毕业设计-充电机自动保护电路

毕业设计-充电机自动保护电路 河南工业职业技术学院电气工程系 2011届毕业生 目:充电机自动保护电路 班 级:0805班 姓 名:秦龙 指导教师:郭素娜 摘 要 便携式电子产品的快度发展，促使电池的品种增加及性能提高，并且使可充电电池的产量大增，同时对充电器的要求也趋于效果高、体积小、成本低、重量轻并且安全实用。本设计主要介绍用于镍镉可充电电池的全自动充电器。 该充电电路用时基电路NE555接成施密特触发器构成的充电器具有电路结构简单，取材容易，使用外围原件少，易于操作，电池充满后自动停止的特点，适合对2—6节的镍镉电池充电，效果良好。 关键词:电池:充电器:NE555 1 设计任务书 一、设计题目 充电机自动保护电路 二、设计目的 1)学习电子电路设计方法。 2)通过设计培养学生自学能力和问题、解决问题的能力。 3)通过设计使学生具有一定的计算能力、制图能力以及查阅手册、使用国家技术标准的能力和一定的文字表达能力。 三、设计依据 1、设计充电机自动充电电路，充电电压可达24V，36V，48V;设计充电过流保护电路。 四、设计内容 1)复习课本，收集查阅资料，选定设计; 2)绘制电气框图、电气原理图; 3)对主要元器件进行计算选择，列写元器件的规格及明细表; 4)设计总结及改进意见; 5)参考资料; 6)编写，内容不少于4000字。 五、参考文献 1(模拟电子技术 胡晏如主编 高等教育出版社 2(电子技术实验与课程设计 毕满清主编 机械工业出版社 3(电类专业课程设计指导 张华主编 机械工业出版社 2 目 录 前 言 ................................................................................................................ 5 1 设计方案 ....................................................................................................... 6 1.1工作原理 ............................................................................................... 6 1.2 电路原理图 .......................................................................................... 6 2 电路的三大模块功能 .................................................................................. 7 2.1电源电路模块 ....................................................................................... 7 2.2电压比较器模块 .................................................................................. 14 2.3指示电路模块 ..................................................................................... 13 3 集成块基本功能.......................................................................................... 21 3.1 NE555 ................................................................................................ 21 3.2 三端集成稳压器 LM7809 ................................................................. 23 4 元器件分析 ................................................................................................. 26 4.1 电阻器与电位器 ................................................................................. 26 4.2 电容原件, ...................................................................................... 30 4.3变压器................................................................................................. 33 4.4二极管元器件 ..................................................................................... 35 5自动充电器电路模块连接、系统调试和完善.............................................. 