ZX2018C型直流稳压电源及充电器设计

1、ZX2018C型直流稳压电源及充电器设计摘要：一般晶体管电路都需要直流电源，而且是稳定的电源，才能正常工作，如收音机，电视机等。不管是用分立元件组成电路，还是用集成电路，其中都少不了放大信号的晶体管。 为了保证晶体管能够保证放大信号， 必须采用稳定的直流电源供电， 稳定的直流电压可由干电池或蓄电池获得， 但他们储蓄电量的能力有限， 不能供应电器长时间工作。稳定的直流电源可由交流电经过降压，然后经过稳压获得，这就是常见的稳压电源， 他能供电器长时间工作。 本课题主要设计一个连续可调稳压电路以及用这个电路对5 号和 7 号电池进行充电，以实现其多功能化。关键字：整流电路滤波电路稳压电路充电电路目录

2、一、设计目的二、设计任务和要求三、设计步骤四、总体设计思路五、实验设备及元器件六、测试要求七、数据处理八、焊接电路板及调试组装九、注意事项十、结论发展前景致谢参考文献1ZX2018C型直流稳压电源及充电器设计一、设计目的1. 通过本次课题的设计 , 掌握模拟电路系统的设计方法，设计步骤。2. 学会直流稳压电源及充电器的设计方法和性能指标测试方法。3. 培养实践技能以及分析和解决实际问题的能力。二、设计的内容要求1. 设计并制作一个连续可调直流稳压电源及充电器，主要技术指标要求（1） 输出电压：交流 220V，直流 3V， 6V（ 2） 最大输出电流： 500mA（ 3） 电池充电器： 左通道（

3、 E1,E2）充电电流 50 60MA(普通充电 ) ；右通道（ E3,E4）充电电流 110 130mA（快速充电）（4）稳压电源和充电器可同时使用，但两者电流之和不能超过500mA2. 设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。3. 自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，交指导教师审核。4. 批准后，进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能参数。三、设计步骤和要求1. 电路图设计（ 1）设计整个系统是由那几个模块组成，各个模块的信号传输，并画出组成系统方框图。（ 2）系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形式。（ 3）参数选择：根据

4、系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。（ 4）总电路图：2. 电路安装与调试（ 1）自行设计印刷电路板，并焊接。（ 2）在每个模块电路的输入端加一个输入信号，测试输出端信号，以验证每个模块电路能否达到所规定的指标。（ 3）重点测试稳压电路的稳压系数。（ 4）将各模块电路连接起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。四、总体设计思路1. 直流稳压电源设计思路（ 1）电网供电电压交流 220V( 有效值 )50Hz ，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。（ 2）降压后的交流电压， 通过整流电路变成单向直流电， 但其幅度变化大 （即脉动大） 。（ 3）脉动

5、大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电， 即将交流成份滤2掉，保留其直流成份。（ 4）滤波后的直流电压， 再通过稳压电路稳压， 便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载 RL。2. 直流稳压电源原理直流稳压电源是一种将220V 工频交流电转换成稳压输出6V、9V 的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图1。T整滤稳负流波载压工频交流脉动直流直流图 1 直流稳压电源方框图其中：（ 1）电源变压器：电源变压器的作用是将220v 的交流电压变换为 9v 的交变电压，以提供整流滤波电路所需电压。整流电路由四个整流二极管按桥式整流方法连接对输入交流电压

6、进行整流。（ 2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz 的正弦交流电变换成脉动的直流电（ 3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。（ 4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。1）整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2 所示。 在 u2 的正半周内，二极管 D1、D2 导通， D3 、D4 截止； u2 的负半周内， D3 、D4 导通， D1、D2 截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。电路的输出波形如图3 所示。图 2 整流电路3图 3 输出波形在桥式整流电

