直流稳压电源充电器的设计模拟电子技术论文.doc

郑州科技学院模拟电子技术课程设计题 目 直流稳压电源充电器 目 录1 课程设计的目的32 课程设计的任务与要求33 课程设计的步骤和要求34 课程总体设计思路 45 单元电路的设计56 硬件的制作与调试107 总结 11参考文献15附录1：总体电路原理图16附录2：元器件清单171 课程设计的目的1.通过本次课题的设计,掌握模拟电路系统的设计方法，设计步骤。2.学会直流稳压电源及充电器的设计方法和性能指标测试方法。2 课程设计的任务与要求1.设计并制作一个连续可调直流稳压电源及充电器，主要技术指标要求 （1） 输出电压：交流220V，直流3V，6V（2） 最大输出电流：500mA（3） 电池充电器：左通道（E1,E2）充电电流5060MA(普通充电)；右通道（E3,E4）充电电流110130mA（快速充电）（4） 稳压电源和充电器可同时使用，但两者电流之和不能超过500mA2.设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。3.自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，交指导教师审核。4.批准后，进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能参数。3 课程设计步骤和要求1.电路图设计（1）设计整个系统是由那几个模块组成，各个模块的信号传输，并画出组成系统方框图。（2）系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形式。（3）参数选择：根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。（4）总电路图：2.电路安装与调试（1）自行设计印刷电路板，并焊接。（2）在每个模块电路的输入端加一个输入信号，测试输出端信号，以验证每个模块电路能否达到所规定的指标。（3）重点测试稳压电路的稳压系数。（4）将各模块电路连接起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。 4 课程总体设计思路1. 直流稳压电源设计思路（1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。2. 直流稳压电源原理直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出6V、9V的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图4-1。图4-1 直流稳压电源方框图5 单元电路的设计（1）电源变压器：电源变压器的作用是将220v的交流电压变换为9v的交变电压，以提供整流滤波电路所需电压。整流电路由四个整流二极管按桥式整流方法连接对输入交流电压进行整流。（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。1）整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图5.1所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。电路的输出波形如图5-2所示。图5-1 整流电路图5-2 输出波形在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即 。电路中的每只二极管承受的最大反向电压为(U2是变压器副边电压有效值)。2）滤波电路把经过桥式整流电路得到的直流电压的纹波滤去，但其输出电流电压不太稳定，内阻和纹波较大。C1、C2为滤波电容。如图5-3所示图5-3 滤波电路3）在设计中，由于滤波电路输出电压和电流不是太稳定，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.11.2)U2，直流输出电流： ，稳压电路可以采用复合管稳压电路。其组成框图如图5-4所示整流电路复合管比较放大器基准电压取样电路保护电路图5-4 稳压电路方框图具有放大环节的串联型晶体管稳压电路是由调整元件比较放大，基准电压和取样电路等几部分组成稳压电路原理图如图5-5所示图5-5 稳压电路原理图VT1、VT2是复合管作为电压调整管，LED2为发光二极管同时又有稳压管的作用，提供基准电压，R3是它的限流电阻，它们在一起组成稳压电路。