36 5.1用Protel DXP 软件设计PCB板....................................................... 36 5.2 制作电路板 ........................................................................................ 37 5.3 电路调试 ............................................................................................ 39 6 结束语 ........................................................................................................ 41 3 6.1论文总结 ............................................................................................. 41 6.2工作展望 ............................................................................................. 41 参考文献、资料索引 ...................................................................................... 43 致 谢........................................................................................................... 43 4 前 言 从18世纪法拉第发现了电磁现象以来,人类社会便进 入了电子时代。经过不断发展,电子产品越来越多的呈现在我们面前。由于电能的清洁高效、易于转变成其它形式的能源的特点,电子技术越来越被人们重视。充电器是伴随着充电电池的发展而发展的,早期出现的充电器多为镍镉电池充电器, 随着消费者和产业的环保意识增强,碱性一次电池和含有有毒金属镉等二次电池使用日益受到限制,可充电电池得到了广泛的使用。镍镉电池作为一种便携式电源,具有体积小、容量大、内阻小、输出电压平稳以及可反复充电等特点,正被越来越广泛地应用于计算机、电子测量仪表和各类通信设备中,由于其价格比普通的锌锰电池昂贵,因此科学合理地使用镍镉电池显得非常重要,而选择正确、可靠的充电方式是充分发挥镍镉电池效能和保证其寿命的关键。下面我们来介绍一种可以满足以上要求的全自动充电器。 1 设计方案 1.1工作原理 电路电源由变压器T降压,二极管VD1~VD4整流,三端稳压集成块A1稳压及电 C1,C2滤波后供给, 通电后可输出稳定的9V直流电压供给充电器使用。 电压比较器由时基电路A2组成,在它的控制端5脚由一个稳压二极管VS,稳定电压为5.6V,,所以将电路的复位电平定在5.6V。发光二极管VL为充电指示器。 1节5号镍镉电池正常工作电压为1.2V,充电终止电压为1.4V左右。G为4节待充的镍镉电池,所以充电终止电压为4×1.4V=5.6V。将电池装入充电支架后,合上电源开关S,便可开始充电。电路工作过程,由于电容C3两端电压不能突变,刚通电时,A2的2脚为低电平,A2被触发置位,3脚输出高电平,此高电平经电位器RP、二极管VD5向电池G充电,改变RP值可以调节充电电流的大小。此时A2的7脚被悬空,VL发光指示电路在充电。随着充电不断进行,G两端电压逐渐升高,当升至5.6V时,A2复位,3脚输出低电平,充电自动终止,同时A2内部放电管导通,7脚输出低电平,VL熄灭表示充电结束。 1.2 电路原理图 全自动镍镉电池充电器的电路如下图所示,充电器主要由电源电路、电压比较器及指示电路等组成。 图1-1电路原理图 2 电路的三大模块功能 2.1电源电路模块 稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成,变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后,稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。 如下图所示,把220V交流变成低压直流的四个组成部分,降压—整流—滤波—稳压 图 2-1 图2-1稳压电源工作原理图 1整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电, 1 二极管在电路中起开关的作用。 2滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除,减少交流成分,增加直流成分,电容和电感起滤波的作用。 3稳压电路对整流后的直流电压采用技术进一步稳定直流电压。 三端稳压器是常用的稳压器件。 2.1.1电源变压器 把输入U1的有效值220V,频率50HZ的电网电压变换成所需要的电压U1,一般情况下,直流电压的数值和电网电压有效值相差很大,因此需要通过电源变压器降压后,再对交流电压进行处理。下面介绍一下变压器的工作原理 变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件,当初级线圈中通有交流电流时,铁芯,或磁芯,中便产生交流磁通,使次级线圈中感应出电压,或电流,。