电压控制恒流充电电路设计.docx

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电压控制恒流充电电路设计

《电子技术》课程设计报告

课题：

电压控制恒流充电电路设计

一、设计目的

电子技术课程设计是模拟电子技术、数字电子技术课程结束后进行的教学环节。

其目的是：

1、培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。

2、学习较复杂的电子系统设计的一般方法，提高基于模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。

3、进行基本技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。

4、培养学生的创新能力。

二、设计要求

1、充电电流为100mA。

2、控制电压为4.5V和6.5V,当充电电压上升到6.5V时自动断电,当用电电压下降到4.5V时自动通电。

3、由220V市电供电。

4、按照课题设计任务书要求进行设计

5、用图、表、文字说明描述电路设计步骤

6、对选用的主要元器件（包括集成电路），给出规格型号及技术参数，并附元器件表一份；

7、凡是选用的集成电路，必须画完整的接线图，并说明各引线的功能和使用方法，同时应列出功能表

8、分析设计电路的工作原理。

9、根据现有实验室条件，对设计的电路进行设计，制作与调试。

10、按要求撰写设计报告

三、总体设计

（1）在恒流源部分，我们通过利用9012PNP硅管其发射级-基极导通电压0.7V和6,8Ω电阻输出100mA电流。

（2）在电压的自动控制部分，接入12V电压，调节Rw1，经分压以后，在上部电路中的电位比较器的正向输入端的电压为4.5V。

同理，调节Rw2的大小，使下部电位比较器的反向输入端电压为6.5V。

工作原理

接通电源，由于A点初始电压为0，Ⅰ电位比较器工作14端输出高电平，驱动晶闸管工作，继电器1跟着工作其开关闭合，开始给电容器充电；当A点电压达到6.5V，Ⅱ电位比较器工作1端输出高电平，三极管9013导通，继电器2工作使得晶闸管不工作，继电器1跟着不工作其开关断开，电容通过R3开始放电；当A点电压降到4.5V，Ⅰ电位比较器工作14端输出高电平，又驱动晶闸管工作，继电器2跟着工作其开关闭合，给电容器充电。

如此循环，实现对电容的充放电。

四、单元电路设计

1、恒流源的获得

a．9012三极管

9012硅管是我们常用到的PNP三极管，利用它的发射级-基极导通电压为0.7V。

b．电阻

为了得到100mA的充电电流，由于9012①的eb极导通电压为0.7V，我们选择6.8Ω电阻来实现100mA的电流，经过导通的9012②ec极流出。

1K电阻用于分压。

2、电压的自动控制

a.MCR晶闸管

晶闸管也称为可控硅，是一种半导体器件。

同时也可将之视为一个控制开关元件。

单向可控硅内部由半导体材料构成，管芯是一个圆形薄片，它具有三个极：

A极（阳极）、G极（栅极）、K极（阴极）。

晶闸管内部结构如图（b）所示，它相当于PNP型三极管和NPN型三极管以图（c）所示的连接而成。

晶闸管的工作原理:

　　晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。

　晶闸管的工作条件：

　　1.晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态。

　　2.晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。

　　3.晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。

4.晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断

b.LM339电压比较器

LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：

1）失调电压小，典型值为2mV；

2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；

3）对比较信号源的内阻限制较宽；

4）共模范围很大，为0~（Ucc-1.5V）Vo；

5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；

6）输出端电位可灵活方便地选用。

LM339集成块采用C-14型封装，图1为外型及管脚排列图。

由于LM339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如IR2339、ANI339、SF339等，它们的参数基本一致，可互换使用。

