电子技术课程设计----简易安全电池充电器.docx
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姓名：
宋##班级：
机设四班指导老师：
万军
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电子技术课程设计
课题：
简易安全电池充电器
班级：
机设四班
学号：
2010103104**
姓名：
宋##
指导老师：
万军
时间：
2012年6月4日
设计课题：
简易安全电池充电器
设计任务与要求
一、设计任务：
设计用于电池充电的恒流充电器
二、设计要求：
1.调研，查找并收集资料；
2.总体方案设计；
3.电路设计和电机参数计算；
4.绘制电气原理图；
5.撰写设计说明书（字数约2000左右）；
6.参考资料目录。
设计步骤
1、查阅相关资料，开始撰写设计说明书；
2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；
3、依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；
4、列出标准的元件清单；
5、总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；
6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。
参考文献
1王利刚.电子技术基础.中国传媒大学出版社，2006
2．姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月
3．王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月
4杨志忠.电子设计.北京高等教育出版社,2009
5．康华光，电子技术基础，高教出版社，2003
6.陈有晴，通用集成电路应用与实例分析，中国电力出版社，2007年4月
7.孟贵华，电子元器件选用入门，机械工业出版社，2005年1月
8.李钟灵，电子元器件的检测与选用，科学出版社，2009年1月
目录
摘要………………………………………………………………3
第1章设计方案………………………………………………4
1.1总体框图…………………………………………………4
1.2工作原理…………………………………………………4
1.3工作原理图………………………………………………5
第2章主要单元电路设计…………………………………6
2.1电源电路……………………………………………6
2.2整流电路……………………………………………6
2.3恒流可调电路……………………………………………7
2.4检测电压电路………………………………………8
2.5充电显示示电路……………………………………………10
第3章集成块基本功能……………………………………13
3.1有关NE555的原理及说明……………………………13
3.2三端集成稳压器LM7809………………………………14
第4章基本元件简介………………………………………17
4.1电阻器的选择………………………………………………17
4.2电容的参数……………………………………………17
4.31N4001的技术参数……………………………………………18
元件清单……………………………………………………19
整体电路图……………………………………………………20
设计心得体会……………………………………………………21
参考文献………………………………………………………22
摘要
随着电子产品的使用越来越普遍，同时也伴着人们对环境意识的不断增强，人们对电池充电器的需求也孕育而生。
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。
充电时，电能转换为化学能贮存在电池中，同时伴随找放热过程。
电池工作时，化学能转变为电能，实现向负荷供电，伴随吸热过程。
对于充电电池的方式一直是人们关心的焦点，正确、良好的充电方法可以确保电池的寿命。
另一方面，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，下面我们来介绍一种可以满足以上要求的全自动充电器。
第1章工作方案设计
1.1总体框图
简易5号电池恒流充电器的总体框图如图1.是由整流电路，恒流可调电路，检测电压电路，充电显示电路四部分构成完整的充电电路。
电源电路
充电显示电路
检测电压电路
恒流可调电路
整流电路
图1.1简易电池自动可调恒流充电电路的总体框图
变压器整流电路的功能是将电网中的220V交流电转换为合适的电流和电压信号，从而为后续电路提供信号。
恒流可调电路的功能是利用LM7812型三端稳压集成电路产生恒定的充电电流。
检测电压电路的功能是比较器，比较电池两端的电压，控制继电器工作，从而实现当电池充满电时能够自动切断电源。
充电显示电路的功能是利用555构成的多谢振荡器与发光二极管将电路充电状态和结束充电的状态显示出来。
稳压电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电压。
1.2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稳压及电容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。
1.3工作原理图
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1.3
电路原理图
第2章主要单元电路设计
2.1电源电路
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
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，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。
2.2整流电路
图2.2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，将正负交替的正弦交流电压U1整流成单方的脉动电压U2。
变压器整流电路，其主要由变压器、二极管桥式电路、电容构成。
其中变压器采用常规的铁心变压器，并将电网中的220V交流电变为20V交流电，再通过二极管桥式电路进行整流和电容Cp3和C3滤波。
为了得到平滑的负载电压，一般取τd=RL≥（3~5）T/2,T为电源交流电压的周期，在整流电路内阻不太大和放电时间常数满足上式关系时，V输出=（1.1~1.2）V2。
电路仿真：
2.3恒流可调电路
图