7、路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即 I f1 I o1 。电路中的每只二极管承受的最大2反向电压为2U 2 (U 2 是变压器副边电压有效值)。2）滤波电路把经过桥式整流电路得到的直流电压的纹波滤去，但其输出电流电压不太稳定，内阻和纹波较大。C1、 C2 为滤波电容。如图4 所示图 4 滤波电路图 5 仿真波形3）在设计中， 由于滤波电路输出电压和电流不是太稳定，常利用电容器两端的电压不4能突变和流过电感器的电流不能突变的特点将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联， 以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出

8、电压：Uo1=(1.1 1.2)UI 2（ I 2 是变压器副边电流的有效值。），稳2，直流输出电流： I o11.52压电路可以采用复合管稳压电路。其组成框图如图6 所示复合管保护电路整取样流电电比较放大器路路基准电压图 6 稳压电路方框图具有放大环节的串联型晶体管稳压电路是由调整元件比较放大，基准电压和取样电路等几部分组成稳压电路原理图如图7 所示图 7 稳压电路原理图VT1、VT2 是复合管作为电压调整管，LED2为发光二极管同时又有稳压管的作用，提供基准电压， R3 是它的限流电阻，它们在一起组成稳压电路。电阻R4/R5 和 R6 组成分5压器， 其作用是把输出电压的变化量取出一部分，

9、加到由 VT3组成的放大器的输入端，所以叫做取样电路。VT3 是比较放大管，R1 是它的集电极负载电阻，也是VT2 的基极偏置电阻， 它将基极的取样电压与发射极的基准电压进行比较并将其差值进行放大。从 VT3 集电极输出的信号直接加到复合管 VT1 和 VT2 的基极。 VT3 输出电流控制电压调整管 c、e 极间等效电阻的大小。 C1、C2 、C3 是滤波电容。 C2、VT1 、 VT2 、R1 又组成有源电子滤波电路。稳压电路的过程是这样的：当输出电压U0 上升时，电路将发生如下变化：取样电路从输出电压中取样，使VT3 基极电位 Ub3 上升，因稳压管 LED2 的作用使 VT3发射极电位

10、 Ue3 不变，则VT3 发射结正反偏置电压 Ube3 上升，使 VT3 基极电流Ib3 增加， VT3 集电极电流Ic3 增加，流过 R1 的电流 I 增大， R1 上压降增大使复合管基极电位 Ub1 下降，使VT1 发射结正向偏置电压 Ube1 下降， VT1 基极电流 Ib1下降，使VT1 的 c、 e 间等效电阻R 增加， VT1 的 c、 e 极间电压Uce1 增加，从而输出电压U0 下降，达到稳压的目的。同理，当输出电压U0 下降时，有下述变化过程U0 Ub3 Ube3 Ib3 Ic3 Ub1 Ube1 Ib1 R Uce1 U0同样，当电网电压变化使输出电压U0变化时，稳压电路也

11、有上述过程U0 Ub3 Uc3 Ub1 U0调节电路中S1 的大小可以改变输出电压U0 的大小S1 Ub3 Uc3 Ub1 U0当放大器的放大倍数越大时，输出电压的稳定度就越高。3直流稳压电源充电器部分从桥式整流电路输出的直流经过电阻R7后，在 VT4 集电极产生压降， 对电池进行普充。快充部分原理与普充电路原理相同，但由于R9 阻值比 R7 阻值小，而桥式整流电路输出电压一定，因此在快充电路产生的电流大。充电器原理图如图7 所示6图 7 充电器原理图4.ZX2018C型直流稳压电源及充电器设计总电路图如图8 所示图 8ZX2018C型直流稳压电源及充电器设计总电路图图 9 整流滤波稳压电路仿

12、真波形图7五、实验设备及元器件万用表示波器交流毫伏表二极管三极管变压器电容电阻六、测试要求1. 测试并记录电路中各环节的输出波形。2. 测量稳压电源输出电压的调整范围及最大输出电流。3. 测量输出电阻 R。4. 测量稳压系数。用改变输入交流电压的方法，模拟Ui 的变化，则可算出稳压系数Sv。5. 用毫伏表测量输出直流电压中的交流纹波电压大小，并用示波器观察，记录波形。6. 分析测量结果，并提出改进意见。七、数据处理八、焊接电路板及调试组装1. 焊接与安装（ 1）清查元器件的数量与质量，对不合格的元件要及时更换。（ 2）确定元器件的安装方式、安装高度，一般它由该元器件在电路中的作用、印制板与外壳

