電子技術課程設計簡易安全電池充電器

1、Qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdf

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11、求一、 設計任務：設計用于電池充電的恒流充電器二、 設計要求：1.調研，查找并收集資料；2.總體方案設計；3.電路設計和電機參數計算；4.繪制電氣原理圖；5.撰寫設計說明書（字數約2000左右）；6.參考資料目錄。設計步驟1、 查閱相關資料，開始撰寫設計說明書；2、 先給出總體方案并對工作原理進行大致的說明；3、 依次對各部分分別給出單元電路，并進行相應的原理、參數分析計算、功能以及與其他部分電路的關系等等說明；4、 列出標準的元件清單；5、 總體電路的繪制及總體電路原理相關說明；6、列出設計中所涉及的所有參考文獻資料。參考文獻1 王利剛.電子技術基礎.中國傳媒大學出版社，20062姚福安，電

12、子電路設計與實踐，山東科學技術出版社，2001年10月3王澄非，電路與數字邏輯設計實踐，東南大學出版社，1999年10月4 楊志忠.電子設計.北京高等教育出版社,20095康華光，電子技術基礎，高教出版社，20036.陳有晴，通用集成電路應用與實例分析，中國電力出版社，2007年4月7.孟貴華，電子元器件選用入門，機械工業(yè)出版社，2005年1月8.李鐘靈，電子元器件的檢測與選用，科學出版社，2009年1月目錄摘要 3第 1 章 設計方案4 1.1總體框圖 4 1.2工作原理 4 1.3工作原理圖 5第 2 章 主要單元電路設計 6 2.1電源電路 6 2.2整流電路 6 2.3恒流可調電路7

13、2.4檢測電壓電路 8 2.5充電顯示示電路10第 3 章 集成塊基本功能 13 3.1有關NE555的原理及說明 13 3.2三端集成穩(wěn)壓器 LM7809 14第 4 章 基本元件簡介17 4.1電阻器的選擇 17 4.2電容的參數 17 4.3 1N4001的技術參數18元件清單 19整體電路圖20設計心得體會21參考文獻 22摘要隨著電子產品的使用越來越普遍，同時也伴著人們對環(huán)境意識的不斷增強，人們對電池充電器的需求也孕育而生。鎳鎘電池作為一種便攜式電源，具有體積小、容量大、內阻小、輸出電壓平穩(wěn)以及可反復充電等特點，正被越來越廣泛地應用于計算機、電子測量儀表和各類通信設備中。充電時，電能

14、轉換為化學能貯存在電池中，同時伴隨找放熱過程。電池工作時，化學能轉變?yōu)殡娔?，實現向負荷供電，伴隨吸熱過程。對于充電電池的方式一直是人們關心的焦點，正確、良好的充電方法可以確保電池的壽命。另一方面，由于其價格比普通的鋅錳電池昂貴，因此科學合理地使用鎳鎘電池顯得非常重要，下面我們來介紹一種可以滿足以上要求的全自動充電器。第 1 章 工作方案設計1.1總體框圖簡易5號電池恒流充電器的總體框圖如圖1. 是由整流電路，恒流可調電路，檢測電壓電路，充電顯示電路四部分構成完整的充電電路。電源電路充電顯示電路檢測電壓電路恒流可調電路 整流電路 圖1.1 簡易電池自動可調恒流充電電路的總體框圖變壓器整流電路的功

15、能是將電網中的220V交流電轉換為合適的電流和電壓信號，從而為后續(xù)電路提供信號。恒流可調電路的功能是利用LM7812型三端穩(wěn)壓集成電路產生恒定的充電電流。檢測電壓電路的功能是比較器，比較電池兩端的電壓，控制繼電器工作，從而實現當電池充滿電時能夠自動切斷電源。充電顯示電路的功能是利用555構成的多謝振蕩器與發(fā)光二極管將電路充電狀態(tài)和結束充電的狀態(tài)顯示出來。穩(wěn)壓電源電路的功能是為上述所有電路提供直流電壓。1.2工作原理電路電源由變壓器T降壓，二極管VD1VD4整流，三端穩(wěn)壓集成塊A1穩(wěn)壓及電容C1,C2濾波后供給， 通電后可輸出穩(wěn)定的9V直流電壓供給充電器使用。電壓比較器由時基電路A2組成，在它的

