模擬電子技術課程設計---手機萬能充電器

1、<p>　　題 目：手機萬能充電器 </p><p>　　班 級： 電氣091 </p><p>　　組 別： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　設計時間： 2011.7.6 — 2011.7.15 </

2、p><p><b>　　手機萬能充電器</b></p><p><b>　　一、引言</b></p><p><b>　　1、選題意義</b></p><p>　　由于手機的迅速普及及其在人們生產生活中所發(fā)揮的越來越重要的作 用，為外出未攜帶手機充電器的人提供便捷安

3、全的手機充電服務，就顯得尤為迫切。而服務商需要的是一種物美價廉的手機萬能充電器，以便得到更好的效益，因此，市場急需手機萬能充電器，以滿足人們的需要。通過制作此電路，讓我們了解電子產品的生產試制過程，訓練我們的動手能力，培養(yǎng)工程實踐觀念。使我們了解電子產品的生產工藝流程，熟悉電子工藝的一般知識和掌握基本的技能，增強我們的創(chuàng)意意識和知識運用能力，為今后走上實際工作崗位打下堅實的基礎。</p><p><b>

4、;　　2、設計目標</b></p><p>　　通過對手機萬能充電器的設計與制作，熟悉掌握常用手機萬能充電器的工作原理及電路原理，學會常見故障判斷方法，應用所學的電子技術及電路分析等知識以完成電子元器件市場調研與制作的課程設計，有效的提高自己的動手能力，將理論知識與實際操作相結合，以達到對所學專業(yè)基礎知識的鞏固與加深， 達到對電子知識更好的掌握和實際應用。 </p><p>　

5、　掌握故障判斷及調制；</p><p>　　認識了解各種電子元件的作用及其參數，正確選用各電子元件；</p><p>　　熟悉電阻的限流保護作用，了解變壓器的變壓關系及制作過程；</p><p>　　了解萬能充電器的制作過程；</p><p>　　熟悉焊接技巧和方法，合理安裝電路；</p><p>　　增強動手能力，培

6、養(yǎng)創(chuàng)造能力、團隊協(xié)作的實踐觀念；</p><p>　　熟悉手機充電器的工作原理以及電路結構；</p><p>　　通過親自動手操作加深對所學知識的理解；</p><p><b>　　3、小組成員及分工</b></p><p>　　表1 小組成員分工表</p><p><b>　　二、

7、基本原理 </b></p><p>　　本電路由開關電源和充電電路兩部分組成，如圖一所示：</p><p>　　1、開關電源.開關電源是一種利用開關功率器件并通過功率變換技術而支出的直流穩(wěn)壓電源，對電網電壓及頻率的變化適應性強等特點。當接入電源后，通過整流二極管D1、R1給開關Q1提供啟動電流，使Q1開始導通，其集電極電流IC在L1中線性增長，在L2中感應出使Q1基極為正、發(fā)射

8、極為負的正反饋電壓使Q1很快飽和。與此同時，感應電壓給C2充電，隨著C2充電電壓的升高，Q1基極電位逐漸變低，致使Q1退出飽和區(qū)，IC開始減小，在L2中感應出使Q1基極為負，發(fā)射極為正的電壓，使Q1迅速截止，這時，二極管D1導通，高頻電壓器T初級繞組中的儲能釋放給負載。當Q1截止時，L2中沒有感應電壓，直流供電輸入電壓又經R1給C2反向充電，逐漸提高Q1基極電位，使其重新導通，再次翻轉達到飽和狀態(tài)，電路就這樣重復振蕩下去，就像單端反激式

9、開關電源一樣，有電壓器T的初級繞組而負載輸出所需要的電壓，在C3的兩端獲得6—9V的直流電供電電路工作。</p><p>　　2、充電電路：LED2紅色發(fā)光管與R5和IC第3管腳組成充電指示電路LED1與IC的第四管腳組成電池的檢測電路，LED3與IC第2管腳組成的充電飽和指示電路。</p><p>　　充電卡針處輸出正常情況下OUT1為負極，OUT2為正極。當兩個極性接入電池后它可隨著電

