遼 寧 工 學 院電子技術基礎課程設計（論文）題目：直流電源、恒流充電兩用電路院（系）：信息科學與工程學院專業班級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 教師職稱： 起止時間：2006.6.122006.6.23課程設計（論文）任務及評語院（系）：信息科學與工程學院 教研室：電子信息工程學 號 學生姓名 專業班級 課程設計（論文）題目直流電源、恒流充電兩用電路課程設計（論文）任務設計參數：1 設計并制作一臺直流電源、恒流充電兩用電路。2 輸出直流電壓連續可調。3 對鎳鎘電池充電。4 具有功能顯示設計。設計要求：1 .分析設計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應用環境等，廣開思路，構思出各種總體方案，繪制結構框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結構的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設計各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統或單元電路，逐個設計。4.組成系統。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規律擺放各電路，并標出必要的說明。指導教師評語及成績成績： 指導教師簽字： 年 月 日遼 寧 工 學 院 課 程 設 計 說 明 書（論 文）目 錄第1章 直流電源、恒流充電兩用電路設計方案論證11.1直流電源、恒流充電兩用電路的應用意義11.2直流電源、恒流充電兩用電路設計的要求及技術指標11.3 設計方案論證11.4 總體設計方案框圖及分析2第2章 直流電源各單元電路設計22.1 直流穩壓電源結構圖32.2 單相橋式整流電路32.3 濾波電路設計42.4 穩壓電路設計5第3章 恒流充電各單元電路設計63.1 充電電路結構圖63.2充電電路原理6第4章 直流電源、恒流充電兩用電路整體電路設計4.1 整體電路圖及工作原理74.2 電路參數計算8第5章 設計總結9參考文獻9第1章 直流電源、恒流充電兩用電路設計方案論證1.1直流電源、恒流充電兩用電路的應用意義 在電子電路中，通常都需要電壓穩定的直流電源供電。直流穩壓電源是為各種電子電路或電子設備提供直流供電電壓的電子設備。 在電網電壓或負載變化時，它能使輸出電壓基本保持不變?？山瓶闯梢粋€理想電壓源，即內阻接近于零。 鎳鎘電池是一種可以反復使用、反復充電的直流電源，它的充放電次數一般在500次左右，性價比較高。鎳鎘電池在電能基本釋放之前，要進行充電，充電的工具就是充電器。簡易充電器采用半波整流方式，具有線路簡單、實用可靠等優點。1.2直流電源、恒流充電兩用電路設計的要求及技術指標要求輸出直流電壓連續可調，可對鎳鎘電池充電，并具有功能顯示設計。要求廣開思路、構思出各種總體方案，繪制結構框圖。要求設計的直流電源、恒流充電兩用電路簡單實用。穩壓電源的技術指標分為兩種：一種是特性指標，包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調節范圍等；另一種是質量指標，用來衡量輸出直流電壓的穩定程度，包括穩壓系數、輸出電阻、溫度系數及紋波電壓等。這些質量的含義，可簡述如下：由于輸出直流電壓Vo隨輸入直流電壓VI（即整流濾波電路的輸出電壓，其數值可近似認為與交流電源電壓成正比）、輸出電流IO和環境溫度T（攝氏度）的變動而變動，即輸出電壓VO=f(VI,IO,T)，因而輸出電壓變化量的一般式可表示為： 或： 1.3 設計方案論證 直流電源、恒流充電兩用電路由直流電源與恒流充電器連接而成，電源變壓器是將交流電網220V的電壓變為所需要的電壓值，然后通過整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網電壓波動、負載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需要接穩壓電路。穩壓電路的作用是當電網電壓波動、負載和溫度變化時。維持輸出直流電壓穩定。提供連續可調直流電源。后接充電器，可對鎳鎘電池充電，充電電流流過電阻及晶體管到電池，其中有電流顯示功能進行充電。符合設計要求。 1.4 總體設計方案框圖及分析 （直流電源）電源變壓器穩壓電路濾波電路充 電電 路整流電路第2章 直流電源各單元電路設計2.1 直流穩壓電源結構圖電源變壓器 整流電路 濾波電路 穩壓電路2.2單相橋式整流電路 整流電路的任務是將交流電變換成直流電。完成這一任務主要是靠二極管的單向導電作用，因此二極管是構成整流電路的關鍵元件。在小功率整流電路中，常見的幾種整流電路有單相半波、全波、橋式和倍壓整流電路。（1）工作原理電路如圖，圖中為電源變壓器，它的作用是將交流電網電壓變成整流電路要求的交流電壓，是要求直流供電的負載電阻，四只整流二極管接成電橋式整流電路之稱。在電源電壓的正、負半周（設a端為正，b端為負時是正半周）內電流通路分別用圖中表示負載上的直流電壓和直流電流的計算：=式中恒定分量即為負載電壓的平均值，因此有： =0.9 2.2.1直流電流為 : 2.2.2由式2.2.1看出,最低次諧波分量的幅值為,角頻率為電源頻率的兩倍,即。其他交流分量的角頻率為、等偶次諧波分量。