　LM339类似于增益不可调的运算放大器。

每个比较器有两个输入端和一个输出端。

两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。

用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。

当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。

当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。

两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。

LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。

选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。

因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值，我们取R1=R2=10K。

另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。

要得到4.5V和6.5V的控制电压，由图中原理可得

①.计算电位器Rw1的接入电阻：

V=R*U0/（R+Rw）

Rw1*12v/（10K+Rw1）=4.5V

即：

Rw1=6.0kΩ

②.计算电位器Rw2的接入电阻：

Rw2*12v/（10K+Rw2）=6.5V

即：

Rw2=11.8KΩ

c.继电器

本设计采用HK4100F-DC12V-SHG电磁继电器，，引脚结构如下图。

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。

只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。

当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。

这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。

对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：

继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点

焊接前先要对它进行测试：

1）测触点电阻：

用万能表的电阻档，测量常闭触点与动点电阻，其阻值应为0；而常开触点与动点的阻值就为无穷大。

由此可以区别出那个是常闭触点，那个是常开触点。

2）测线圈电阻：

可用万能表R×10Ω档测量继电器线圈的阻值为682欧姆，从而判断该线圈是否存在着开路现象。

d．9013三极管

元器件列表：

主要元器件

规格型号

数量

电容器

16V47uF

1

晶闸管

MCR100-6P86

1

三极管

S9013H128

S9012H331

1

2

电压比较器

LM339

1

电位器

203

3

继电器

HK4100F-DC12V-SHG

2

二极管

IN4007

2

电阻

若干

五、调试

1、调试恒流源电路

若电流无法调到100mA，首先检查线路是否接错，或有虚焊等现象。

在确认焊接无误的情况下，检查9012三极管是否损坏。

如测9012①的eb两端电压是否为0.7V，9012②的ec两端是否导通。

2、调试低电压控制部分

首先断开第一步调试的部分，调节Rw1电位器的大小，大致调到6K左右，使M点对地的电压为4.5V。

要确认晶闸管是否还能正常工作，测G端电压是否在0.7V左右，再测A端电压是否为1V左右，若测得A端电压为12V左右，则是晶闸管损坏，此外还要确定可控硅的引脚没有接错位置，这个地方特别容易出错，稍一出错晶闸管就容易烧毁。

用万用表红黑表笔测二极管的正、反阻值，一般的二极管正向阻值在几百欧左右，反向阻值无穷大。

确保二极管没有损坏的条件下，要检查二极管有没有接反，还有就是电位比较器的引脚有没有接错。

再插上芯片，测8引脚电压为0，9引脚电压为4.5V，再测14引脚，看其是否为高电平，若不是则电位比较器坏了。

3、调试高电压控制部分电路

调节Rw2电位器到12K左右，使N点对地的电压为6.5V。

这部分电路最可能出现问题的地方有三处，一是二极管，二是三极管，三是电位比较器，首先要检查以上三个地方。

二极管的判别同上。

确定三极管9013的引脚没有接错，用电阻档测b,c极和b,e极的正反电阻,相差几十倍以上就是正常的。

再插上芯片，测7引脚电压为0，6引脚电压为6.5V，再测1引脚，看其是否为低电平，若不是则电位比较器坏了。

最后接好断开部分，插上芯片，看电容两端电压的变化范围，是否在4.5V到6.5V之间变化。

如果以上三个部分都已调试成功，整个电路却不能正常工作，那么问题很可能出在继电器上了，很大可能是继电器的引脚接错了。

整个电路就调试成功后，继电器的开关会处于不停地打开关闭状态，发出“咔嚓咔嚓”的声响。

六、电路测试及测试结果

在电路调试完成后，接上电源会听到咔哒咔哒的继电器触头闭合与断开的声音，检测电解电容正端电压从4.5V增到6.5V，再从6.5V降低到4.5V，如此反复变换，即为充放电循环过程。

电路成功。

七、设计总结

在本次课程设计中，极大程度上的锻炼了我们各种能力。

在设计过程中，我学会了自顶向下的设计方法。

了解了电子设计过程中常用电路，比如常用的直流稳压电路。

以及一些器件的常用型号。

这些都是书本上学不到的。

在调试过程中学会了分析错误的方法，同时也锻炼了毅力，培养了耐心。

课程设计过程中出现了不少的问题。

在拿到课程设计任务书之后，对于我所要设计的内容，在书本，网络和其他一些方面做了资料的收集和研究，对于本次课程设计的入手之处有了大概的方向。

在初步的设计后，上了两次指导课，发现对于较为大规模的电路，我们可以分布解决，这一点在当初倒是被我忽略了，使得我的设计方案混乱且复杂。

之后进行了修改，使得功能更为简单的实现，电路也变得简单了许多。

对于设计的态度我发现会很大程度上决定最后的成败，在对照电路进行实际操作的时候一定要细心，并且不能够单纯的照葫芦画瓢，排板的时候要考虑到元器件的大小，连线，耐热程度等。

通过本次的亲身实践，培养了我实际运用理论的能力，懂得理论联系实际去处理问题，也培养了吃苦耐劳的精神，它让我知道，知识是活的，我们必须要能回灵活的应用所学的知识，为以后更好的的学习和工作打下了结实的基础，这对于我们来说是一次难得的实践机遇，也是一个宝贵的精神财富。

八、参考文献

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