10、池的極性而改變極性，這時由于IC內部自動識別記得電路在起作用，保證充電回路自動工作。</p><p><b>　　三、 電路圖</b></p><p>　　圖1 手機充電器電路圖</p><p><b>　　四、主要元器件介紹</b></p><p><b>　　1、555芯片</b

11、></p><p>　　555定時器是一種模擬電路和數字電路相結合的中規(guī)模集成器件，它性能優(yōu)良，適用范圍很廣，外部加接少量的阻容元件可以很方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，以及不需外接元件就可組成施密特觸發(fā)器。因此集成555定時被廣泛應用于脈沖波形的產生與變換、測量與控制等方面。</p><p>　　本實驗根據555定時器的功能強以及其適用范圍廣的特點，設計實驗研究它的內部特性和簡

12、單應用。</p><p>　　555 定時器是一種模擬和數字功能相結合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為555， 555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，輸出驅動電流約為200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。 555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈

13、沖產生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC /3 和 2VCC /3</p><p>　　圖2  555定時器內部方框圖</p><p>　　多諧振蕩器是能產生矩形波的一種自激振蕩器電路，由于矩形波中除

14、基波外還含有豐富的高次諧波，故 稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之 間來回轉換，故又稱它為無穩(wěn)態(tài)電路。由555定時器構成的多諧振蕩器如圖1所示，R1，R2和C是外接定時元件，電路中將高電平觸發(fā)端（6腳） 和低電平觸發(fā)端（2腳）并接后接到R2和C的連接處，將放電端（7腳）接到R1，R2的連接處。由于接通電源瞬間，電容C來不及充電，電容器兩端電壓uc為低電平，小于（1/3）Vcc，故

15、高電平觸發(fā) 端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出uo為高電平，放電管VT截止。這時，電源經R1，R2對電容C充電，使電壓uc按指數規(guī)律上升，當uc上升到（2/3）Vcc時，輸出uo為低電平，放電管VT導通，把uc從（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc這段時間內電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時間TPH的長短與電容的充電時間有關 。充電時間常數T充=（R1＋R2）C。不難理解，接通電源后，電 路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉，則輸出可得矩形波

16、。電路一旦起振后，uc電壓總是在（1/3～2/3）Vcc 之</p><p><b>　　(b)</b></p><p>　　圖3 555定時器構成的多諧振蕩器電路及工作波形</p><p>　?。?）組成施密特觸發(fā)器</p><p>　　電路如圖4 所示，只要將腳2和6連在一起作為信號輸入端，即得到施密特觸發(fā)器。圖5

17、畫出了Vs、Vi和Vo的波形圖。</p><p>　　設被整形變換的電壓為正弦波Vs,其正半波通過二極管D同時加到555定時器的2腳和六腳，得到的Vi為半波整流波形。當Vi上升到 Vcc時，Vo從高電平轉換為低電平；當Vi下降到 Vcc時，Vo又從低電平轉換為高電平。</p><p><b>　　回差電壓：</b></p><p><b&

18、gt;　　ΔV= </b></p><p>　　2、555構成多諧振蕩器 </p><p>　　由555定時器和外接元件R1、R2、C構成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號，利用電源通過R1、R2向C充電，以及C通過R2向放電端Dc放電，使電路產生振蕩。電容C在 Vcc和 Vcc之間充電和放電，從而在輸出端得到一系

19、列的矩形波，對應的波形如圖7 所示。</p><p>　　圖6 555構成多諧振蕩器   圖7 多諧振蕩器的波形圖 </p><p>　　輸出信號的時間參數是：</p><p><b>　　T + </b></p><p><b>　　

20、=0.7( )C</b></p><p>　　其中，tw1為VC由 Vcc上升到 Vcc所需的時間,tw2為電容C放電所需的時間。555電路要求R1與R2均應不小于1KΩ，但兩者之和應不大于3.3MΩ。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強的功率輸出能力。因此，這種形式的多諧振蕩器應用很廣。</p><p>　　