变压器由铁芯,或磁芯,和线圈组成,线圈有两个或两个以上的绕组,其中接电源的绕组叫初级线圈,其余的绕组叫次级线圈。 如下图所示的原理图, 图2-2变压器原理图 2 变压器的基本原理是电磁感应原理,现以单相双绕组变压器为例说明其基本工作原理,如上图,,当一次侧绕组上加上电压Ú1时,流过电流Í1,在铁芯中就产生交变磁通Ø1,这些磁通称为主磁通,在它作用下,两侧绕组分别感应电势É1,É2,感应电势公式为,E=4.44fNØm 式中,E--感应电势有效值 f--频率 N--匝数 Øm--主磁通最大值 由于二次绕组与一次绕组匝数不同,感应电势E1和E2大小也不同,当略去内阻抗压降后,电压Ú1和Ú2大小也就不同。 当变压器二次侧空载时,一次侧仅流过主磁通的电流,Í0,,这个电流称为激磁电流。当二次侧加负载流过负载电流Í2时,也在铁芯中产生磁通,力图改变主磁通,但一次电压不变时,主磁通是不变的,一次侧就要流过两部分电流,一部分为激磁电流Í0,一部分为用来平衡Í2,所以这部分电流随着Í2变化而变化。当电流乘以匝数时,就是磁势。 上述的平衡作用实质上是磁势平衡作用,变压器就是通过磁势平衡作用实现了一、二次侧的能量传递。 2.1.2. 桥式整流电路, 整流电路的目的是利用其具有单向导电性的整流元件,将正负交 3 替的正弦交流电压U1整流成单方的脉动电压U2。本设计中采用的是桥式整流电路,如图2-3, 图 2-3桥式整流原理图 桥式整流电路,也可认为它是全波整流电路的一种,变压器绕组按图3方法接四只二极管。 D 1 , D 4 为四只相同的整流二极管,接成电桥形式,故称桥式整流电路。利用二极管的导引作用,使在负半周时也能把次级输出引向负载。具体接法如图所示,从图中可以看到,在正半周时由D1、D2导引电流自上而下通过RL,负半周时由D3、D4导引电流也是自上而下通过 RL , 从而实现了全波整流。 在这种结构中,若输出同样的直流电压,变压器次级绕组与全波整流相比则只须一半绕组即可,但若要输出同样大小的电流,则绕组的线径要相应加粗。 至于脉动,和前面讲的全波整流电路完全相同。 由于整流电路的输出电压都含有较大的脉动成分。为了尽量压低脉动成分,另一方面还要尽量保留直流成分,使输出电压接近理想的直流,这种措施就是滤波。滤波通常是利用电容或电感的能量存储作用来实现的。 2.1.3 滤波电路 整流电路虽然可将交流电变成直流电,但其脉动成分较大,在一 4 些要求直流电平滑的场合是不适用的,需加上滤波电路,以减小整流后直流电中的脉动成分。为了减小电压U2的脉动,需通过低通滤波使输出电压平滑,理想情况下,应将交流分量全部滤掉,使滤波电路的输出电压仅有直流电压,然而,由于滤波电路为无源电路,所以,接入负载后势必会影响滤波效果,对电源电源稳定性要求不高的电子电路滤波,整流后的直流电压U3可作为供电电源。下面介绍一下电容滤波的原理 。 在小功率整流电路中主要采用电容滤波。电容滤波的电路图如下所示,当电刚接通时,U2从正半周的零值开始增加,二极管D1,D3导通,导通电流一路向负载RL供电+另一路向电容充电,由于二极管的导通电阻很小,充电时间常数很小,电容两端电压UC几乎与U2同步增大。当UC=U2时,U2开始下降,此时U2小于UC。二极管收反向电压作用而截止,电容C向RL放电,由于放电常数很小,UC按照指数规律缓慢下降当UC=|U2|时,U2的负半周使D2,D4正偏导通。电容C又充电,重复上述过程,得出图中,b ,的波形显然比没有滤波时平滑的多。 电容滤波电路原理图如下所示, 5 图2-4单向桥式整流电容滤波电路 (a)电路图 (b)U2 Uc Uo波形 (c)二极管电流ID波形 2.1.4 稳压电路 交流电压通过整流,滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压,但当电网波动或负载变化时,平均值也将随之变化。因此,稳压电路的功能是,使输出直流电压U4基本不受电网电压波动和负载变化影响,从而获得足够高的稳定性 1 稳压电路概述 引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输入电压的变化,参见图2-7。 负载电流的变化会在整流电源的内阻上产生电压降, 6 从而使输入电压发生变化。 图2-5稳压电源方框图 即 2 集成稳压器 集成稳压器是指将不稳定的直流电压变为稳定的直流电压的集成电路。由于集成稳压器具有稳压精度高、工作稳定可靠、外围电路简单、体积小、重量轻等显箸优点,在各种电源电路中得到了普遍的应用。 常用的集成稳压器有,金属圆形封装、金属菱形封装、塑料封装、带散热板塑封、扁平式封装、双列直插式封装等。在电子制用中应用较多的是三端固定输出稳压器。 78xx系列集成稳压器是常用的固定正输出电压的集成稳压器,输出电压有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等规格,最大输出电流为1.5A。它的内部含有限流保护、过热保护和过压保护电路,采用了噪声低、温度漂移小的基准电压源,工作稳定可靠。 78xx系列集成稳压器为三端器件,1脚为输入端,2脚为接地端,3脚为输出端,使用十分方便它的电路符号外形如图下所示。 要特别注意,不同型号,不同封装的集成稳压器,它们三个电极的位置是不同的,要查手册确定。 