13、间的距离以及该器件两安装孔之间的距离所决定。（ 3）进行引脚处理，即对器件的引脚弯曲成形并进行烫锡处理。成形时不能从引脚根部弯曲，尽量把所有字符的器件面置于观察的位置，字符应从左到右（卧式），从上到下（直立式） 。（ 4）插装：根据元件位号对号插装， 不可插错， 对有极性的元器件， 插孔时应特别小心。（ 5）焊接：各焊点加热时间及用锡量要适当， 对耐热性差的元器件应使用辅助工具散热。防止虚焊、错焊，避免因拖锡造成短路。（ 6）焊后处理：剪去多余引脚线，检查所有焊点，对缺陷进行修补，必要时用无水酒精清洗印制板。（ 7）盖后盖上螺钉：盖后盖前需要检查1）所有与面板孔嵌装的元件是否正确到位；2）变压

14、器是否座落在安装槽内；3）导线不可紧靠铁芯； 4）是否有导线压住螺钉孔或散露在盖外。2. 测试与调整总装完毕，按原理图及工艺要求检查整机安装情况，着重检查电源线、变压器连线、8输出连线及两块印制板的连线是否正确、可靠，连线与印制板相邻导线及焊点有无短路及其他缺陷。一切正常时用万用表欧姆档测得电源插头二引脚间的电阻大于 500 以上，即可通电检测。（ 1）测试 1）接通电源，绿色通电指示灯（LED1）亮； 2) 空载电压：空载时测量通过十字插头输出的直流电压，其值应略高于额定电压；3）输出极性：拨动S2 开关，输出极性应相应变化； 4）负载能力：当负载电流在额定值150mA 左右时，输出电压的误

15、差小于± 10%； 5）过载保护：当负载电流增大到一定值时LED1 绿色指示灯逐渐变亮， LED2逐渐变暗，同时输出电压下降。当电流增大到500mA左右时保护电路起作用， LED1亮， LED2灭。若负载电流减小则电路恢复正常；6）充电电流 : 充电通道内不装电池，置万用表于直流电流档，当正负表笔分别触及所测通道的正负极时（两节电池为一组），被测通道充电指示灯亮，所显示的电流值即为充电电流值。也可用仪器测量1、2、 3 的测试点。（ 2）调整： 1）若稳压电源负载在 150mA时，输出电压误差大于规定值的±10%时， 3伏档更换 R4，6 伏档更换 R5，阻值增大电压升高，

16、阻值减小电压降低；2）若要改变充电电流值，可更换R7（ R9），阻值增大，充电电流减小。阻值减小，充电电流增大。九、注意事项1注意所有与版面孔嵌装元件的高度与孔的配合（如发光二极管的圆顶部应与面板孔相平，面板与拨动开关S1、S2 是否灵活到位） ；2. VT1 、 VT2、VT3 采用横装，焊接时引脚稍微留长一些；3由于空间不够，C1、C2、 C3 卧装， R4、 R7、 R9、 R11 直立装，其他电阻元件一律卧装；4整流二极管全部卧装；5从变压器及印制板上焊出的引线长度应适当，导线剥头时不可伤及铜芯，多股芯线剥头后铜芯有松散现象，需捻紧以便烫锡，插孔，焊装；6. 为了便于焊接，可根据具体情

17、况采用分类，分片焊装；7. 变压器次级导线以及负极板的连接线和电源输出插座的导线都应通过穿线孔焊在电路板上，负极电路板和电源输出电路板的导线也应通过穿线孔再焊在各自的电路板上；98测试电路时，必须要保证焊接正确，才能打开电源，以防元器件烧坏；9注意三极管的输入输出管脚和桥式整流电路中二极管的极性，不应反接；10. 按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。附 元件清单表序号名称型号规格位号数量序号名称型号规格位号 数量1二极管1N4001VD1-66 支18负极弹簧片4 个2三极管9013VT1、32 支19主线路板1 块3三极管8050VT21 支20负极线路板1 块4三极管8550VT4、52