21、一般多諧振蕩器分為以下四個階段:</p><p>　　(1) 暫穩(wěn)態(tài)(O~tl):電容C充電,充電回路為VDD→R1→R2→C→地,充電時間常數為為τ1=(R1+R2)C,電容C上的電壓uc隨時間t按指數規(guī)律上升,此階段內輸出電壓uo穩(wěn)定在高電平。</p><p>　　(2) 自動翻轉 I(t=tl): 當電容上的電壓 uc上升到了VDD時,由于555定時器內S=0,R=1,使觸發(fā)器狀態(tài)Q

22、由1變?yōu)?,由0變成1,輸出電壓uo由高電平跳變?yōu)榈碗娖?電容C中止充電。</p><p>　　(3)暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ(t1~t2):由于此刻==1,因此放電管V飽和導通,電容C放電,放電回路為C→R2→放電管V→地,放電時間常數τ2=R2C(忽略V管的飽和電阻),電容電壓uc按指數規(guī)律下降,同時使輸出維持在低電平上。</p><p>　　(4)自動翻轉Ⅱ(t=t2): 當電容上的電壓uc下降到了

23、VDD時,由于555定時器內S=1,R=0,使觸發(fā)器狀態(tài)Q由0變?yōu)?,由1變成0,輸出電壓uo由低電平跳變到高電平,電容 C 中止放電。</p><p>　　由于等于0,放電管截止,電容C又開始充電,進入暫穩(wěn)態(tài) I。</p><p>　　以后,電路重復上述過程,電路沒有穩(wěn)態(tài),只有兩個暫穩(wěn)態(tài),它們交替變化,輸出連續(xù)的矩形波脈沖信號。</p><p><b>

24、　　3、時基電路</b></p><p>　　集成時基電路稱為集成定時器，是一種數字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，其應用十分廣泛。它是一種產生時間延遲和多種脈沖信號的電路，由于內部電壓標準使用了三個5K電阻，故取名555電路。</p><p><b>　　4、變壓器</b></p><p>　　變壓器利用電磁感應的原理來改變交流電壓

25、的裝置，主要構件是初級線圈、次級線圈和鐵心（磁芯）。在電器設備和無線電路中，常用作升降電壓、匹配阻抗，安全隔離等。變壓器的功能主要有：電壓變換；電流變換，阻抗變換；隔離；穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）；自耦變壓器；高壓變壓器（干式和油浸式）等，變壓器常用的鐵芯形狀一般有E型和C型鐵芯，XED型，ED型CD型。</p><p>　　變壓器按用途可以分為：配電變壓器、電力變壓器、全密封變壓器、組合式變壓器、干式變壓器、單相變壓

26、器、電爐變壓器、整流變壓器、電抗器、抗干擾變壓器、防雷變壓器、箱式變電器、試驗變壓器、轉角變壓器、大電流變壓器、勵磁變壓器 。</p><p>　　變壓器的最基本型式，包括兩組繞有導線之線圈，并且彼此以電感方式稱合一起。當一交流電流(具有某一已知頻率)流于其中之一組線圈時，于另一組線圈中將感應出具有相同頻率之交流電壓，而感應的電壓大小取決于兩線圈耦合及磁交鏈之程度。</p><p>　　一

27、般指連接交流電源的線圈稱之為「一次線圈」(Primary coil)；而跨于此線圈的電壓稱之為「一次電壓」。在二次線圈的感應電壓可能大于或小于一次電壓，是由一次線圈與二次線圈間的「匝數比」所決定的。因此，變壓器區(qū)分為升壓與降壓變壓器兩種。</p><p>　　大部分的變壓器均有固定的鐵芯，其上繞有一次與二次的線圈?；阼F材的高導磁性，大部分磁通量局限在鐵芯里，因此，兩組線圈藉此可以獲得相當高程度之磁耦合。在一些變