7 图2-6 78**系列电路符号 78 系列外形图 三端稳压器件;78xx/79xx 系列三端稳压器件是最常用的线性降压型 DC/DC 转换器,目前也有大量先进的 DC/DC 转换器层出不穷,例如低压差线性稳压器 LDO等, ,例如,NSC 的 LM2940、LM2651、LM5020,MAXIAM 的 MAX1747 等等,。 78xx/79 系列简单易用、价格低廉,直到今天还在大多电路中采用。 如7805,78xxx,7809,7812,7815,7824,,79××,。以及三端可调稳压,LM317,337,338......,78xx/79xx系列在降压电路中应注意以下事项, ,1,输入输出压差不能太大,太大则转换效率急速降低,而且容易击穿损坏, ,2,输出电流不能太大,1.5A 是其极限值。大电流的输出,散热片的尺寸要足够大,否则会导致高温保护或热击穿, ,3,输入输出压差也不能太小,大小效率很差 2.2电压比较器模块 2.1.1 电压比较器原理 8 比较器是由运算放大器发展而来的,比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。由于比较器电路应用较为广泛,所以开发出了专门的比较器集成电路。 图2-7 电压比较器原理图 图2-7(a)由运算放大器组成的差分放大器电路,输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端,VB通过输入电阻R1接在反相端,RF为反馈电阻,若不考虑输入失调电压,则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的关系式为, Vout=(1+RF/R1)?R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若R1=R2,R3=RF,则Vout=RF/R1(VA-VB),RF/R1为放大器的增益。当R1=R2=0(相当于R1、R2短路),R3=RF=?(相当于R3、RF开路)时,Vout=?。增益成为无穷大,其电路图就形成图2-7(b)的样子,差分放大器处于开环状态,它就是比较器电路。实际上,运放处于开环状态时,其增益并非无穷大,而Vout输出是饱和电压,它小于正负电源电压,也不可能是无穷大。从图2-7中可以看出,比较器电路就是一个运算放大器电路处于开环状态的差分放大器电路。 9 2.1.2 工作过程 本设计中电压比较器由时基电路组成,在它的控制端接有一个稳压二极管VS所以将电路的复位电平定在5.6V。发光二极管VL为充电指示器。下面我们来介绍一下时基电路的工作过程 图2-8 555时基电路内部等效电路图 10 图 2-9 555时基电路等效功能电路图 从NE555时基电路的内部等效电路图中可看到,VT-VT、VT、l45VT组成上比较器Al,VT的基极电位接在由三个5kΩ电阻组成的分77 压器的上端,电压为?V,VT-VT组成下比较器A2,VT的基极DD913l3接分压器的下端,参考电位为?V。在电路设计时,要求组成分压DD 器的三个5kΩ电阻的阻值严格相等,以便给出比较精确的两个参考电位?V和?V。VT-VT与一个4.7kΩ的正反馈电阻组合成一个双DDDDl4l7 稳态触发电路。VT-VT组成一个推挽式功率输出级,能输出约l821 200mA的电流。VT为复位放大级,VT是一个能承受50mA以上电86 流的放电晶体三极管。双稳态触发电路的工作状态由比较器A1、A2的输出决定。 555时基电路的工作过程如下,当2脚,即比较器A2的反相输入端加进电位低于?V的触发信号时,则VT、VT导通,给双稳DD9ll态触发器中的VT提供一偏流,使VT饱和导通,它的饱和压降Vcesl4l4 11 箝制VT的基极处于低电平,使VT截止,VT饱和,从而使VTl5l5l7l8截止,VT导通,VT完全饱和导通,VT截止。因此,输出端3l92021 脚输出高电平。此时,不管6端(阈值电压)为何种电平,由于双稳态触发器(VT-VT)中的4,7kΩ电阻的正反馈作用(VT的基极电流是l4l7l5通过该电阻提供的),3脚输出高电平状态一直保持到6脚出现高于?V的电平为止。当触发信号消失后,即比较器A2反相输入端2DD 脚的电位高于?V,则VT、VT截止,VT因无偏流而截止,此时DD9lll4 若6脚无触发输入,则VT的Vces饱和压降通过4.7kΩ电阻维持l7 VT截止,使VT饱和稳态不变,故输出端3脚仍维持高电平。同l3l7 时,VT的截止使VT也截止。当触发信号加到6脚时,且电位高于l86 ?VDD时,则VT、VT、VT皆导通。此时,若2脚无外加触发信l23 号使VT、VT截止,则VT的集电极电流供给VT偏流,使该级饱9l43l5 和导通,导致VT截止,进而VT导通,VT、VT。都截止,VTl7l8l9221饱和导通,故3脚输出低电平。当6脚的触发信号消失后,即该脚电位降至低于?V时,则VT、VT、VT皆截止,使VT得不到偏流。DDl23l5此时,若2脚仍无触发信号,则VT通过4.7kΩ电阻得到偏流,使l5 VT维持饱和导通,VT截止的稳态,使3脚输出端维持在低电平状l5l7 态。同时,VT的导通,使放电级VT饱和导通。通过上面两种状态l86 的分析,可以发现,只要2脚的电位低于?V,即有触发信号加入DD 时,必使输出端3脚为高电平,而当6脚的电位高于?V时,即有DD触发信号加进时,且同时2脚的电位高于?V时,才能使输出端3DD 脚有低电平输出。4脚为复位端。当在该脚加有触发信号,即其电位 12 低于导通的饱和压降0.3V时,VT导通,其发射极电位低于lV,因8 有D3接入,VT为截止状态,VT、VT饱和导通,输出端3脚为l7l821 低电平。此时,不管2脚、6脚为何电位,均不能改变这种状态。