直流穩壓電源與充電電源
一． 直流穩壓電源與充電電源的任務：
設計一直流穩壓電源與充電電電源電路，輸出電壓3v、6v、兩檔，且正負極性可以轉換。
整機直流穩壓電源與充電電源電路整體電路框圖，如下
1．整流濾波電路採用橋式整流電容濾波電路。
2．穩壓電路採用帶有限流型保護電路的電晶體串聯穩壓電路。
3．充電電路採用兩個電晶體恆流源電路。
二．主要技術指標：
1.輸出電壓：3v、6v兩檔，且正負極性可以轉換。
2.輸出電流：額定電流為150ma，最大電流500 ma。
3.額定電流輸出時，δuo/uo小於±10%。
4.「慢充」或「快充」 ：能對4節5號或7號可充電電池「慢充」或「快充」。慢充的充電電流為50ma~60ma ，快充的充電電流為 110ma~130ma。
三、直流穩壓電源與充電電源的設計方案：
整體電路的設計應由后級往前級進行。即先設計穩壓電路，再設計充電電路，最後設計整流電路。
1. 穩壓電路設計
穩壓電路採用帶有限流保護電路的電晶體串聯穩壓電路。
uo,(uiuo
電路基本設計方案如下：
1.由於穩壓輸出電流io>100ma,因此調整管採用復合管。
2.提供基準電壓穩壓管可以用發光二極體led代替，兼做電源指示燈用。
3.由於uo為3v、6v兩檔固定值，且不要求調整，因此可將取樣電阻分為兩個，用1*2波段開關進行轉換。
4.輸出端用2*2波段開關來轉換uo極性。
5.過載保護電路採用限流保護電路，且二極體用發光二極體led代替，兼做過流指示燈使用。
穩壓電源原理如下圖
穩壓電路的組成
穩壓二極體的缺點是工作電流較小，穩定電壓值不能連續調節。線性串聯型穩壓電源的工作電流較大，輸出電壓一般可連續調節，穩壓效能優越。
利用電晶體放大作用，將穩壓管穩定電路的輸出電流放大後，再作為輔在電流。電路採用設計輸出方式，因而引入了電壓負反饋可以穩定輸出電壓。
串聯型穩壓電源電路的組成
用三極體輸出電壓可調的特點所組成的穩壓電源，因三極體與負載相串聯，所以，又稱為串聯型穩壓電源。串聯型穩壓電源可實現輸出電壓可調的目的。
穩壓電源中的穩壓電路由四個單元組成。
（1）基準單元：限流電阻r2和穩壓管d1組成穩壓電路的基準單元，該單元的作用是為穩壓電路提供自動調整所需的基準電壓uz。
（2）取樣單元：電阻r3、r4和電位器rp組成穩壓電路的取樣單元，因該單元與負載電阻rl相併聯，所以該電路兩端電壓的變化情況直接反映了輸出電壓的變化情況。
（3）放大單元：穩壓電路中的放大單元由三極體t2、電阻r1和穩壓管d1等器件組成，該電路可將取樣電路所採到的電壓ub2與基準電壓uz進行比較，並產生與輸出電壓變化情況成正比的控制訊號，控制訊號經放大後產生控制電壓，控制調整管t1的輸出電壓，以保證穩壓電源輸出電壓的穩定。
（4）調整單元：穩壓電路中的調整單元由三極體t1和外接的負載電阻rl等器件組成，調整管t1與負載電阻rl等組成射極輸出器。射極輸出器是串聯電壓負反饋電路，因電壓反饋可以穩定輸出電壓，所以，穩壓電源的輸出電壓將很穩定。
因穩壓電源的輸出電流等於調整管的集電極電流，當輸出電流太大時，可採用復合管作為調整管，以提高電路的輸出電流.