16、控制端5腳由一個穩(wěn)壓二極管VS（穩(wěn)定電壓為5.6V），所以將電路的復位電平定在5.6V。發(fā)光二極管VL為充電指示器。1節(jié)5號鎳鎘電池正常工作電壓為1.2V，充電終止電壓為1.4V左右。G為4節(jié)待充的鎳鎘電池，所以充電終止電壓為4×1.4V=5.6V。將電池裝入充電支架后，合上電源開關S，便可開始充電。電路工作過程：由于電容C3兩端電壓不能突變，剛通電時，A2的2腳為低電平，A2被觸發(fā)置位，3腳輸出高電平，此高電平經電位器RP、二極管VD5向電池G充電，改變RP值可以調節(jié)充電電流的大小。此時A2的7腳被懸空，VL發(fā)光指示電路在充電。隨著充電不斷進行，G兩端電壓逐漸升高，當升至5.6V時

17、，A2復位，3腳輸出低電平，充電自動終止，同時A2內部放電管導通，7腳輸出低電平，VL熄滅表示充電結束。1.3工作原理圖全自動鎳鎘電池充電器的電路如下圖所示，充電器主要由電源電路、電壓比較器及指示電路等組成。 圖1.3電路原理圖第 2 章 主要單元電路設計2.1電源電路穩(wěn)壓電源一般由變壓器、整流器和穩(wěn)壓器三大部分組成，變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟姟Ｕ髌靼呀涣麟娮優(yōu)橹绷麟?。經濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。 如下圖所示：把220V交流變成低壓直流的四個組成部分：降壓整流濾波穩(wěn)壓。圖2-1穩(wěn)壓電源工作原理圖1、整流電路是將工頻交流電轉為具有直流電成分的脈動

18、直流電，二極管在電路中起開關的作用。2、濾波電路是將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分，電容和電感起濾波的作用。3、穩(wěn)壓電路對整流后的直流電壓采用技術進一步穩(wěn)定直流電壓。 三端穩(wěn)壓器是常用的穩(wěn)壓器件。2.2整流電路圖2.2 整流電路整流電路的目的是利用其具有單向導電性的整流元件，將正負交替的正弦交流電壓U1整流成單方的脈動電壓U2。變壓器整流電路，其主要由變壓器、二極管橋式電路、電容構成。其中變壓器采用常規(guī)的鐵心變壓器，并將電網中的220 V交流電變?yōu)?0 V交流電，再通過二極管橋式電路進行整流和電容Cp3和C3濾波。為了得到平滑的負載電壓，一般取d=RL(35)T/2,T為

19、電源交流電壓的周期，在整流電路內阻不太大和放電時間常數滿足上式關系時，V輸出=（1.11.2）V2。電路仿真：2.3 恒流可調電路圖圖 圖2.3 恒流可調電路 恒流源由三端穩(wěn)壓集成塊7812構成，它的地端末端0v，工作在懸浮狀態(tài)。充電時DC1兩端接入12節(jié)電池，此時輸入1腳電壓為+24V，輸出端2腳和3腳的電勢差恒為12V，充電電流可由公式I充=12/R決定，所以，只有調節(jié)電阻器R的阻值就可以滿足不同型號電池的充電要求，通過J2兩端串聯一個萬用表來測試電流。2.4 檢測電壓電路 圖2.4檢測電壓電路 LM7805是固定式三端穩(wěn)壓集成電路，其標稱輸出電壓為+5V，電阻R1與電位器R3組成分壓器，

20、分壓點接在三端穩(wěn)壓集成塊7805的地端GND2腳上，調節(jié)電位器R3改變集成塊地端電位，故能改變電路的輸出電壓大小。當電位器滑到最上端時，相當于2腳地端接地，輸出電壓等于集成塊的標稱輸出電壓5V?；瑒狱c下移，輸出電壓增大，最大可使輸出達到10V，輸出電壓與電阻的分壓的關系可表示為：輸出=V（1+R3/R1）式中：V為7805的標稱輸出電壓，即5V，當R3最大時，輸出=5*（1+1000/1000）=10V。LM7805輸出端3腳經二極管D1D3的正向管壓降處理后即可得到3V8V作業(yè)的穩(wěn)壓電壓，經過電容Cp2濾波對外送出，作為基準電壓。通過調節(jié)基準電壓可以對多節(jié)電池進行充電，當電池兩端的電壓低于基

21、準電壓時，TL082輸出低電平，當電池充滿達到3V時，輸出高電平，從而控制繼電器的開關。電路仿真： 假設電池電壓為2.5V時，TL082輸出1.53V，不足以使繼電器工作。假設電池充電電壓達到3.1V時，TL082輸出12.8V，繼電器工作，吸合開關，使電源斷開，充電結束。2.5 充電顯示電路 圖2.5充電顯示電路LED被廣泛用于種電子儀器和電子設備中，可作為電源指示燈、電平指示或微光源之用。顯示部分由555 時基電路產生頻率為0.4Hz，占空比為1/5的方波信號，驅動發(fā)光二極管發(fā)光。本電路采用的是NE555集成塊構成的多振蕩器。其電路運行包含兩個過程：一是利用直流電源經電阻R7和R9對電容C