因VT的发射极通过D3及VT的发射极到地,故VT的发射极电位任8l78 何情况下不会比1.4V电压高。因此,当复位端4脚电位高于1.4V时,VT处于反偏状态而不起作用,也就是说,此时输出端3脚的电8 平只取决于2脚、6脚的电位。 根据上面的分析,NE555时基电路的内部等效电路可简化为如图所示的等效功能电路。显然,555电路(或者专556电路)内含两个比较器A1和A2、一个触发器、一个驱动器和一个放电晶体管。两个比较器分别被电阻R1、R2和R3构成的分压器设定的?V和? DD2.3指示电路模块 LED被广泛用于种电子仪器和电子设备中,可作为电源指示灯、电平指示或微光源之用。红外发光管常被用于电视机、录像机等的遥控器中 ,本设计中采用了以发光二极管为主的自动充电器的充电显示电路。 2.3.1 发光二极管的发光原理 13 图2-10 发光二极管的构造图 发光二极管的核心部分是由p 型半导体和n型半导体组成的晶片,在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层,称为p-n 结。在某些半导体材料的PN 结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管,通称LED。 当它处于正向工作状态时,即两端加上正向电压,,电流从LED阳极流向阴极时,半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流有关。 2.3.2 数字电路控制LED灯指示电路工作过程 在自动充电器的电路运行中,当电池处于充电状态时NE555的7脚被悬空, 发光二极管P-N节导通VL发光指示电路在充电。随着充电不断进行,充电电池G两端电压逐渐升高,当升至5.6V时, 14 NE555复位,它的3脚输出低电平,充电自动终止,同时NE555内部放电管导通,7脚输出低电平,发光二极管P-N节自动截止,VL熄灭表示充电结束。 注,由于发光二极管的颜色、尺寸、形状、发光强度及透明情况等不同,所以使用发光二极管时应根据实际需要进行恰当选择。由于发光二极管具有最大正向电流IFm、最大反向电压VRm的限制,使用时,应保证不超过此值。为安全起见,实际电流IF应在0.6IFm以下,应让可能出现的反向电压VR<0。6VRm。 3 集成块基本功能 3.1 NE555 NE555是一种应用特别广泛作用很大的集成电路,属于小规模集成电路,在很多电子产品中都有应用。NE555的作用是用内部的定时器来构成时基电路,给其他的电路提供时序脉冲。NE555时基电路有两种封装形式有,一是DIP双列直插8脚封装,另一种是SOP-8小型,SMD,封装形式。 NE555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器,NE555属于COMS工艺制造. 利用NE555可以组成相当多的电路,例如家用电器控制装置,报警器,门铃,信号发生器,自动控制装置及其他应用电路,这是因为NE555巧妙的将数字电子和模拟电子结合起来的缘故,下面我们将对其进行介绍。 15 3.1.1 NE555的外形图 图3-1 NE555的两种封装形式 3.1.2 引脚介绍 图3-2 NE555引脚图 表3-1 NE555引脚功能介绍, 1 2 3 4 5 6 7 8 地 触发 输出 复位 控制电门限(阈放电 电源电GND 压 值) 压Vcc 3.1.3 下面是NE555的一个简单应用 16 图 3-3 相片曝光定时器电路 3.2 三端集成稳压器 LM7809 3.2.1 概述 将线性串联稳压电源和各种保护电路集成在一起就得到了集成稳压器。早期的集成稳压器外引线较多,现在的集成稳压器只有三个外引线,输入端、输出端和公共端。 3.2.2 LM7809 美国国家半导体公司生产的三端固定稳压集成电路,用于将输入的电压稳压为9V后提供给有关电路,其应用相当广泛,在音视频设备、计算机及其显示器等各种电器上均有应用。 表3-2 LM7809集成电路的引脚功能及数据, 三端稳压器管脚判断, 在78** ,79**系列中最常用的是TO220和TO202两种封装,这两种封装的引脚功能及引脚序号如下图, 17 图3-4 三端稳压器,78,79系列,管脚判断方法 图中的引脚号的标注方法是按照引脚电位从高到低的顺序标注的,引脚?为最高电位,?脚为最低电位,?脚居中。从图中可以看出,不论78系列、还是79系列,?脚均为输出端。对于78正压系列,输入是最高电位,为?脚,地端为最低电位,为?脚。对于79负压系列,输入为最低电位,自然是?脚,而地端为最高电位,为?脚,输出为中间电位,为?脚。 此外,还应注意,散热片总是和最低电位的第?脚相连,这样在78系列中,散热片和地相连接,而在79系列中,散热片和输入端相连接。用万用表判断三端稳压器的方法与三极管的判断方法相同,三端稳压器类似于大功率三极管。 3.2.3 线性三端集成稳压器的分类 三端集成稳压器有如下几种, 18 三端固定正输出集成稳压器,国标型号为 CW78--/CW78M--/CW78L-- 三端固定负输出集成稳压器,国标型号为 CW79--/CW79M--/CW79L-- 三端可调正输出集成稳压器,国标型号为 CW117--/CW117M--/CW117L-- CW217--/CW217M--/CW217L-- CW317--/CW317M--/CW317L-- 3.2.4 应用电路 1 三端固定输出集成稳压器的典型应用电路如图,a,所示, 三端可调输出集成稳压器的典型应用电路如图(b)所示。 