电阻R4/R5和R6组成分压器，其作用是把输出电压的变化量取出一部分，加到由VT3组成的放大器的输入端，所以叫做取样电路。VT3是比较放大管，R1是它的集电极负载电阻，也是VT2的基极偏置电阻，它将基极的取样电压与发射极的基准电压进行比较并将其差值进行放大。从VT3集电极输出的信号直接加到复合管VT1和VT2的基极。VT3输出电流控制电压调整管c、e极间等效电阻的大小。C1、C2、C3是滤波电容。C2、VT1、VT2、R1又组成有源电子滤波电路。稳压电路的过程是这样的：当输出电压U0上升时，电路将发生如下变化：取样电路从输出电压中取样，使VT3基极电位Ub3上升，因稳压管LED2的作用使VT3发射极电位Ue3不变，则VT3发射结正反偏置电压Ube3上升，使VT3基极电流Ib3增加，VT3集电极电流Ic3增加，流过R1的电流I增大，R1上压降增大使复合管基极电位Ub1下降，使VT1发射结正向偏置电压Ube1下降，VT1基极电流Ib1下降，使VT1的c、e间等效电阻R增加，VT1的c、e极间电压Uce1增加，从而输出电压U0下降，达到稳压的目的。同理，当输出电压U0下降时，有下述变化过程U0 Ub3 Ube3 Ib3 Ic3 Ub1 Ube1 Ib1 R Uce1U0 同样，当电网电压变化使输出电压U0变化时，稳压电路也有上述过程U0Ub3 Uc3 Ub1 U0调节电路中S1的大小可以改变输出电压U0的大小S1Ub3 Uc3Ub1 U0当放大器的放大倍数越大时，输出 电压的稳定度就越高。 3直流稳压电源充电器部分从桥式整流电路输出的直流经过电阻R7后，在VT4集电极产生压降，对电池进行普充。快充部分原理与普充电路原理相同，但由于R9阻值比R7阻值小，而桥式整流电路输出电压一定，因此在快充电路产生的电流大。充电器原理图如图5-6所示图5-6充电器原理图6 硬件的制作与调试1.焊接与安装（1）清查元器件的数量与质量，对不合格的元件要及时更换。（2）确定元器件的安装方式、安装高度，一般它由该元器件在电路中的作用、印制板与外壳间的距离以及该器件两安装孔之间的距离所决定。（3）进行引脚处理，即对器件的引脚弯曲成形并进行烫锡处理。成形时不能从引脚根部弯曲，尽量把所有字符的器件面置于观察的位置，字符应从左到右（卧式），从上到下（直立式）。（4）插装：根据元件位号对号插装，不可插错，对有极性的元器件，插孔时应特别小心。（5）焊接：各焊点加热时间及用锡量要适当，对耐热性差的元器件应使用辅助工具散热。防止虚焊、错焊，避免因拖锡造成短路。（6）焊后处理：剪去多余引脚线，检查所有焊点，对缺陷进行修补，必要时用无水酒精清洗印制板。（7）盖后盖上螺钉：盖后盖前需要检查1）所有与面板孔嵌装的元件是否正确到位；2）变压器是否座落在安装槽内；3）导线不可紧靠铁芯；4）是否有导线压住螺钉孔或散露在盖外。2.测试与调整总装完毕，按原理图及工艺要求检查整机安装情况，着重检查电源线、变压器连线、输出连线及两块印制板的连线是否正确、可靠，连线与印制板相邻导线及焊点有无短路及其他缺陷。一切正常时用万用表欧姆档测得电源插头二引脚间的电阻大于500以上，即可通电检测。a） 测试1）接通电源，绿色通电指示灯（LED1）亮；2)空载电压：空载时测量通过十字插头输出的直流电压，其值应略高于额定电压；3）输出极性：拨动S2开关，输出极性应相应变化；4）负载能力：当负载电流在额定值150mA左右时，输出电压的误差小于±10%；5）过载保护：当负载电流增大到一定值时LED1绿色指示灯逐渐变亮，LED2逐渐变暗，同时输出电压下降。当电流增大到500mA左右时保护电路起作用，LED1亮，LED2灭。若负载电流减小则电路恢复正常；6）充电电流:充电通道内不装电池，置万用表于直流电流档，当正负表笔分别触及所测通道的正负极时（两节电池为一组），被测通道充电指示灯亮，所显示的电流值即为充电电流值。也可用仪器测量1、2、3的测试点。b） 调整：1）若稳压电源负载在150mA时，输出电压误差大于规定值的±10%时，3伏档更换R4，6伏档更换R5，阻值增大电压升高，阻值减小电压降低；2）若要改变充电电流值，可更换R7（R9），阻值增大，充电电流减小。阻值减小，充电电流增大。 7 总结结业论文是本学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的直流稳压电源与充电器的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。 虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。