電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易安全電池充電器

1、Qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdf

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11、求一、 設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)用于電池充電的恒流充電器二、 設(shè)計(jì)要求：1.調(diào)研，查找并收集資料；2.總體方案設(shè)計(jì)；3.電路設(shè)計(jì)和電機(jī)參數(shù)計(jì)算；4.繪制電氣原理圖；5.撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書（字?jǐn)?shù)約2000左右）；6.參考資料目錄。設(shè)計(jì)步驟1、 查閱相關(guān)資料，開始撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書；2、 先給出總體方案并對(duì)工作原理進(jìn)行大致的說(shuō)明；3、 依次對(duì)各部分分別給出單元電路，并進(jìn)行相應(yīng)的原理、參數(shù)分析計(jì)算、功能以及與其他部分電路的關(guān)系等等說(shuō)明；4、 列出標(biāo)準(zhǔn)的元件清單；5、 總體電路的繪制及總體電路原理相關(guān)說(shuō)明；6、列出設(shè)計(jì)中所涉及的所有參考文獻(xiàn)資料。參考文獻(xiàn)1 王利剛.電子技術(shù)基礎(chǔ).中國(guó)傳媒大學(xué)出版社，20062姚福安，電

12、子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐，山東科學(xué)技術(shù)出版社，2001年10月3王澄非，電路與數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)實(shí)踐，東南大學(xué)出版社，1999年10月4 楊志忠.電子設(shè)計(jì).北京高等教育出版社,20095康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，高教出版社，20036.陳有晴，通用集成電路應(yīng)用與實(shí)例分析，中國(guó)電力出版社，2007年4月7.孟貴華，電子元器件選用入門，機(jī)械工業(yè)出版社，2005年1月8.李鐘靈，電子元器件的檢測(cè)與選用，科學(xué)出版社，2009年1月目錄摘要 3第 1 章 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 6 2.1電源電路 6 2.2整流電路 6 2.3恒流可調(diào)電路7

13、2.4檢測(cè)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(guān)NE555的原理及說(shuō)明 13 3.2三端集成穩(wěn)壓器 LM7809 14第 4 章 基本元件簡(jiǎn)介17 4.1電阻器的選擇 17 4.2電容的參數(shù) 17 4.3 1N4001的技術(shù)參數(shù)18元件清單 19整體電路圖20設(shè)計(jì)心得體會(huì)21參考文獻(xiàn) 22摘要隨著電子產(chǎn)品的使用越來(lái)越普遍，同時(shí)也伴著人們對(duì)環(huán)境意識(shí)的不斷增強(qiáng)，人們對(duì)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(nèi)阻小、輸出電壓平穩(wěn)以及可反復(fù)充電等特點(diǎn)，正被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、電子測(cè)量?jī)x表和各類通信設(shè)備中。充電時(shí)，電能

14、轉(zhuǎn)換為化學(xué)能貯存在電池中，同時(shí)伴隨找放熱過(guò)程。電池工作時(shí)，化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，?shí)現(xiàn)向負(fù)荷供電，伴隨吸熱過(guò)程。對(duì)于充電電池的方式一直是人們關(guān)心的焦點(diǎn)，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(jià)格比普通的鋅錳電池昂貴，因此科學(xué)合理地使用鎳鎘電池顯得非常重要，下面我們來(lái)介紹一種可以滿足以上要求的全自動(dòng)充電器。第 1 章 工作方案設(shè)計(jì)1.1總體框圖簡(jiǎn)易5號(hào)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(diào)電路，檢測(cè)電壓電路，充電顯示電路四部分構(gòu)成完整的充電電路。電源電路充電顯示電路檢測(cè)電壓電路恒流可調(diào)電路 整流電路 圖1.1 簡(jiǎn)易電池自動(dòng)可調(diào)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(wǎng)中的220V交流電轉(zhuǎn)換為合適的電流和電壓信號(hào)，從而為后續(xù)電路提供信號(hào)。恒流可調(diào)電路的功能是利用LM7812型三端穩(wěn)壓集成電路產(chǎn)生恒定的充電電流。檢測(cè)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(shí)現(xiàn)當(dāng)電池充滿電時(shí)能夠自動(dòng)切斷電源。充電顯示電路的功能是利用555構(gòu)成的多謝振蕩器與發(fā)光二極管將電路充電狀態(tài)和結(jié)束充電的狀態(tài)顯示出來(lái)。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(shí)基電路A2組成，在它的

16、控制端5腳由一個(gè)穩(wěn)壓二極管VS（穩(wěn)定電壓為5.6V），所以將電路的復(fù)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(hào)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(guān)S，便可開始充電。電路工作過(guò)程：由于電容C3兩端電壓不能突變，剛通電時(shí)，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(jīng)電位器RP、二極管VD5向電池G充電，改變RP值可以調(diào)節(jié)充電電流的大小。此時(shí)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(jìn)行，G兩端電壓逐漸升高，當(dāng)升至5.6V時(shí)