图3-5 (a) 三端固定输出稳压器应用电路 (b) 三端可调输出稳压器应用电路 2 利用三端集成稳压器组成恒流源如图所示。 19 图3-6 稳压器作恒流源 4 元器件分析 4.1 电阻器与电位器 4.1.1 图形符号, 图4-1 电阻器电位器图形符号 电阻器的文字符号是“ R ”,电位器是“ RP ”,即在 R 的后面再加一个说明它有调节功能的字符“ P ”。 符号详见图4-1 所示,其中, a ,表示一般的阻值固定的电阻器,, b ,表示半可调或微调电阻器,, c ,表示电位器,, d ,表示带开关的电位器。在某些电路中,对电阻器的功率有一定要求,可 20 分别用图 1 中, e ,、, f ,、, g ,、, h ,所示符号来表示。 还有几种特殊电阻器的符号,第 1 种是热敏电阻符号,热敏电阻器的电阻值是随外界温度而变化的。它的符号见图, i ,,第 2 种是光敏电阻器符号,见图 , j ,,第 3 种是压敏电阻器的符号。符号见图, k ,,第 4 种特殊电阻器符号是表示新近出现的保险电阻,它的图形符号见图 4-1, 1 ,. 4.1.2 基本单位, 电阻的文字符号是R。电阻大小的基本单位是欧姆,符号Ω,,还有较大的单位千欧,KΩ,,和兆欧,MΩ,。它们的换算关系是, 1MΩ,103KΩ 1KΩ,103Ω 4.1.3 型号命名 表 4-1电阻器电位器的型号命名, 第一部分,主称 第二部分,材料 第三部分,特征 第四部 分,序号 符号 意义 符号 意义 符号 电阻器 电位器 R 电阻器 T 碳膜 1 普通 普通 对主称、W 电位器 H 合成膜 2 普通 普通 材料相 同,仅性有机实 S 3 超高频 — 能指标芯 尺寸大无机实 N 4 高阻 — 小有区芯 别,但基J 金属膜 5 高温 — 21 Y 氧化膜 6 精密 精密 本不影 响互换特殊函C 沉积膜 7 高压 使用的数 产品,给玻璃釉 I 8 特殊 特殊 同一序膜 号,若性P 硼酸膜 9 高功率 — 能指标、U 硅酸膜 G 可调 — 尺寸大X 线绕 T — 微调 小明显M 压敏 W — 多圈 影响互温度补 G 光敏 D — 换时,则偿用 在序号R 热敏 温度测 B — 后面用量用 大写字C 旁热式 — 母作为P 稳压式 — 区别代正温度 W — 号。 系数 Z — — 4.1.4 电阻器的主要参数有两个, 1 标称阻值和允许误差 在电阻上标注的电阻数值叫作标称阻 22 值。它的实际阻值允许有固定的误差,叫允许误差,分为?级,?5,,,?级,?10,,,?级,?20,,。 2 额定功率 指电阻器正常工作时允许的最大功率。超过这个值,电阻器将过分发热而烧毁。 4.1.5 电位器的主要参数 1 标称阻值 是电位器上面标注的阻值. 2 额定功率 是指它在直流或交流电路中,当大气压为87-107KPa,在规定的额定温度下,长期连续负荷所允许消耗的最大功率 3 分辨率也称分辨力 是指电位器在电路工作中转动时输出的电压变动量与输出电压的比值为分辨率。 4 滑动噪声 是指当电位器在外加电压的作用下,其接触点在电阻上滑动时,产生的电噪声称为电位器的动噪声。 4.1.6 阻值和误差的标注方法 1 直标法,将电阻器的标称值用数字和文字符号直接标在电阻体上,其允许偏差则用百分数表示,末标偏差值的即为?20%的允许偏差。 2文字符号法,文字符号法是将电阻器的标称值和允许偏差值用数字和文字符号法按一定的规律组合标志在电阻体上。 允许偏差见表4-2所示 允许偏差文字符号 允许偏差,%, 文字符号 23 ,%, ?0.001 Y ?0.5 D ?0.002 X ?1 F ?0.005 E ?2 G ?0.01 L ?5 J ?0.02 P ?10 K ?0.05 W ?20 M ?0.1 B ?30 N ?0.25 C --- --- 3 数码标注法,在产品和电路图上用三位数字来表示元件的标称值的方法称之为数码标志法。常见于贴片电阻或进口器件上。 4色环标注法,色环标注法简称色标法,普通的电阻器一般用四色环表示,精密电阻用五色环表示。紧靠电阻体一端头的色环为第一环,露着电阻体本色较多的另一端头为末环。 4.2 电容原件, 电容器是组成电路的基本电子原件之一,在各种电子产品和电力设备中被广泛应用。 4.2.1 图形符号 24 ( a ) ( b ) ( c ) ( d ) ( e ) 图4-2 电容原件图形符号 如图所示,其中, a ,表示容量固定的电容器,, b ,表示有极性电容器,例如各种电解电容器,, c ,表示容量可调的可变电容器。, d ,表示微调电容器,, e ,表示一个双连可变电容器。 4.2.2 基本单位 电容量的基本单位是法拉,用F表示,,还有较小的单位微法,μF,和皮法,PF,,这三个单位的换算关系是, 1F,1xxxμF 1μF,1xxxPF 4.2.3 型号命名 国产电容器的型号命名一般由4部分构成,不适合于压敏,可变,真空电容,依次分别代表名称,材料,分类和序号。 第一部分,名称,用字母表示,电容器用C 第二部分,材料,用字母表示 第三部分,分类,一般用数字表示,个别用字母表示。 第四部分,序号,用数字表示。 用字母表示的材料,B-聚苯乙烯等非极性薄膜C-高频陶瓷D-铝电解E-其他材料电解G-合金电解H-复合介质I-玻璃釉J-金属化纸L-涤纶等极性有机薄膜O-玻璃膜Q-漆膜T-低频陶瓷V-云母纸Y-云 25 母Z-纸介。 4.2.4 电容器的主要参数有两个, 1 标称电容量和允许误差,标称电容量指电容器上标注的电容量。允许误差分三级,同于电阻器误差的表示方法。微调电容器和可变电容器标出了它的电容量的最小值和最大值, 2 耐压,指电容器正常工作时,允许加在电容器上的最高电压值。