn)有無短路及其他 缺陷。一切正常時(shí)用萬用表歐姆檔測得電源插頭二引腳間的 電阻大于500 Q以上，即可通電檢測。a）測試1）接通電源，綠色通電指示燈（LED1亮；2）空載 電壓：空載時(shí)測量通過十字插頭輸出的直流電壓，其值應(yīng)略高于額定電壓；3）輸出極性：撥動(dòng)S2開關(guān)，輸出極性應(yīng)相 應(yīng)變化；4）負(fù)載能力：當(dāng)負(fù)載電流在額定值150mA左右時(shí)， 輸出電壓的誤差小于

13、10%； 5）過載保護(hù)：當(dāng)負(fù)載電流增大 到一定值時(shí)LED1綠色指示燈逐漸變亮，LED2逐漸變暗，同 時(shí)輸出電壓下降。當(dāng)電流增大到500mA左右時(shí)保護(hù)電路起作 用，LED1亮，LED2滅。若負(fù)載電流減小則電路恢復(fù)正常；6） 充電電流 : 充電通道內(nèi)不裝電池，置萬用表于直流電流檔， 當(dāng)正負(fù)表筆分別觸及所測通道的正負(fù)極時(shí)（兩節(jié)電池為一 組），被測通道充電指示燈亮，所顯示的電流值即為充電電 流值。也可用儀器測量 1、2、3的測試點(diǎn)。b）調(diào)整：1）若穩(wěn)壓電源負(fù)載在150mA時(shí)，輸出電壓誤差大于規(guī)定值的土 10%寸，3伏檔更換R4, 6伏檔更換R5,阻值 增大電壓升高，阻值減小電壓降低；2）若要改變充電電

14、流值，可更換R7（R9,阻值增大，充電電流減小。阻值減小，充電電流增大7 總結(jié)結(jié)業(yè)論文 是本學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī) 會(huì)，通過這次比較完整的直流穩(wěn)壓電源與充電器的設(shè)計(jì)，我擺脫了 單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用 所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)也提高我查閱文 獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平， 而且通過對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理， 都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗 壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的 也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。雖然畢業(yè)設(shè)

15、計(jì)內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。和 老師的溝通交流更使我從新的角度對(duì)設(shè)計(jì)有了新的認(rèn)識(shí)也對(duì)自己提 出了新的要求，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我提前了解了很多知識(shí)，這是 很珍貴的。在設(shè)計(jì)過程中一些電路圖的繪制讓我很頭痛，原因是由于本身 對(duì)一些專業(yè)知識(shí)的了解不夠，正是基于這種考慮我意識(shí)到：要向更 完美的進(jìn)行一次設(shè)計(jì)，還需要對(duì)一些知識(shí)進(jìn)行更加深入的了解。提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計(jì)讓我積累了 一些實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使我的頭腦更好的被知識(shí)武裝了起來，也必然會(huì)讓 我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通力和理 解力。順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我很大的信心，讓我了解專 業(yè)知識(shí)的同時(shí)也

16、對(duì)本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。經(jīng)過了一個(gè)多星期 的不停的檢測和修改，終于把最后的電路圖和成品完成了。經(jīng)過了 這次課程設(shè)計(jì)，大大地提高了我的動(dòng)手能力以及分析問題的能力， 在老師的熱心的指導(dǎo)下，解決了很多問題，從中也學(xué)到了很多書面 上所沒有搞清楚的問題。這次課程設(shè)計(jì)，讓我學(xué)到了很多有用的知識(shí)和能力，這對(duì)以 后的學(xué)習(xí)與工作都將是非常有益的。下面是對(duì)本設(shè)計(jì)的總結(jié) : 直流穩(wěn)壓電源和充電器是由整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路、 充電電路組成。電源變壓器把 220V 的交流電變成 9V 的交流電， 通過整流橋把交流電變成直流電，然后通過濾波電路和穩(wěn)壓電路 得到穩(wěn)定平滑的直流電，可以供給我們?nèi)粘Ｉ钪幸恍┬⌒碗娮?/p>

17、 產(chǎn)品的外接電源，并且可以對(duì) 5 號(hào)、7號(hào)電池進(jìn)行充電，給我們的 日常生活帶來了方便。但是本電路仍具有一些缺點(diǎn)，下面我根據(jù) 設(shè)計(jì)過程中遇到的一些問題，提出一些改進(jìn)措施：電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起波動(dòng)時(shí)，將通過放大管集電極電阻R1影響復(fù)合管的基極電位，并引起輸出電壓 U0的波動(dòng)。由于引進(jìn)帶輔助電源 的串聯(lián)穩(wěn)壓電路。當(dāng)環(huán)境溫度 的變化引起放大管VT3靜態(tài)工作點(diǎn)漂移時(shí)，將引起輸 出電壓的不 穩(wěn)定。由此引進(jìn)差動(dòng)放大器電路代替 VT3進(jìn)行比較放 大。增加集電極負(fù)載電阻R1可增加放大電路的放大倍數(shù)，但同時(shí) 會(huì)使復(fù)合管將不到合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，而使穩(wěn)壓電流不能正常工 作。由此我們可以采用恒流源負(fù)載代替 R1. 當(dāng)負(fù)載電

18、流過大或負(fù)載短路時(shí)，流過復(fù)合管的額定功耗值而燒壞，因此我們引入限流型、載流型等保護(hù)電路。致謝半個(gè)月的精心準(zhǔn)備，結(jié)業(yè)論文終于到了劃句號(hào)的時(shí)候，心頭 照例該如釋重負(fù)，但寫作過程中常常出現(xiàn)的輾轉(zhuǎn)反側(cè)和力不從心 之感卻揮之不去。論文寫作的過程并不輕松：各種壓力的時(shí)時(shí)襲 擾，知識(shí)積累的尚欠火候，致使我一次次埋頭于圖書館中，一次 次在深夜奮力敲打鍵盤。第一次花費(fèi)如此長的時(shí)間和如此多的精 力， 完成一篇具有難度的論文，其中的艱辛與困難難以訴說，但 曲終幕落后留下的滋味，是值得我一生慢慢品嘗的。敲完最后一個(gè)字符，重新從頭細(xì)細(xì)閱讀早已不陌生的文字， 我感觸頗多。雖然其中沒有什么值得特別炫耀的成果，但對(duì)我而 言，是寶貴的。它是無數(shù)教誨、關(guān)愛和幫助的結(jié)果。我要感謝我的同學(xué)們，是他們的無私共享和互幫互助，讓我 的論文能夠早一天完成。最后，我要感謝我的指導(dǎo)老師，他在百忙之中能夠給我細(xì)心 指導(dǎo)。謹(jǐn)向我的父母和家人表示誠摯的謝意。他們是我生命中永遠(yuǎn) 的依靠和支持，他們無微不至的關(guān)懷，是我前進(jìn)的動(dòng)力；他們的 殷殷希望，激發(fā)我不斷前行。沒有他們就沒有我，我的點(diǎn)滴成就 都來自他們。讓我依依不舍的還有各位學(xué)友、班友和室友。在我需要幫助 的時(shí)候陳力力等室友伸出溫暖的雙手，鼎立相助。能