18、支21电源插座1 块5发光二极管3 绿色LED1、 22 支22直流电源插座 2、1DC 1个6发光二极管3 红色LED3、 42 支23功能指示不干胶2 孔1 张7电解电容470F/16VC11 支24产品型号不干胶30× 461 张8电解电容22 F/10VC21 支25电源插头线1m1 根9电解电容100F/10VC31 支26十字插头输出线0.8m1 根10电阻1 、9.1 R2、R9各1支 27短导线10cm6 根100R411电阻330 、470R6、R5各1支 28热塑套管2cm2 根12电阻15 、24R11、R72 支29外壳上盖、下盖1 套13电阻560R8、R1

19、02 支30透明盖、塑料腰条各 1 个14电阻1KR1、R32 支31自攻螺丝2.5 ×52 粒15变压器220V，5.5WT1 支32自攻螺丝2.5 ×104 粒16直脚开关1× 2、2×2S1、S2各1支 33自攻螺丝 3×62 粒17正极片4 个34装配说明1 份十、结论毕业论文 是专科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的直流稳压电源与充电器的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结10合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、 设计规范以及电脑

20、制图等其他专业能力水平， 而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力， 抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。 这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。和老师的沟通交流更使我从新的角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求，通过这次毕业设计让我提前了解了很多知识，这是很珍贵的。在设计过程中一些电路图的绘制让我很头痛，原因是由于本身对一些专业知识的了解不够，正是基于这种考虑我意识到：要向更完美的进行一次设计，还需要对一些知识进行更加深入的了解。提高是有限的但

21、提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了一些实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心。经过了一个多星期的不停的检测和修改，终于把最后的电路图和成品完成了。 经过了这次课程设计，大大地提高了我的动手能力以及分析问题的能力，在老师的热心的指导下，解决了很多问题，从中也学到了很多书面上所没有搞清楚的问题。这次课程设计， 让我学到了很多有用的知识和能力，这对以后的学习和工作都将是非常有益的。下面是对本设计的总结:1 直流稳压电源和充

22、电器是由整流电路、滤波电路、稳压电路、充电电路组成电源变压器把220V 的交流电变成9V 的交流电，通过整流桥把交流电变成直流电，然后通过滤波电路和稳压电路得到稳定平滑的直流电，可以供给我们日常生活中一些小型电子产品的外接电源，并且可以对5 号、 7 号电池进行充电，给我们的日常生活带来了方便。但是本电路仍具有一些缺点，下面我根据设计过程中遇到的一些问题，提出一些改进措施（仅供参考）11电网电压波动引起波动时，将通过放大管集电极电阻R1 影响复合管的基极电位，并引起输出电压U0的波动。由于引进带辅助电源的串联稳压电路。当环境温度的变化引起放大管VT3静态工作点漂移时，将引起输出电压的不稳定。由

23、此引进差动放大器电路代替VT3 进行比较放大。增加集电极负载电阻R1 可增加放大电路的放大倍数，但同时会使复合管将不到合适的静态工作点，而使稳压电流不能正常工作。由此我们可以采用恒流源负载代替R1.当负载电流过大或负载短路时，流过复合管的额定功耗值而烧坏，因此我们引入限流型、载流型等保护电路。发展前景直流 稳压电源 目前还不能完全被取代。1、因为开关电源等谁然优势显著，但现在很难做到大功率的输出稳压。另外，电子元件数目多也就修理繁琐故障率大。2、在一些高空牌匾以及外用设备上远远不如直流耐用。还有开关电源等频率高一般几十道几百千赫，对这一频率的信号（音频）源造成干扰大。所以在功放和一些家电设备上也不适合。市场很大，前景光明。致谢三年的艰苦跋涉，