這些諧波分量總稱為紋波，它疊加于直流分量之上。常用紋波系數來表示直流輸出電壓中相對紋波電壓的大小，即： = 2.2.3（2）整流元件參數的計算 在橋式整流電路中，二極管、和、是兩兩輪流導通的，所以流經每個二極管的平均電流為： 2.2.4二級管在截止時管子兩端承受的最大反向電壓可以從圖2.2.1看出。在的正半周時，、導通，、截止。此時、所承受的最大反向電壓均為的最大值，即： 2.2.5同理，在的負半周，、也承受到同樣大小的反向電壓。2.3濾波電路設計 濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯電容器C，或與負載串聯電感器L，以及由電容、電感組合而成的各種復式濾波電路。 C型濾波電路由于電抗元件在電路中有儲能作用，并聯的電容器C在電源供給的電壓升高時，能把部分能量存儲起來，而當電源電壓降低時，就把能量釋放出來，使負載電壓比較平滑，即電容C具有平波的作用；與負載串聯的電感L，當電源供給的電流增加時，它能把能量存儲起來，而當電流減小時，又把能量釋放出來，使負載電流比較平滑，即電感L也有平波作用。 電容濾波電路如圖，負載未接入時的情況：設電容器兩端初始電壓為零，接入交流電源后，當為正半周時，通過、向電容器C充電；為負半周時，經、向電容器C充電，充電時間常數為 2.3.1其中包括變壓器副繞組的直流電阻和二極管D的正向電阻。由于一般很小，電容器很快就充電到交流電壓的最大值，極性如圖所示。由于電容器無放電回路，故輸出電壓保持在，輸出為一個恒定的直流。接入負載的情況：設變壓器副邊電壓從0開始上升時接入負載，由于電容器在負載未接入前充了電，故剛接入負載時，二級管受反向電壓作用而截止，電容器C經放電，放電的時間常數為 2.3.2因一般比較大,故電容兩端的電壓按指數規律慢慢下降.其輸出電壓=。2.4 穩壓電路設計 串聯反饋穩壓電路結構圖中整流濾波電路的輸出電壓，T為調整管，A為比較放大電路，為基準電壓，它由穩定管與限流電阻R串聯所構成的簡單穩壓電路獲得，與組成反饋網絡，是用來反映輸出電壓變化的取樣環節。這種穩壓電路的主回路是起調整作用的BJT與負載串聯，故稱為串聯制調整管T的極間的電壓降，從而達到穩定輸出電壓的目的。穩壓原理可簡述如下：當輸入電壓增加時，導致輸出電壓增加，隨之反饋電壓也增加（為反饋系數）。與基準電壓相比較，其差值電壓經比較放大電路放大后使和減小，調整管T的極間電壓增大，使下降，從而維持基本恒定。同理，當輸入電壓減小時，亦將使輸出電壓基本保持不變。 第3章 恒流充電各單元電路設計3.1充電電路結構圖電路工作原理圖3.2 充電電路原理(1)將電源整流,制作DC16V以上20V程度電壓的電源。(2)使充電電流流過(5)及晶體管到電池。取出在上產生的電壓，在OP放大器IC741上將與設定值進行比較，如果存在差值將差值放大施加在晶體管的基極上，進行控制使得和相同。(3)如果被規定，則電源的16V以上的電壓 的電壓電池的電壓，隨充電有若干變化 剩余部分全部接受比較和，將和的差值放大，輸出。從電源電壓減去就得出。是和的和，將從電源的1618V減去的值成為，用該值控制晶體管。這時，電源是在1618V變動很大的值。也是約0.5V*2=1V，也是變動的值。因此，就成為從變動的電源減去變動的值而成的量，初看起來這樣原封不動的使用，是不能進行正常的控制的，但是，實際情況不是這樣的，能夠十分正確穩定地進行控制。其原因在于OP放大器IC的放大功率很大。由于在OP放大器上不加反饋的比較儀的使用方法中，放大率都在數千倍以上，一般為數萬倍，上述認為不良的變動被該放大率覆蓋，電路中看就完全消失了。第4章 直流電源、恒流充電兩用電路整體電路設計4.1 整體電路圖及工作原理4.2 電路參數計算(1)直流電源參數計算二極管的導電角,流過二極管的瞬時電流很大,電流的有效值和平均值的關系與波形有關,在平均值相同的情況下,波形越尖，有效值越大。在純電阻負載時，變壓器副邊電流的有效值，而有電容濾波時負載平均電壓升高，紋波減小，且越大，電容放電速率越慢，則負載電壓中的紋波成分越小，負載平均電壓越高。為得到平滑的負載電壓，一般取 式中T為電源交流電壓的周期。負載直流電壓隨負載電流增加而減小。隨的變化關系稱為輸出特性。C值一定，當=，即空載時，當C=0時，即無電容時。在整流電路的內阻不太大和放電時間常數滿足式的關系時，電容濾波電路的負載電壓與的關系約為。（2）充電電路參數計算當電池是1個的情況下，約為V，當電池是10個串聯的情況下，約為V。因此，當被規定，一旦電池的數目確定后，由于用規定，剩余部分全部被晶體管的接受。電源的直流電壓為16V電池1個，因此，是V設電流為0.5A，則因此，晶體管的發熱量為：設流過的集電極電流=0.5A，基極電流是的集電極電流為了得到集電極電流，的基極電流為：由于在基極上串有100的電阻。為了流過電流，OP放大器的輸出將發生變化：的變化=，OP放大器的輸出變化100，就能夠使發生的變化，這可以說是極高的靈敏度。第5章 設計總結 課設的過程是艱辛的，但是收獲是巨大的。首先，我們再一次的加深鞏固了對已有的知識的理解及認識；其次，我們第一次將課本知識運用到了實際設計，使得所學知識在更深的層次上得到了加深。再次，因為這次課程設計的確在某些方面存有一定難度，這對我們來講都是一種鍛煉，培養了我們自學、查閱搜集資料的能力；再有，實際操作過程中，我們曾經面臨過失敗、品味過茫然，但是最終我們還是堅持下來了，這就是我們意志、