22、p4 充電，二是經電阻R9放電過程。通過這兩個過程的交替運行，就可以在NE555集成電路的輸出電路端Q產生脈沖信號。其輸出脈沖信號的頻率f和 占空間比q為：f=1/0.7（R7+2R9）C1=1/0.7（47K+2*100K）10uF0.4Hzq=R7/(R7+2R9)= 47K/（47K+2*100K）1/5這樣輸出電路端產生脈沖信號來控制發(fā)光二極管的閃爍，由于發(fā)光二極管的導通電壓為1.72.0V,所以在輸出端加保護電阻，一般發(fā)光二級管導通后電流一般為10mA。 在充電時，繼電器不工作，K1的1,2常閉開關接通，555芯片開始工作，在電池電壓逐漸增大時，由于555的地端接電池的正極，導致電位

23、的升高，發(fā)光二級管逐漸閃爍變暗。 當充滿時，TL082輸出高電壓，繼電器開始工作，常閉點斷開，常開點閉合，555控制閃爍的二極管熄滅，K1的1,3閉合，D4發(fā)光，指示電池充滿。電路仿真：圖a 充電中等效仿真圖b 電池充滿等效仿真第 3 章 集成塊基本功能3.1有關NE555的原理及說明NE555是一種應用特別廣泛作用很大的的集成電路，屬于小規(guī)模集成電路，在很多電子產品中都有應用。NE555的作用是用內部的定時器來構成時基電路，給其他的電路提供時序脈沖。NE555時基電路有兩種封裝形式有，一是DIP雙列直插8腳封裝，另一種是SOP-8小型（SMD）封裝形式。 NE555的內部結構可等效成23個晶

24、體三極管.17個電阻.兩個二極管.組成了比較器.RS觸發(fā)器.等多組單元電路.特別是由三只精度較高5k電阻構成了一個電阻分壓器,NE555屬于COMS工藝制造. 利用NE555可以組成相當多的電路，例如家用電器控制裝置，報警器，門鈴，信號發(fā)生器，自動控制裝置及其他應用電路，這是因為NE555巧妙的將數字電子和模擬電子結合起來的緣故，下面我們將對其進行介紹。3.1.1 NE555的外形圖圖 NE555的兩種封裝形式3.1.2 引腳介紹圖 NE555引腳圖表 NE555引腳功能介紹：12345678地 GND 觸發(fā)輸出復位 控制電壓 門限(閾值)放電電源電壓Vcc3.1.3 下面是NE555的一個簡

25、單應用圖 相片曝光定時器電路3.2 三端集成穩(wěn)壓器LM78093.2.1 概述將線性串聯穩(wěn)壓電源和各種保護電路集成在一起就得到了集成穩(wěn)壓器。早期的集成穩(wěn)壓器外引線較多，現在的集成穩(wěn)壓器只有三個外引線：輸入端、輸出端和公共端。 3.2.2 LM7809美國國家半導體公司生產的三端固定穩(wěn)壓集成電路，用于將輸入的電壓穩(wěn)壓為9V后提供給有關電路，其應用相當廣泛，在音視頻設備、計算機及其顯示器等各種電器上均有應用。 表 LM7809集成電路的引腳功能及數據：三端穩(wěn)壓器管腳判斷：在78* ，79*系列中最常用的是TO220和TO202兩種封裝，這兩種封裝的引腳功能及引腳序號如下圖：圖3.2三端穩(wěn)壓器（78

26、，79系列）管腳判斷方法圖中的引腳號的標注方法是按照引腳電位從高到低的順序標注的，引腳為最高電位，腳為最低電位，腳居中。從圖中可以看出，不論78系列、還是79系列，腳均為輸出端。對于78正壓系列，輸入是最高電位，為腳，地端為最低電位，為腳。對于79負壓系列，輸入為最低電位，自然是腳，而地端為最高電位，為腳，輸出為中間電位，為腳。此外，還應注意，散熱片總是和最低電位的第腳相連，這樣在78系列中，散熱片和地相連接，而在79系列中，散熱片和輸入端相連接。用萬用表判斷三端穩(wěn)壓器的方法與三極管的判斷方法相同，三端穩(wěn)壓器類似于大功率三極管。3.2.3 線性三端集成穩(wěn)壓器的分類三端集成穩(wěn)壓器有如下幾種：三端