28、壓器中，線圈與鐵芯二者間緊密地結合，其一次與二次電壓的比值幾乎與二者之線圈匝數比相同。因此，變壓器之匝數比，一般可作為變壓器升壓或降壓的參考指標。由于此項升壓與降壓的功能，使得變壓器已成為現代化電力系統(tǒng)之一重要附屬物，提升輸電電壓使得長途輸送電力更為經濟，至于降壓變壓器，它使得電力運用方面更加多元化。</p><p>　　五、元件市場調研與選擇</p><p>　　表2 元器件調研情況表

29、</p><p><b>　　六、制作與調試</b></p><p><b>　　1、電路板的安裝</b></p><p>　　（1）焊接工藝與要求</p><p>　　焊接時，焊點用錫量適中，整個電路板上的焊點應要均勻，光亮，無虛焊，假焊的現象，焊點應該是圓球形的。</p><

30、p><b>　　（2）安裝順序</b></p><p>　　a) 電路板上的元器件進行臥式安裝，在安裝重要注意二極管，三極管和電解電容的極性，安裝完成后可進行焊接。</p><p>　　b) 按照電路圖將元器件合理分布，以方便焊接。</p><p>　　c) 將各元件安裝好后進行連線，連線時要盡量簡潔直觀，導線盡量不要交叉，以方便出現故障

31、后檢查。</p><p>　　d) 線路搭接后進行焊接，焊接盡量好看光亮，不要和鄰近的接點短接。e) 焊接好后，把每個線頭的多余的部分剪掉，以保證線頭不能有毛刺。</p><p>　　2、安裝焊接時注意的事項</p><p>　　注意所有元件的高度適中，檢查元件分布是否合理。</p><p>　?。?）分辨好二極管、三極管的極性。</p

32、><p>　　（2）區(qū)分各種元件的型號規(guī)格，正確選用和識別，切記誤用。</p><p>　　（3）導線接在正面焊接在反面，這樣直觀大方，檢查方便，導線最好不要相交，導線密集處要套上絕緣皮。</p><p>　?。?）焊接所有元器件時，切記不要和相鄰的接點接在一起。</p><p>　?。?）總安裝完畢后，按原理圖、線路板及工藝要求檢查整體安裝情況

33、，著重檢測導線、元器件及焊點有無虛焊鍛焊及缺陷。</p><p><b>　　七、設計小結</b></p><p>　　本次實習只有一周的時間。有九人組成的小組共同完成一個課題，我擔任小組的組長，負責組員的分配任務，在整個過程中，只要電路圖的設計，元器件的采購以及安裝調試等工作。</p><p>　　我覺得實習要達到的目的有以下幾點：</

34、p><p>　　一、實習主要將理論知識與實踐結合起來的過程，將所學知識應用于生活，更好的掌握理論。</p><p>　　二、增強自主動手能力，培養(yǎng)團隊協(xié)作工作的精神。</p><p>　　由于是第一次實習，難免會碰到棘手的問題，所以在當時在設計電路圖時特意找了電路結構不是很復雜的電路，主要是讓大家通過本次實習掌握基本的動手能力。但是這個很不復雜的電路就碰到了很多的問題，

35、比如元器件購買時沒有2.2μF的電解電容，我們組費了很大的力氣才買到，市場上沒有做好的變壓器。我們只能自己制作，但是自己制作的不是不能用就是誤差很大，還有，平時之間電路圖不管期間之間的聯(lián)系，但到了真正連接時發(fā)現注意的東西實在太多了。由于該電路是220V輸入，所以在調試過程中需要特別的注意安全。</p><p>　　本次實習讓我受益匪淺的小組成員的協(xié)作精神，先大家商量制定基本方案，在分配成員購買期間，然后互相配合安

36、裝焊接，制作過程中互相商量，相互商量，萬物按時一條龍的工作模式，很順利。這樣的工作要通過一兩個人完成顯然是很困難，只能通過團隊協(xié)作才能成功，這也是現代社會的發(fā)展的趨勢，這也要求我們在平時就有這種工作能力。</p><p>　　通過這次實習，讓我學到了很多，了解了很多，也發(fā)現了很多存在的問題，自己欠缺的問題很多，要將理論和實踐聯(lián)系起來還是很困難的，只講理論只能是紙上談兵，毫無價值，只有通過自己親自動手之后，才能更好