由於在穩壓電路中，調整管與負載串聯，因此流過它的電流與負載電流一樣大。當輸出電流過大或發生短路時，調整管會因電流過大或電壓過高而損壞，所以需要對調整管加以保護。 電路中，r2、led1組成減流型保護電路。
此電路設計在i0p＝1.2i0時開始起保護作用，此時輸出電流減小，輸出電壓降低。故障排除後電路應能自動恢復正常工作。
在除錯時，若保護提前作用，應減少r2值；若保護作用遲後，則應增大r2之值。
四直流穩壓電源與充電電源工作原理
穩壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩定，不隨交流電網電壓和負載的變化而變化。穩壓電路的基本組成：又vt1和vt2組成的復合管（調頻管）、又r2和led1組成的過流保護、由r3和led2組成的穩壓電路、由vt3組成的放大器、由r4和r5加r6組成的取樣電路。
在設計中，由於濾波電路輸出電壓和電流不是太穩定，，以達到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路後，直流輸出電壓：uo1=(1.1～1.2)u2，直流輸出電流：
（i2是變壓器副邊電流的有效值。），穩壓電路可以採用復合管穩壓電路。其組成框圖如圖所示
穩壓電路方框圖
具有放大環節的串聯型電晶體穩壓電路是由調整元件比較放大，基準電壓和取樣電路等幾部分組成穩壓電路原理圖如圖所示
穩壓電路原理圖
vt1、vt2是復合管作為電壓調整管，led2為發光二極體同時又有穩壓管的作用，提供基準電壓，r3是它的限流電阻，它們在一起組成穩壓電路。電阻r4/r5和r6組成分壓器，其作用是把輸出電壓的變化量取出一部分，加到由vt3組成的放大器的輸入端，所以叫做取樣電路。vt3是比較放大管，r1是它的集電極負載電阻，也是vt2的基極偏置電阻，它將基極的取樣電壓與發射極的基準電壓進行比較並將其差值進行放大。
從vt3集電極輸出的訊號直接加到復合管vt1和vt2的基極。vt3輸出電流控制電壓調整管c、e極間等效電阻的大小。c1、c2、c3是濾波電容。
c2、vt1、vt2、r1又組成有源電子濾波電路。。
穩壓電路的過程是這樣的：當輸出電壓u0上公升時，電路將發生如下變化：取樣電路從輸出電壓中取樣，使vt3基極電位ub3上公升，因穩壓管led2的作用使vt3發射極電位ue3不變，則vt3發射結正反偏置電壓ube3上公升，使vt3基極電流ib3增加，vt3集電極電流ic3增加，流過r1的電流i增大，r1上壓降增大使復合管基極電位ub1下降，使vt1發射結正向偏置電壓ube1下降，vt1基極電流ib1下降，使vt1的c、e間等效電阻r增加，vt1的c、e極間電壓uce1增加，從而輸出電壓u0下降，達到穩壓的目的。
同理，當輸出電壓u0下降時，有下述變化過程
u0↓→ ub3↓ →ube3↓ →ib3↓ →ic3↓ →ub1 ↑→ube1 ↑→ ib1↑ →r↑ →uce1↓→u0↑
同樣，當電網電壓變化使輸出電壓u0變化時，穩壓電路也有上述過程
u0↑→ub3 ↑→ uc3↓ →ub1↓ →u0↓
調節電路中s1的大小可以改變輸出電壓u0的大小
s1↑→ub3 ↑→ uc3↓→ub1↓ →u0↓
當放大器的放大倍數越大時，輸出電壓的穩定度就越高。
其中開關s1的作用是調整取樣電路，選擇輸出電壓幅值的大小，如3v或6v，s2的作用是改變輸出電壓的極性。
直流穩壓電源充電器部分
從橋式整流電路輸出的直流經過電阻r7後，在vt4集電極產生壓降，對電池進行普充。快充部分原理與普充電路原理相同，但由於r9阻值比r7阻值小，而橋式整流電路輸出電壓一定，因此在快充電路產生的電流大。普衝是r7部分，快衝為r9部分，兩者的區別是快衝電流遠遠大於普衝電流。
在充電電路中vd5和vd6起到了保護電路的作用，例如，當電池充滿電時，vd5陰極電壓為3v，遠遠大於陽極電壓，vd5截止；led3和led4是充電顯示作用，二極體電壓為穩定時，恆亮，顯示電池已充滿。
充電器原理圖如上圖所示
電路的整機電路圖
五實驗裝置及元器件
萬用表示波器交流毫伏表二極體三極體變壓器電容電阻
六測試要求
1）測試並記錄電路中各環節的輸出波形。
2）測量穩壓電源輸出電壓的調整範圍及最大輸出電流。
3）測量輸出電阻r。
4）測量穩壓係數。用改變輸入交流電壓的方法，模擬ui的變化，則可算出穩壓係數sv。
5）用毫伏表測量輸出直流電壓中的交流紋波電壓大小，並用示波器觀察，記錄波形。
6）分析測量結果，並提出改進意見.
