電壓控制恒流充電電路設(shè)計(jì)(50mA)

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課題名稱：電壓控制恒流充電電路設(shè)計(jì) 班級(jí) 學(xué)號(hào) 學(xué)生姓名 專業(yè) 系別 指導(dǎo)老師 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)小組 2014年5月 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題：電壓控制恒流充電電路設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)課程結(jié)束后進(jìn)行的教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是：1、培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的正確設(shè)計(jì)思想，訓(xùn)練綜合運(yùn)用已經(jīng)學(xué)過(guò)的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)去分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。2、學(xué)習(xí)較復(fù)雜的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法，提高基于模擬、數(shù)字電路等知識(shí)解決電子信息方面常見實(shí)際問(wèn)題的能力，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)、自行制作和自行調(diào)試。3、進(jìn)行基本技能訓(xùn)練，如基本儀器儀表的使用，常用元器件的識(shí)別、測(cè)量

2、、熟練運(yùn)用的能力，掌握設(shè)計(jì)資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以及使用仿真軟件、實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和數(shù)據(jù)處理等。4、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。二、設(shè)計(jì)要求1、充電電流為50mA。2、控制電壓為2.5V和3V,當(dāng)充電電壓上升到3V時(shí)自動(dòng)斷電,當(dāng)用電電壓下降到2.5V時(shí)自動(dòng)通電。3、由5V直流源供電。4、按照課題設(shè)計(jì)任務(wù)書要求進(jìn)行設(shè)計(jì)5、用圖、表、文字說(shuō)明描述電路設(shè)計(jì)步驟6、對(duì)選用的主要元器件（包括集成電路），給出規(guī)格型號(hào)及技術(shù)參數(shù)，并附元器件表一份；7、凡是選用的集成電路，必須畫完整的接線圖，并說(shuō)明各引線的功能和使用方法，同時(shí)應(yīng)列出功能表8、分析設(shè)計(jì)電路的工作原理。9、根據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室條件，對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，制作與

3、調(diào)試。10、按要求撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告三、總體設(shè)計(jì)（1）在恒流源部分，我們通過(guò)利用9012PNP硅管其發(fā)射級(jí)-基極導(dǎo)通電壓0.7V和10電阻輸出50mA電流。（2）在電壓的自動(dòng)控制部分，接入5V電壓，調(diào)節(jié)Rw1，經(jīng)分壓以后，在上部電路中的電位比較器的正向輸入端的電壓為2.5V。同理，調(diào)節(jié)Rw2的大小，使下部電位比較器的反向輸入端電壓為3V。工作原理接通電源，由于A點(diǎn)初始電壓為0，電位比較器工作1端輸出高電平，驅(qū)動(dòng)晶閘管工作，繼電器1跟著工作其開關(guān)閉合，開始給電容器充電；當(dāng)A點(diǎn)電壓達(dá)到3V，電位比較器工作1端輸出高電平，三極管9018導(dǎo)通，繼電器2工作使得晶閘管不工作，繼電器1跟著不工作其開關(guān)斷開，電容

4、通過(guò)R3開始放電；當(dāng)A點(diǎn)電壓降到2.5V，電位比較器工作7端輸出高電平，又驅(qū)動(dòng)晶閘管工作，繼電器2跟著工作其開關(guān)閉合，給電容器充電。如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電容的充放電。四、單元電路設(shè)計(jì)1、恒流源的獲得 a9012三極管9012硅管是我們常用到的PNP三極管，利用它的發(fā)射級(jí)-基極導(dǎo)通電壓為0.7V。b電阻為了得到100mA的充電電流，由于9012的eb極導(dǎo)通電壓為0.7V，我們選擇6.8電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)100mA的電流，經(jīng)過(guò)導(dǎo)通的9012ec極流出。1K電阻用于分壓。2、電壓的自動(dòng)控制a. MCR晶閘管 晶閘管也稱為可控硅，是一種半導(dǎo)體器件。同時(shí)也可將之視為一個(gè)控制開關(guān)元件。單向可控硅內(nèi)部由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，