37、的掌握每個元器件的工作原理和電路的電路結構。此次實習也告訴我，在學課本知識時，一定要融會貫通，不能一知半解。</p><p>　　八、問題分析及故障排除</p><p><b>　　1、首次檢查電路</b></p><p>　　元器件分布合理，二極管極性合適，三極管極性合適，各種元器件分配合適，都按照不同型號根據電路圖正確連接了起來，電阻器件沒

38、有混淆，確定導線接在正面焊接在反面，直觀大方，檢查方便，且導線沒有相交，導線密集處都套上了絕緣皮。焊接所有元器件時，沒有和相鄰的接點接在一起，最后我們按照原理圖、線路板、電路圖及工藝要求檢查了整體安裝情況，著重檢測導線、元器件及焊點有無虛焊鍛焊及缺陷，首次檢查結果未發(fā)現錯誤。</p><p><b>　　2、電路檢測</b></p><p>　　分段檢查電路：輸入22

39、0V交流電，整流輸出109V直流電，9V交流電，變壓器輸出0V電壓，電阻R2和R4阻值相差過大，原器件選用不合理，變壓器損壞，所以到電路的第一部分整流出的電壓就不合適，再到第二部分就由于變壓器不合適直接斷路了，后續(xù)電路無法工作，所以發(fā)光二極管不亮。</p><p><b>　　3、故障分析</b></p><p>　　故障可能是充電器開關振蕩電路沒有工作所致。在實際檢

40、修過程中，發(fā)現開關管和電阻損壞最多。一般情況下，電池E的充電電路工作電壓較低，其元件損壞的概率不是很大，也就是開關變壓器T1的次級之后電路的損壞概率不是很大；故障也可能是三極管損壞，用正常管子換上后，即可排除故障。如果三極管正常，再用表測電容C1(1000PF／16V)兩端電壓，正常在直流8．5V左右。若電壓正常，應檢查電阻R3或集成塊，集成塊各引腳正常參數如圖二所示。若電壓低，再測開關變壓器T1次級輸出電壓，正常在交流5．5V左右。若

41、電壓正常，說明電容C1或整流二極管損壞；若電壓低，應檢查開關變壓器T1及其前級各元件； 二極管有可能被擊穿，由于其兩端加了過大的電壓，才導致流過的電流過大，從而產生擊穿或燒連/燒斷的，充電器的電壓反饋檢測信號的元件損壞或接觸不良；LED燈原本就有問題，導致飽和燈，檢測燈，工作燈都不能正常工作；焊接時溫度太高燒斷了部分導線，使電路發(fā)生了短路；也有可能是在焊接的過程中形成了虛焊，導致電路無法正常工作；</p><p>

42、;　　檢測結果：元器件選擇不合理，其中R1、R3、R5阻值相差不大，關鍵是R2和R4，其中R2應為4.7K,但實際值為1.92K，R4應為3.3K，但實際值為1.91K，相差過大，變壓器的輸入有電壓，但是輸出沒有電壓，變壓器損壞。</p><p><b>　　九、參考文獻</b></p><p>　　[1]張慶雙主編.電子元器件的選用與檢測.北京：機械工業(yè)出版社。20

43、05年.</p><p>　　[2]李萬成.模擬電子技術基礎實驗與課程實際.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2001年.</p><p>　　[3]李振聲.實驗電子技術.北京：國防工業(yè)出版社，2001年.</p><p>　　[4]高吉祥.模擬電子技術實驗與課程設計.北京：電子工業(yè)出版社，2001年.</p><p>　　[5]張慶雙主編.智能

44、報警與控制使用電路.北京：機械工業(yè)出版社，2009年.</p><p>　　[6]張慶雙主編.新編實用電子電路208例.北京：機械工業(yè)出版社，2009年.</p><p>　　[7]孫余凱、項琦明.精選實用電子電路260例.北京：電子工業(yè)出版社，2007年.</p><p>　　[8]金惠平主編.模擬電子技術實訓教程.北京：科學出版社，2003年.</p>