17、，A2復(fù)位，3腳輸出低電平，充電自動(dòng)終止，同時(shí)A2內(nèi)部放電管導(dǎo)通，7腳輸出低電平，VL熄滅表示充電結(jié)束。1.3工作原理圖全自動(dòng)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(shè)計(jì)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?。?jīng)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(gè)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(zhuǎn)為具有直流電成分的脈動(dòng)

18、直流電，二極管在電路中起開關(guān)的作用。2、濾波電路是將脈動(dòng)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(duì)整流后的直流電壓采用技術(shù)進(jìn)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?qū)щ娦缘恼髟?，將正?fù)交替的正弦交流電壓U1整流成單方的脈動(dòng)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(gòu)成。其中變壓器采用常規(guī)的鐵心變壓器，并將電網(wǎng)中的220 V交流電變?yōu)?0 V交流電，再通過(guò)二極管橋式電路進(jìn)行整流和電容Cp3和C3濾波。為了得到平滑的負(fù)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(nèi)阻不太大和放電時(shí)間常數(shù)滿足上式關(guān)系時(shí)，V輸出=（1.11.2）V2。電路仿真：2.3 恒流可調(diào)電路圖圖 圖2.3 恒流可調(diào)電路 恒流源由三端穩(wěn)壓集成塊7812構(gòu)成，它的地端末端0v，工作在懸浮狀態(tài)。充電時(shí)DC1兩端接入12節(jié)電池，此時(shí)輸入1腳電壓為+24V，輸出端2腳和3腳的電勢(shì)差恒為12V，充電電流可由公式I充=12/R決定，所以，只有調(diào)節(jié)電阻器R的阻值就可以滿足不同型號(hào)電池的充電要求，通過(guò)J2兩端串聯(lián)一個(gè)萬(wàn)用表來(lái)測(cè)試電流。2.4 檢測(cè)電壓電路 圖2.4檢測(cè)電壓電路 LM7805是固定式三端穩(wěn)壓集成電路，其標(biāo)稱輸出電壓為+5V，電阻R1與電位器R3組成分壓器，

20、分壓點(diǎn)接在三端穩(wěn)壓集成塊7805的地端GND2腳上，調(diào)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(dāng)電位器滑到最上端時(shí)，相當(dāng)于2腳地端接地，輸出電壓等于集成塊的標(biāo)稱輸出電壓5V?；瑒?dòng)點(diǎn)下移，輸出電壓增大，最大可使輸出達(dá)到10V，輸出電壓與電阻的分壓的關(guān)系可表示為：輸出=V（1+R3/R1）式中：V為7805的標(biāo)稱輸出電壓，即5V，當(dāng)R3最大時(shí)，輸出=5*（1+1000/1000）=10V。LM7805輸出端3腳經(jīng)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(jīng)過(guò)電容Cp2濾波對(duì)外送出，作為基準(zhǔn)電壓。通過(guò)調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓可以對(duì)多節(jié)電池進(jìn)行充電，當(dāng)電池兩端的電壓低于基

21、準(zhǔn)電壓時(shí)，TL082輸出低電平，當(dāng)電池充滿達(dá)到3V時(shí)，輸出高電平，從而控制繼電器的開關(guān)。電路仿真： 假設(shè)電池電壓為2.5V時(shí)，TL082輸出1.53V，不足以使繼電器工作。假設(shè)電池充電電壓達(dá)到3.1V時(shí)，TL082輸出12.8V，繼電器工作，吸合開關(guān)，使電源斷開，充電結(jié)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(shè)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(shí)基電路產(chǎn)生頻率為0.4Hz，占空比為1/5的方波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光。本電路采用的是NE555集成塊構(gòu)成的多振蕩器。其電路運(yùn)行包含兩個(gè)過(guò)程：一是利用直流電源經(jīng)電阻R7和R9對(duì)電容C

22、p4 充電，二是經(jīng)電阻R9放電過(guò)程。通過(guò)這兩個(gè)過(guò)程的交替運(yùn)行，就可以在NE555集成電路的輸出電路端Q產(chǎn)生脈沖信號(hào)。其輸出脈沖信號(hào)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(chǎn)生脈沖信號(hào)來(lái)控制發(fā)光二極管的閃爍，由于發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓為1.72.0V,所以在輸出端加保護(hù)電阻，一般發(fā)光二級(jí)管導(dǎo)通后電流一般為10mA。 在充電時(shí)，繼電器不工作，K1的1,2常閉開關(guān)接通，555芯片開始工作，在電池電壓逐漸增大時(shí)，由于555的地端接電池的正極，導(dǎo)致電位

23、的升高，發(fā)光二級(jí)管逐漸閃爍變暗。 當(dāng)充滿時(shí)，TL082輸出高電壓，繼電器開始工作，常閉點(diǎn)斷開，常開點(diǎn)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(guān)NE555的原理及說(shuō)明NE555是一種應(yīng)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(chǎn)品中都有應(yīng)用。NE555的作用是用內(nèi)部的定時(shí)器來(lái)構(gòu)成時(shí)基電路，給其他的電路提供時(shí)序脈沖。NE555時(shí)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(nèi)部結(jié)構(gòu)可等效成23個(gè)晶