不能超过,否则将损坏电容器。 4.2.5 电容器主要技术参数的标注方法 1 直标法 指在电容器的表面直接用数字和单位符号或字母标注出标称容量和耐压等。 2 数字加字母标注法 指用数字和字母有规律的组合来表示容量,字母既表示小数点,又表示后缀单位。 3 数码标注法 数码标注法多用于非电解电容器的标注,它采用三位数标注和四位数标注, 1) 三位数标注法 采用三位数标注的电容器,前两位数字表示标称值的有效数字,第三位表示有效数字后缀零的个数,它们的单位是pF。这种标注法中有一个特殊的,就是当第三位数字是,时,它表示有效数字乘以,:-1。 2) 四位数标注法 采用四位数标注的电容器不标注单位。这种标注方法是用1~4位数字表示电容量,其容量单位是pF,若用0.0X或0.X时,其单位为µF。 26 4 电容器容量允许误差的标注方法 电容器容量允许误差的标注方法主要有三种, 1,用字母表误差。 2,直接标出误差的值。 3,直接用数字表示百分比的误差。 4.3变压器 4.3.1 图形符号 图4-3 变压器图形符号 变压器的图形符号见图 4-3。其中, a ,是空芯变压器,, b ,是滋芯或铁芯变压器,, c ,是绕组间有屏蔽层的铁芯变压器,, d ,是次级有中心抽头的变压器,, e ,是耦合可变的变压器,, f ,是自耦变压器,, g ,是带可调磁芯的变压器,, h ,中的小圆点是变压器极性的标记。 4.3.2 分类 按冷却方式分类,干式变压器、油浸变压器、氟化物变压器。 27 按防潮方式分类,开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。 按铁芯或线圈结构分类,芯式变压器、环型变压器、金属箔变压器。 按电源相数分类,单相变压器、三相变压器、多相变压器。 按用途分类,电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器。 4.3.3 电源变压器的特性参数 1 工作频率 变压器铁芯损耗与频率关系很大,故应根据使用频率来设计和使用,这种频率称工作频率。 2 额定功率 在规定的频率和电压下,变压器能长期工作,而不超过规定温升的输出功率。 3 额定电压 指在变压器的线圈上所允许施加的电压,工作时不得大于规定值。 4 电压比 指变压器初级电压和次级电压的比值,有空载电压比和负载电压比的区别。 5 空载电流 变压器次级开路时,初级仍有一定的电流,这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流,产生磁通,和铁损电流,由铁芯损耗引起,组成。 6 空载损耗 指变压器次级开路时,在初级测得功率损耗。主要损耗是铁芯损耗,其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗,铜 28 损,,这部分损耗很小。 7 效率 指次级功率P2与初级功率P1比值的百分比。通常变压器的额定功率愈大,效率就愈高。 8 绝缘电阻 表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。 4.4二极管元器件 4.4.1 图形符号 图4-4 二极管图形符号 半导体二极管在电路图中的图形符号见图 4-4 其中, a ,为一段二极管的符号,图, b ,是稳压二极管符号,图, c ,是变容二极管符号,图, d ,是热敏二极管符号,图, e ,是发光二极管符号,图, f ,是磁敏二极管符号。 4.4.2 型号命名 国际电子联合会半导体器件的型号命名分四部分组成, 第一部分用字母表示半导体器件的材料。 29 第二部分用字母表示半导体器件的类别。 第三部分用数字或字母与数字混合表示序号 第四部分用字母表示器件的规格号 5自动充电器电路模块连接、系统调试和完善 5.1用Protel DXP 软件设计PCB板 5.1.1 PCB设计过程, 1绘制电路原理图 2 规划电路板 3 设置参数 4 元器件封装 5 元器件布局 6 自动布线 7 手工调整 8 保存输出 经过以上步骤制作出如下图所示PCB板,注,图中线路引出部 分外接220V交流电压, 30 图4-5 PCB板图 5.2 制作电路板 5.2.1 元器件的引脚识别及元器件使用中应注意的问题 1 元器件引脚识别 安装之前一定要对元器件进行测试,参数性能指标应满足设计要求,要准确识别元器件的引脚,以免造成人为故障甚至损坏元器件。 ,1,集成电路 双列直插式集成电路一般是顶视图,集成电路上有小孔标记,它是用来表示管教1的位置的,本设计中所用的集成电路引脚见论文第三部分。 ,2,二极管,稳压管,电容器等原件的识别方法见论文第四部分 31 2 原件使用中应注意的问题, ,1,电容器 电容器在使用前要先检查是否引线开路或内部短路,可用万用表的电阻挡测,检查电解电容时,因为容量大,可将万用表置于R*1K挡当表笔在电容两端测量时,点半指针很快摆到小电阻位置后逐渐摆到大电阻位置,并达到无穷时,表明有容量且漏电。若退布到无穷位置说明漏电。表笔根本不动说明电容开路。 ,2,电阻及电位器 电阻的功率,阻值,精度满足设计要求,而且要逐一经过测试,测量电阻时不要把人体电阻并人测量 电位器是以个可变电阻,它是由电阻材料制成的电阻轨道和电刷组成,要保证两者的良好接触才能使电位器正常的发挥作用。 5.2.2 依照电路图进行安装,焊接 1 安装 依照PCB版图进行各元器件的安装,连接,.装配时注意不要扭动固定爪拆卸。 2 焊接 依照焊接的三个步骤首先净化金属表面,然后将被焊金属的表面加热到焊锡融化的温度,加焊料使其形成合金层。