5、管芯是一個(gè)圓形薄片，它具有三個(gè)極：A極（陽(yáng)極）、G極（柵極）、K極（陰極）。晶閘管內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖（b）所示，它相當(dāng)于PNP型三極管和NPN 型三極管以圖（c）所示的連接而成。晶閘管的工作原理:晶閘管T在工作過(guò)程中，它的陽(yáng)極A和陰極K與電源和負(fù)載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。晶閘管的工作條件：1. 晶閘管承受反向陽(yáng)極電壓時(shí)，不管門極承受何種電壓，晶閘管都處于關(guān)斷狀態(tài)。2. 晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓時(shí)，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導(dǎo)通。3. 晶閘管在導(dǎo)通情況下，只要有一定的正向陽(yáng)極電壓，不論門極電壓如何，晶閘管保持導(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)

6、通后，門極失去作用。4. 晶閘管在導(dǎo)通情況下，當(dāng)主回路電壓（或電流）減小到接近于零時(shí)，晶閘管關(guān)斷b.LM324電壓比較器LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖2。

7、因此，把LM324用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。LM324的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選3-15K）。選不同阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端高電位的值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值，我們?nèi)1=R2=10K。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。 c.繼電器本設(shè)計(jì)采用HK4100F-DC12V-SHG電磁繼電器，引腳結(jié)構(gòu)如下圖。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作

8、用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)焊接前先要對(duì)它進(jìn)行測(cè)試：1) 測(cè)觸點(diǎn)電阻：用萬(wàn)能表的電阻檔，測(cè)量常閉觸點(diǎn)與動(dòng)點(diǎn)電阻，其阻值應(yīng)為0；而常開觸點(diǎn)與動(dòng)點(diǎn)的阻值就為無(wú)窮大。由此可以區(qū)別出那個(gè)是常閉觸點(diǎn)，那個(gè)是常開觸點(diǎn)。2) 測(cè)線圈電阻 ：可用萬(wàn)能表R1

9、0檔測(cè)量繼電器線圈的阻值為682歐姆，從而判斷該線圈是否存在著開路現(xiàn)象。d9018三極管元器件列表：主要元器件規(guī)格型號(hào)數(shù)量電容器16V 47 uF1晶閘管MCR 100-6 P861三極管S9018 H040S9012 H33112電壓比較器LM3241電位器2033繼電器HK4100F-DC12V-SHG2二極管IN40072電阻若干五、調(diào)試1、調(diào)試恒流源電路若電流無(wú)法調(diào)到100mA，首先檢查線路是否接錯(cuò)，或有虛焊等現(xiàn)象。在確認(rèn)焊接無(wú)誤的情況下，檢查9012三極管是否損壞。如測(cè)9012的eb兩端電壓是否為0.7V，9012的ec兩端是否導(dǎo)通。2、調(diào)試低電壓控制部分首先斷開第一步調(diào)試的部分，調(diào)

10、節(jié)Rw1電位器的大小，大致調(diào)到10K左右，使M點(diǎn)對(duì)地的電壓為2.5V。要確認(rèn)晶閘管是否還能正常工作，測(cè)G端電壓是否在0.7V左右，再測(cè)A端電壓是否為1V左右，若測(cè)得A端電壓為5V左右，則是晶閘管損壞，此外還要確定可控硅的引腳沒(méi)有接錯(cuò)位置，這個(gè)地方特別容易出錯(cuò)，稍一出錯(cuò)晶閘管就容易燒毀。用萬(wàn)用表紅黑表筆測(cè)二極管的正、反阻值，一般的二極管正向阻值在幾百歐左右，反向阻值無(wú)窮大。確保二極管沒(méi)有損壞的條件下，要檢查二極管有沒(méi)有接反，還有就是電位比較器的引腳有沒(méi)有接錯(cuò)。再插上芯片，引腳1看其是否為高電平，若不是則電位比較器壞了。3、調(diào)試高電壓控制部分電路調(diào)節(jié)Rw2電位器到15K左右，使N點(diǎn)對(duì)地的電壓為3V