27、固定正輸出集成穩(wěn)壓器，國標型號為CW78-/CW78M-/CW78L-三端固定負輸出集成穩(wěn)壓器，國標型號為CW79-/CW79M-/CW79L-三端可調正輸出集成穩(wěn)壓器，國標型號為CW117-/CW117M-/CW117L- CW217-/CW217M-/CW217L- CW317-/CW317M-/CW317L-3.2.4 應用電路1、三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的典型應用電路如圖（a）所示, 三端可調輸出集成穩(wěn)壓器的典型應用電路如圖(b)所示。圖(a) 三端固定輸出穩(wěn)壓器應用電路 (b) 三端可調輸出穩(wěn)壓器應用電路2、利用三端集成穩(wěn)壓器組成恒流源如圖所示。 圖 穩(wěn)壓器作恒流源 第 4 章 基本元

28、件簡介4.1電阻器的選擇（一）金屬膜電阻（型號：RJ）。在陶瓷骨架表面，經真空高溫或燒滲工藝蒸發(fā)沉積一層金屬膜或合金膜。其特點是：精度高、穩(wěn)定性好、噪聲低、體積小、高頻特性好。且允許工作環(huán)境溫度范圍大（-55+125）、溫度系數低（50100）×10-6/）。常用額定功率有1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W等，標稱阻值在10W10MW之間。（二）金屬氧化膜電阻（型號：RY）。在玻璃、瓷器等材料上，通過高溫以化學反應形式生成以二氧化錫為主體的金屬氧化層。該電阻器由于氧化膜膜層比較厚，因而具有極好的脈沖、高頻和過負荷性能，且耐磨、耐腐蝕、化學性能穩(wěn)定。但阻值范圍窄，溫度系數比金屬膜

29、電阻差。（三）碳膜電阻（型號：RT）。在陶瓷骨架表面上，將碳氫化合物在真空中通過高溫蒸發(fā)分解沉積成碳結晶導電膜。碳膜電阻價格低廉，阻值范圍寬（10W10MW），溫度系數為負值。常用額定功率為1/8W10W，精度等級為±5、±10、±20，在一般電子產品中大量使用。4.2電容的參數一 鋁電解電容電解電容 電解電容是一種由兩塊平行金屬板以及兩金屬板之間放置電解液所構成的電容。電容器依照所使用的電極材料.電解液之種類而付予電容器的名稱。介質有電解液涂層有極性，分正負不可接錯。 全文選型要點： 容量，耐壓，溫度范圍，元件封裝形式與尺寸、紋波電流、紋波電壓、漏電流、ESR、

30、散逸因數、阻抗/頻率特性、電容壽命、實際需要、性能和成本等綜合考量。鋁電解電容是以經過蝕刻的高純度鋁箔作為陽極，以浸有電解液的薄紙或布做陰極構成的極性電容器電容器 所謂電容器就是能夠儲存電荷的“容器”。只不過這種“容器”是一種特殊的物質電荷，而且其所存儲的正負電荷等量地分布于兩塊不直接導通的導體板上。至此，我們就可以描述電容器的基本結構：兩塊導體板（通常為金屬板）中間隔以電介質，即構成電容器的基本模型。 全文 鋁電解電容本體上標有的容量和耐壓，這兩個參數是很重要，是選用電容最基本的內容。在實際電容選型中，對電流變化節(jié)奏快的地方要用容量較大的電容，但并非容量越大越好，首先，容量增大，成本和體積可

31、能會上升，另外，電容越大充電電流就越大，充電時間也會越長。這些都是實際應用選型中要考慮的。額定工作電壓：在規(guī)定的工作溫度范圍內，電容長期可靠地工作，它能承受的最大直流電壓。在交流電路中，要注意所加的交流電壓最大值不能超過電容的直流工作電壓值。常用的固定電容工作電壓有6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、2500V、400V、500V、630V。電容在電路中實際要承受的電壓不能超過它的耐壓值。在濾波電路中，電容的耐壓值不要小于交流有效值的1.42倍。另外還要注意的一個問題是工作電壓裕量的問題，一般來說要在15以上。例如某電容的額定電壓是50V，雖然涌浪電壓可能高至63V，但一般最高只會施加42V電壓。讓電容器的額定電壓具有較多的余裕，能降低內阻、降低漏電流、降低損失角、增加壽命。雖然說， 48V的工作電壓使用50V的鋁電解電容短時間不會出現問題，但使用久了，壽命就有可能降低。二 獨石電容參數獨石電容的特點:電容量大,體積小,可靠性高,電容量穩(wěn)定,耐高溫耐濕性好等. 應用范圍:廣泛應用于電子精密儀器.各種小型電子設備作諧振,耦合,濾波,旁路.容量范圍:0.5PF-1UF耐壓:二倍額定電壓.里面說獨石又叫多層瓷介電容,分兩種類型,1型性能挺好,但容量小,一般小于0.2U,另一種叫II型,容量大,但性能一般.就溫漂而言:獨石為正溫糸數+130左右,C