和老师的沟通交流更使我从新的角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求，通过这次毕业设计让我提前了解了很多知识，这是很珍贵的。 在设计过程中一些电路图的绘制让我很头痛，原因是由于本身对一些专业知识的了解不够，正是基于这种考虑我意识到：要向更完美的进行一次设计，还需要对一些知识进行更加深入的了解。 提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了一些实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心。经过了一个多星期的不停的检测和修改，终于把最后的电路图和成品完成了。经过了这次课程设计，大大地提高了我的动手能力以及分析问题的能力，在老师的热心的指导下，解决了很多问题，从中也学到了很多书面上所没有搞清楚的问题。这次课程设计，让我学到了很多有用的知识和能力，这对以后的学习与工作都将是非常有益的。下面是对本设计的总结:直流稳压电源和充电器是由整流电路、滤波电路、稳压电路、充电电路组成。电源变压器把220V的交流电变成9V的交流电，通过整流桥把交流电变成直流电，然后通过滤波电路和稳压电路得到稳定平滑的直流电，可以供给我们日常生活中一些小型电子产品的外接电源，并且可以对5号、7号电池进行充电，给我们的日常生活带来了方便。但是本电路仍具有一些缺点，下面我根据设计过程中遇到的一些问题，提出一些改进措施：电网电压波动引起波动时，将通过放大管集电极电阻R1影响复合管的基极电位，并引起输出电压U0的波动。由于引进带辅助电源的串联稳压电路。当环境温度 的变化引起放大管VT3静态工作点漂移时，将引起输出电压的不 稳定。由此引进差动放大器电路代替VT3进行比较放大。增加集电极负载电阻R1可增加放大电路的放大倍数，但同时会使复合管将不到合适的静态工作点，而使稳压电流不能正常工作。由此我们可以采用恒流源负载代替R1.当负载电流过大或负载短路时，流过复合管的额定功耗值而烧坏，因此我们引入限流型、载流型等保护电路。致谢半个月的精心准备，结业论文终于到了划句号的时候，心头照例该如释重负，但写作过程中常常出现的辗转反侧和力不从心之感却挥之不去。论文写作的过程并不轻松：各种压力的时时袭扰，知识积累的尚欠火候，致使我一次次埋头于图书馆中，一次次在深夜奋力敲打键盘。第一次花费如此长的时间和如此多的精力， 完成一篇具有难度的论文，其中的艰辛与困难难以诉说，但曲终幕落后留下的滋味，是值得我一生慢慢品尝的。敲完最后一个字符，重新从头细细阅读早已不陌生的文字，我感触颇多。虽然其中没有什么值得特别炫耀的成果，但对我而言，是宝贵的。它是无数教诲、关爱和帮助的结果。我要感谢我的同学们，是他们的无私共享和互帮互助，让我的论文能够早一天完成。最后，我要感谢我的指导老师，他在百忙之中能够给我细心指导。谨向我的父母和家人表示诚挚的谢意。他们是我生命中永远的依靠和支持，他们无微不至的关怀，是我前进的动力；他们的殷殷希望，激发我不断前行。没有他们就没有我，我的点滴成就都来自他们。 让我依依不舍的还有各位学友、班友和室友。在我需要帮助的时候陈力力等室友伸出温暖的双手，鼎立相助。能和他们相遇、相交、相知，是人生的一大幸事。本论文的完成远非终点，文中的不足和浅显之处则是我新的征程上一个个新的起点。我将继续前行！参考文献【1】周良权 傅恩锡 李世馨 编 模拟电子技术基础（第三版）M.北京:高等教育出版社,2005【2】林春景 编模拟电子线路(21世纪普通高等教育电子信息类规划教材) （第一版）M. 机械工业出版社，2009【3】张玉莲 编 电子CAD(Protel99SE)实训指导书（第一版）M.西安电子科技大学出版社，2007【4】沈大林 贺学金 编 黑白电视机原理与检修（第三版）M.电子工业出版社，2007附录1：总体电路原理图附录2：元器件清单序号名称型号规格位号数量1二极管1N4001VD1-66支2三极管9013VT1、32支3三极管8050VT21支4三极管8550VT4、52支5发光二极管3绿色LED1、22支6发光二极管3红色LED3、42支7电解电容470F/16VC11支8电解电容22F/10VC21支9电解电容100F/10VC31支10电阻1、9.1、100R2、R9、R4各1支11电阻330、470R6、R5各1支12电阻15、24R11、R72支13电阻560R8、R102支14电阻1KR1、R32支15变压器220V，5.5WT1支16直脚开关1×2、2×2S1、S2各1支17短导线10cm6根17