11、。這部分電路最可能出現(xiàn)問(wèn)題的地方有三處，一是二極管，二是三極管，三是電位比較器，首先要檢查以上三個(gè)地方。二極管的判別同上。確定三極管9012的引腳沒(méi)有接錯(cuò)，用電阻檔測(cè)b,c極和b,e極的正反電阻,相差幾十倍以上就是正常的。再插上芯片，引腳7看其是否為低電平，若不是則電位比較器壞了。最后接好斷開部分，插上芯片，看電容兩端電壓的變化范圍，是否在2.5V到3V之間變化。如果以上三個(gè)部分都已調(diào)試成功，整個(gè)電路卻不能正常工作，那么問(wèn)題很可能出在繼電器上了，很大可能是繼電器的引腳接錯(cuò)了。整個(gè)電路就調(diào)試成功后，繼電器的開關(guān)會(huì)處于不停地打開關(guān)閉狀態(tài)，發(fā)出“咔嚓咔嚓”的聲響。六、電路測(cè)試及測(cè)試結(jié)果在電路調(diào)試完成

12、后，接上電源會(huì)聽到咔噠咔噠的繼電器觸頭閉合與斷開的聲音，檢測(cè)電解電容正端電壓從2.5V增到3V，再?gòu)?V降低到2.5V，如此反復(fù)變換，即為充放電循環(huán)過(guò)程。電路成功。七、設(shè)計(jì)總結(jié)在本次課程設(shè)計(jì)中，極大程度上的鍛煉了我們各種能力。電路一開始焊好之后沒(méi)有聲音，檢查之后發(fā)現(xiàn)晶閘管陽(yáng)極連到繼電器常開開關(guān)上，修改之后電路修好了，聽到咔嗒咔嗒的聲音。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我學(xué)會(huì)了自頂向下的設(shè)計(jì)方法。了解了電子設(shè)計(jì)過(guò)程中常用電路，比如常用的直流穩(wěn)壓電路。以及一些器件的常用型號(hào)。這些都是書本上學(xué)不到的。在調(diào)試過(guò)程中學(xué)會(huì)了分析錯(cuò)誤的方法，同時(shí)也鍛煉了毅力，培養(yǎng)了耐心。課程設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)了不少的問(wèn)題。在拿到課程設(shè)計(jì)任務(wù)書之后，對(duì)于我所要設(shè)計(jì)的內(nèi)容，在書本，網(wǎng)絡(luò)和其他一些方面做了資料的收集和研究，對(duì)于本次課程設(shè)計(jì)的入手之處有了大概的方向。在初步的設(shè)計(jì)后，上了兩次指導(dǎo)課，發(fā)現(xiàn)對(duì)于較為大規(guī)模的電路，我們可以分布解決，這一點(diǎn)在當(dāng)初倒是被我忽略了，使得我的設(shè)計(jì)方案混亂且復(fù)雜。之后進(jìn)行了修改，使得功能更為簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)，電路也變得簡(jiǎn)單了許多。對(duì)于設(shè)計(jì)的態(tài)度我發(fā)現(xiàn)會(huì)很大程度上決定最后的成敗，在對(duì)照電路進(jìn)行實(shí)際操作的時(shí)候一定要細(xì)心，并且不能夠單純的照葫蘆畫瓢，排板的時(shí)候要考慮到元器件的大小，連線，耐熱程度等。通過(guò)本次的親身實(shí)踐，培養(yǎng)了我實(shí)際運(yùn)用理論的能力，懂得理論聯(lián)系實(shí)際去處理問(wèn)題，也培養(yǎng)了