24、體三極管.17個(gè)電阻.兩個(gè)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(gòu)成了一個(gè)電阻分壓器,NE555屬于COMS工藝制造. 利用NE555可以組成相當(dāng)多的電路，例如家用電器控制裝置，報(bào)警器，門鈴，信號(hào)發(fā)生器，自動(dòng)控制裝置及其他應(yīng)用電路，這是因?yàn)镹E555巧妙的將數(shù)字電子和模擬電子結(jié)合起來(lái)的緣故，下面我們將對(duì)其進(jìn)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(fù)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(gè)簡(jiǎn)

25、單應(yīng)用圖 相片曝光定時(shí)器電路3.2 三端集成穩(wěn)壓器LM78093.2.1 概述將線性串聯(lián)穩(wěn)壓電源和各種保護(hù)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(xiàn)在的集成穩(wěn)壓器只有三個(gè)外引線：輸入端、輸出端和公共端。 3.2.2 LM7809美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)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(guān)電路，其應(yīng)用相當(dāng)廣泛，在音視頻設(shè)備、計(jì)算機(jī)及其顯示器等各種電器上均有應(yīng)用。 表 LM7809集成電路的引腳功能及數(shù)據(jù)：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(hào)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(hào)的標(biāo)注方法是按照引腳電位從高到低的順序標(biāo)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(duì)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(duì)于79負(fù)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(yīng)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(wàn)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(guó)標(biāo)型號(hào)為CW78-/CW78M-/CW78L-三端固定負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器，國(guó)標(biāo)型號(hào)為CW79-/CW79M-/CW79L-三端可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器，國(guó)標(biāo)型號(hào)為CW117-/CW117M-/CW117L- CW217-/CW217M-/CW217L- CW317-/CW317M-/CW317L-3.2.4 應(yīng)用電路1、三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖（a）所示, 三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖(b)所示。圖(a) 三端固定輸出穩(wěn)壓器應(yīng)用電路 (b) 三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器應(yīng)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(jiǎn)介4.1電阻器的選擇（一）金屬膜電阻（型號(hào)：RJ）。在陶瓷骨架表面，經(jīng)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(diǎn)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(shù)低（50100）×10-6/）。常用額定功率有1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W等，標(biāo)稱阻值在10W10MW之間。（二）金屬氧化膜電阻（型號(hào)：RY）。在玻璃、瓷器等材料上，通過(guò)高溫以化學(xué)反應(yīng)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(guò)負(fù)荷性能，且耐磨、耐腐蝕、化學(xué)性能穩(wěn)定。但阻值范圍窄，溫度系數(shù)比金屬膜

29、電阻差。（三）碳膜電阻（型號(hào)：RT）。在陶瓷骨架表面上，將碳?xì)浠衔镌谡婵罩型ㄟ^(guò)高溫蒸發(fā)分解沉積成碳結(jié)晶導(dǎo)電膜。碳膜電阻價(jià)格低廉，阻值范圍寬（10W10MW），溫度系數(shù)為負(fù)值。常用額定功率為1/8W10W，精度等級(jí)為±5、±10、±20，在一般電子產(chǎn)品中大量使用。4.2電容的參數(shù)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(gòu)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(zhì)有電解液涂層有極性，分正負(fù)不可接錯(cuò)。 全文選型要點(diǎn)： 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(shù)、阻抗/頻率特性、電容壽命、實(shí)際需要、性能和成本等綜合考量。鋁電解電容是以經(jīng)過(guò)蝕刻的高純度鋁箔作為陽(yáng)極，以浸有電解液的薄紙或布做陰極構(gòu)成的極性電容器電容器 所謂電容器就是能夠儲(chǔ)存電荷的“容器”。只不過(guò)這種“容器”是一種特殊的物質(zhì)電荷，而且其所存儲(chǔ)的正負(fù)電荷等量地分布于兩塊不直接導(dǎo)通的導(dǎo)體板上。至此，我們就可以描述電容器的基本結(jié)構(gòu)：兩塊導(dǎo)體板（通常為金屬板）中間隔以電介質(zhì)，即構(gòu)成電容器的基本模型。 全文 鋁電解電容本體上標(biāo)有的容量和耐壓，這兩個(gè)參數(shù)是很重要，是選用電容最基本的內(nèi)容。在實(shí)際電容選型中，對(duì)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(huì)上升，另外，電容越大充電電流就越大，充電時(shí)間也會(huì)越長(zhǎng)。這些都是實(shí)際應(yīng)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(nèi)，電容長(zhǎng)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(guò)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(shí)際要承受的電壓不能超過(guò)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(gè)問(wèn)題是工作電壓裕量的問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)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(huì)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(nèi)阻、降低漏電流、降低損失角、增加壽命。雖然說(shuō)， 48V的工作電壓使用50V的鋁電解電容短時(shí)間不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，但使用久了，壽命就有可能降低。二 獨(dú)石電容參數(shù)獨(dú)石電容的特點(diǎn):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(yīng)用范圍:廣泛應(yīng)用于電子精密儀器.各種小型電子設(shè)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(shuō)獨(dú)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(dú)石為正溫糸數(shù)+130左右,C