直流穩(wěn)壓電源充電器的設(shè)計(jì)模擬電子技術(shù)論文

1、. . . . 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 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(guò)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)壓電源與充電器的設(shè)計(jì)方法和性能指標(biāo)測(cè)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)壓電源與充電器，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

2、：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(guò)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(huà)出實(shí)用原理電路圖。3.自擬實(shí)驗(yàn)方法、步驟與數(shù)據(jù)表格，提出測(cè)試所需儀器與元器件的規(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(cè)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)模塊組成，各個(gè)模塊的信號(hào)傳輸，并畫(huà)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

3、，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(cè)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(cè)試穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)。（4）將各模塊電路連接起來(lái)，整機(jī)調(diào)試，并測(cè)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)電壓降低獲得所需要交流電壓。（2）降壓后的交流電壓，通過(guò)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(guò)濾波電路變成平滑，脈動(dòng)小

4、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(guò)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)才能完成，見(jiàn)圖4-1。圖4-1 直流穩(wěn)壓電源方框圖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：利用單向?qū)щ娫?，?0Hz的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電（

5、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，二極管D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2的負(fù)半周，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2截止。正負(fù)半周部都有電流流過(guò)的負(fù)載電阻RL，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)周期導(dǎo)電，所以流過(guò)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 。電路中的每只二極管承受的最

6、大反向電壓為(U2是變壓器副邊電壓有效值)。2）濾波電路把經(jīng)過(guò)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，阻和紋波較大。C1、C2為濾波電容。如圖5-3所示圖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，常利用電容器兩端的電壓不能突變和流過(guò)電感器的電流不能突變的特點(diǎn)將電容器和負(fù)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：Uo1=(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所示整流電路復(fù)合管比較放大器基準(zhǔn)電壓取樣電路保護(hù)電路圖5-4 穩(wěn)壓電路方框圖具有

7、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?cè)谝黄鸾M成穩(wěn)壓電路。電阻R4/R5和R6組成分壓器，其作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

8、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(guò)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Ue3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(guò)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

9、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(guò)程U0 Ub3Ube3Ib3Ic3Ub1 Ube1 Ib1RUce1U0 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(guò)程U0Ub3 Uc3Ub1U0調(diào)節(jié)電路中S1的大小可以改變輸出電壓U0的大小S1Ub3 Uc3Ub1U0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(guò)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普充電路原理一樣，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-

10、6所示圖5-6充電器原理圖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)不合格的元件要與時(shí)更換。（2）確定元器件的安裝方式、安裝高度，一般它由該元器件在電路中的作用、印制板與外殼間的距離以與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)間與用錫量要適當(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

11、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(wú)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）變壓器是否座落在安裝槽；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(cè)試與調(diào)整總裝完畢，按原理圖與工藝要求檢查整機(jī)安裝情況，著重檢查電源線、變壓器連線、輸出連線與兩塊印制板的連線是否正確、可靠，連線與印制板相鄰導(dǎo)線與焊點(diǎn)有無(wú)短路與其他缺陷。一切正常時(shí)用萬(wàn)用表歐姆檔測(cè)得電源插頭二引腳間的電阻大于500以上，即可通電檢測(cè)。a） 測(cè)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(cè)量通過(guò)十字

12、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(kāi)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10%；5）過(guò)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:充電通道不裝電池，置萬(wàn)用表于直流電流檔，當(dāng)正負(fù)表筆分別觸與所測(cè)通道的正負(fù)極時(shí)（兩節(jié)電池為一組），被測(cè)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(cè)量1、2、3的測(cè)試點(diǎn)。b） 調(diào)整：1）若穩(wěn)壓電源負(fù)載在150

13、mA時(shí)，輸出電壓誤差大于規(guī)定值的10%時(shí)，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(guò)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(wèn)題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)以與電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過(guò)對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以與對(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

14、品質(zhì)力，抗壓能力與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)計(jì)容繁多，過(guò)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(guò)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(guò)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(lái)，也必然會(huì)讓我在未來(lái)的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)

15、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)也對(duì)本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。經(jīng)過(guò)了一個(gè)多星期的不停的檢測(cè)和修改，終于把最后的電路圖和成品完成了。經(jīng)過(guò)了這次課程設(shè)計(jì)，大提高了我的動(dòng)手能力以與分析問(wèn)題的能力，在老師的熱心的指導(dǎo)下，解決了很多問(wèn)題，從中也學(xué)到了很多書(shū)面上所沒(méi)有搞清楚的問(wèn)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(guò)整流橋把交流電變成直流電，然后通過(guò)濾波電路

16、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┬⌒碗娮赢a(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(lái)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(guò)程中遇到的一些問(wèn)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(guò)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

17、們可以采用恒流源負(fù)載代替R1.當(dāng)負(fù)載電流過(guò)大或負(fù)載短路時(shí)，流過(guò)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(xiě)作過(guò)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(xiě)作的過(guò)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(shū)館中，一次次在深夜奮力敲打鍵盤(pán)。第一次花費(fèi)如此長(zhǎng)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(shuō)，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(méi)有什么值得特別炫耀

18、的成果，但對(duì)我而言，是寶貴的。它是無(wú)數(shù)教誨、關(guān)愛(ài)和幫助的結(jié)果。我要感我的同學(xué)們，是他們的無(wú)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(chéng)摯的意。他們是我生命中永遠(yuǎn)的依靠和支持，他們無(wú)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(méi)有他們就沒(méi)有我，我的點(diǎn)滴成就都來(lái)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)候力力等室友伸出溫暖的雙手，鼎立相助。能和他們相遇、相交、相知，是人生的一大幸事。本論文的完成遠(yuǎn)非終點(diǎn)，文中的不足和淺顯之處則是我新的征程上一個(gè)個(gè)新的起點(diǎn)。我將繼續(xù)前行！參考文獻(xiàn)1周良權(quán) 傅恩錫 世馨 編 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）M.:高等教育,20052林春景 編模擬電子線路(21世紀(jì)普通高等教育電子信息類(lèi)規(guī)劃教材) （第一版）M. 機(jī)械工業(yè)，20093玉蓮 編 電子CAD(Protel99SE)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書(shū)（第一版）M.電子科技大學(xué)，20074大林 賀學(xué)金 編 黑白電視機(jī)原理與檢修（第三版）M.電子工業(yè)，2007附錄1：總體電路原理圖附錄2：元器件清單序號(hào)名稱