七直流穩壓電源與充電電源的安裝與除錯
1 焊接與安裝
（1）清查元器件的數量與質量，對不合格的元件要及時更換。
（2）確定元器件的安裝方式、安裝高度，一般它由該元器件在電路中的作用、印製板與外殼間的距離以及該器件兩安裝孔之間的距離所決定。
（3）進行引腳處理，即對器件的引腳彎曲成形並進行燙錫處理。成形時不能從引腳根部彎曲，盡量把所有字元的器件面置於觀察的位置，字元應從左到右（臥式），從上到下（直立式）。
（4）插裝：根據元件位號對號插裝，不可插錯，對有極性的元器件，插孔時應特別小心。
（5）焊接：各焊點加熱時間及用錫量要適當，對耐熱性差的元器件應使用輔助工具散熱。防止虛焊、錯焊，避免因拖錫造成短路。
（6）焊後處理：剪去多餘引腳線，檢查所有焊點，對缺陷進行修補，必要時用無水酒精清洗印製板。
（7）蓋後蓋上螺釘：蓋後蓋前需要檢查1）所有與面板孔嵌裝的元件是否正確到位；2）變壓器是否座落在安裝槽內；3）導線不可緊靠鐵芯；4）是否有導線壓住螺釘孔或散露在蓋外。
2 測試與調整
**完畢，按原理圖及工藝要求檢查整機安裝情況，著重檢查電源線、變壓器連線、輸出連線及兩塊印製板的連線是否正確、可靠，連線與印製板相鄰導線及焊點有無短路及其他缺陷。一切正常時用萬用表歐姆檔測得電源插頭二引腳間的電阻大於500ω以上，即可通電檢測。
測試1）接通電源，綠色通電指示燈（led1）亮；2)空載電壓：空載時測量通過十字插頭輸出的直流電壓，其值應略高於額定電壓；3）輸出極性：撥動s2開關，輸出極性應相應變化；4）負載能力：
當負載電流在額定值150ma左右時，輸出電壓的誤差小於±10%；5）過載保護：當負載電流增大到一定值時led1綠色指示燈逐漸變亮，led2逐漸變暗，同時輸出電壓下降。當電流增大到500ma左右時保護電路起作用，led1亮，led2滅。
若負載電流減小則電路恢復正常；6）充電電流:充電通道內不裝電池，置萬用表於直流電流檔，當正負錶筆分別觸及所測通道的正負極時（兩節電池為一組），被測通道充電指示燈亮，所顯示的電流值即為充電電流值。也可用儀器測量1、2、3的測試點。
調整1）若穩壓電源負載在150ma時，輸出電壓誤差大於規定值的±10%時，3伏檔更換r4，6伏檔更換r5，阻值增大電壓公升高，阻值減小電壓降低；2）若要改變充電電流值，可更換r7（r9），阻值增大，充電電流減小。阻值減小，充電電流增大。
中原工學院
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