焊接时注意,温度小于280?焊接时间要少于3秒,避免电路板的损坏,使用恒温焊锡,重复焊接少于3次,间隔大于5分钟。尽量使焊接达到一下几点, ,1,金属表面焊锡充足,焊盘大小适中。 32 ,2,焊点表面光亮,光滑。 ,3,焊锡均薄,隐约可见导线的轮廓。 ,4,焊点干净,无裂纹或针孔。 5.3 电路调试 5.3.1 调试前检查 1 不通电检查 ,1,检查连线 电路安装完毕之后布急于通电,先认真检查接先是否正确,包括错线,少线和多线。把电路图上的连线按一定顺序在安装好的线路中注意对应检查 ,2,直观检查电源,地线,信号线,元件引脚之间有无短路。二极管,电容引脚有无错接,集成电路是否插对等。 2 通电检查 把经过准确测量的电源电压加入电路,信号源暂不接入,电源接通后观察有无异样,如冒烟,异常气味等。然后测量各元件引脚的电源电压。 5.3.2 系统调试 组装完毕经检查无误后,即可进行调试。首先用万用表检查电源是否正常。在G位置两端加一可调电压,如6V。 用万用表监视3脚电位,调节G两端的可调电压由大到小,当其值大于5.6V时,测量3脚是否输出低电平,调节G两端电压之间 33 减小,当该值小于5.6V后,按照原理电池开始充电测3脚是否输出高电平,2脚是否输出低电平,且7脚此时输出高电平,LED等亮显示充电进行中。 在调试过程中出现了几次故障,第一次测试时,在连接好电源和引脚后,观察到按下开关键,LED不亮,于是断开电源,对电路板进行更严密的检查,发现有个地方接地漏接了,接上后,发光二极管还是不亮。进行第二次测试, 用万用表从电源部分开始测起,当测到电容时,发现电容两端的电压不正确,再测集成块的管脚电压,发现根本没有电压。这时候再次检查整个电路,对照电路图看是否有连接错误的地方。发现原有的一根导线接错了位置,把导线弄好后,发现发光二极管还是不亮。电路的连接并没有问题,我们又检查了各元件的腿脚的焊接状况,看是否有焊接不良的情况,当我们检查到插在插座上的集成块的各腿脚时,发现它的安装有松动的情况,当把元器件重新插紧固定后,此时,灯泡亮了 注,将镍镉电池在充电之前进行放电,放掉镍镉电池的剩余电量或消除镍镉电池的“记忆效应”。然后再对镍镉电池进行充电,来确保电池好的性能和容量,减少电池充电次数,可以有效的延长电池的使用寿命。 5.3.3 元件选择 A1选择LM7809型三端稳压集成块,应为其加装铝质散热片。VD1,VD5选用IN4001型硅整流二极管。VS选用5.6V、1/2W稳 34 压二极管,如UZ-5.6B、IN5232型等。VL选用普通红色发光二极管。RP选用2W线绕电位器,R1,R4均选用1/8W碳膜电阻器。C1选用CD11-25V型铝电解电容,C2、C3为CD11-16V型铝电解电容。S选用普通1×1电源小开关。T选用220V/12V、5VA小型优质电源变压器 6 结束语 6.1论文总结 毕业设计是我们大学学习过程中一个十分重要的环节。在我们即将毕业的时候,毕业设计成为我们离开校园的最后一课。这对我们来说意义非常重大。是锻炼我们运用所学知识正确分析和解决实际问题的一个重要方面,也是培养应用型专门人才的要求。 经一个月的选题研究,从选题和资料、分析和、实际产品设计、调试维护阶段、毕业设计说明书写等等中,我对电子产品的制作产生了浓厚的兴趣,对于所选的课题,我们经过反复的研究。综合我们所学的知识以及成品制作的可靠性。我们选择了全自动充电器的实验来完成我们的毕业设计。通过这次毕业设计我学到了很多电路知识,电脑知识,以及相关软件的知识,如ProtelDXP、Microsoft Office 等等,特别是通过本次毕业设计巩固我所学过的专业知识。 我会在日后的工作中深入学习,加深研究,争取把本系统应用到实际工作中,使之产生商业价值。在以后的研发中加入新技术,使之更趋完善,本次毕业设计是我的电子研发之路的良好开端。我会以此为契机,在以后从事的与电子有关工作中取得更好的成绩。 35 6.2工作展望 经过一个月的毕业设计,我深刻明白了理论知识与社会实践相结合的道理。以前总以为看看课本就能学会,可一旦到了实践部分,就无从下手,无法把所学的知识应用到实际操作中去。通过本次设计,我学到了许多东西,更加明白了如今信息时代电子技能知识的重要性。 毕业设计增强了我对实际工艺技术、电子技术和设备技术等方面的认识,掌握了分析处理问题的方法,并具有了一定程度的实际工作能力。面对如此激烈的市场竞争体系,只有努力掌握好技能知识才能立于不败之地,通过这次锻炼使我对电子产品的开发和研究产生了浓厚的兴趣。希望以后能通过自己的不断努力获的更多知识和技术经验。 36 参考文献、资料索引 文献、资料名称 编著者 出版单位 《电子技术基础》 王利刚 中国传媒大学出版社 《电子技术》 杨力 左能 中国水利电力出版社 《电工电子技术实习与课程过军 华容茂 电子工业出版社 设计》 杨志忠 北京高等教育版社 《数字电子技术》 石生 北京高等教育出版社 《电路分析》,第二版, 衣承斌、刘金南 北京高等教育出版社 《模拟集成电子技术基础》, 谢沅清、解月珍, 北京人民邮电出版社 《电子技术实验与课程设计》 毕满清主编 机械工业出版社 《模拟电子技术》 胡晏如主编 高等教育出版社 《电类专业课程设计指导 》 张华主编 机械工业出版社 致 谢 首先衷心地感谢我的指导教师。本文从选题到完成,从理论上的探讨到实际问题的解决,无处不饱含着老师的心血。老师的悉心指导和建议给了我极大的帮助和支持,使我受益匪浅,在此论文完成之际,谨向老师致以深深的谢意和崇高的敬意。 37 38 39 40 内部资料 仅供参考 41