图图2.3恒流可调电路
恒流源由三端稳压集成块7812构成，它的地端末端0v，工作在悬浮状态。
充电时DC1两端接入1~2节电池，此时输入1脚电压为+24V，输出端2脚和3脚的电势差恒为12V，充电电流可由公式I充=12/R决定，所以，只有调节电阻器R的阻值就可以满足不同型号电池的充电要求，通过J2两端串联一个万用表来测试电流。
2.4检测电压电路
图2.4检测电压电路
LM7805是固定式三端稳压集成电路，其标称输出电压为+5V，电阻R1与电位器R3组成分压器，分压点接在三端稳压集成块7805的地端GND2脚上，调节电位器R3改变集成块地端电位，故能改变电路的输出电压大小。
当电位器滑到最上端时，相当于2脚地端接地，输出电压等于集成块的标称输出电压5V。
滑动点下移，输出电压增大，最大可使输出达到10V，输出电压与电阻的分压的关系可表示为：
输出=V（1+R3/R1）
式中：
V为7805的标称输出电压，即5V，当R3最大时，输出=5*（1+1000/1000）=10V。
LM7805输出端3脚经二极管D1~D3的正向管压降处理后即可得到3V~8V作业的稳压电压，经过电容Cp2滤波对外送出，作为基准电压。
通过调节基准电压可以对多节电池进行充电，当电池两端的电压低于基准电压时，TL082输出低电平，当电池充满达到3V时，输出高电平，从而控制继电器的开关。
电路仿真：
假设电池电压为2.5V时，TL082输出1.53V，不足以使继电器工作。
假设电池充电电压达到3.1V时，TL082输出12.8V，继电器工作，吸合开关，使电源断开，充电结束。
2.5充电显示电路
图2.5充电显示电路
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。
显示部分由555时基电路产生频率为0.4Hz，占空比为1/5的方波信号，驱动发光二极管发光。
本电路采用的是NE555集成块构成的多振荡器。
其电路运行包含两个过程：
一是利用直流电源经电阻R7和R9对电容Cp4充电，二是经电阻R9放电过程。
通过这两个过程的交替运行，就可以在NE555集成电路的输出电路端Q产生脉冲信号。
其输出脉冲信号的频率f和占空间比q为：
f=1/0.7（R7+2R9）C1=1/0.7（47KΩ+2*100KΩ）10uF≈0.4Hz
q=R7/（R7+2R9）=47KΩ/（47KΩ+2*100KΩ）≈1/5
这样输出电路端产生脉冲信号来控制发光二极管的闪烁，由于发光二极管的导通电压为1.7~2.0V,所以在输出端加保护电阻，一般发光二级管导通后电流一般为10mA。
在充电时，继电器不工作，K1的1,2常闭开关接通，555芯片开始工作，在电池电压逐渐增大时，由于555的地端接电池的正极，导致电位的升高，发光二级管逐渐闪烁变暗。
当充满时，TL082输出高电压，继电器开始工作，常闭点断开，常开点闭合，555控制闪烁的二极管熄灭，K1的1,3闭合，D4发光，指示电池充满。
电路仿真：
图a充电中等效仿真
图b电池充满等效仿真
第3章集成块基本功能
3.1有关NE555的原理及说明
NE555是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路，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。
3.1.1NE555的外形图
图3.1.1NE555的两种封装形式
3.1.2引脚介绍
图3.1.2NE555引脚图
表3.1.2NE555引脚功能介绍：
1
2
3
4
5
6
7
8
地GND
触发
输出
复位
控制电压
门限（阈值）
放电
电源电压Vcc
3.1.3下面是NE555的一个简单应用
图3.1.3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。
3.2.2LM7809
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3.2.2LM7809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：
图3.2
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①为最高电位，③脚为最低电位，②脚居中。
从图中可以看出，不论78系列、还是79系列，②脚均为输出端。
对于78正压系列，输入是最高电位，为①脚，地端为最低电位，为③脚。
对于79负压系列，输入为最低电位，自然是③脚，而地端为最高电位，为①脚，输出为中间电位，为②脚。
此外，还应注意，散热片总是和最低电位的第③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：
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3.2.4.1
（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。
图3.2.4.2
稳压器作恒流源
第4章基本元件简介
4.1电阻器的选择
（一）金属膜电阻（型号：
RJ）。
在陶瓷骨架表面，经真空高温或烧渗工艺蒸发沉积一层金属膜或合金膜。
其特点是：
精度高、稳定性好、噪声低、体积小、高频特性好。
且允许工作环境温度范围大（-55～+125℃）、温度系数低（（50～100）×10-6/℃）。
常用额定功率有1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W等，标称阻值在10W～10MW之间。
（二）金属氧化膜电阻（型号：
RY）。
在玻璃、瓷器等材料上，通过高温以化学反应形式生成以二氧化锡为主体的金属氧化层。
该电阻器由于氧化膜膜层比较厚，因而具有极好的脉冲、高频和过负荷性能，且耐磨、耐腐蚀、化学性能稳定。
但阻值范围窄，温度系数比金属膜电阻差。
（三）碳膜电阻（型号：
RT）。
在陶瓷骨架表面上，将碳氢化合物在真空中通过高温蒸发分解沉积成碳结晶导电膜。
碳膜电阻价格低廉，阻值范围宽（10W～10MW），温度系数为负值。
常用额定功率为1/8W～10W，精度等级为±5％、±10％、±20％，在一般电子产品中大量使用。
4.2电容的参数
一铝电解电容电解电容
电解电容是一种由两块平行金属板以及两金属板之间放置电解液所构成的电容。
电容器依照所使用的电极材料.电解液之种类而付予电容器的名称。
介质有电解液涂层有极性，分正负不可接错。
[全文]
选型要点：
容量，耐压，温度范围，元件封装形式与尺寸、纹波电流、纹波电压、漏电流、ESR、散逸因数、阻抗/频率特性、电容寿命、
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