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1、题 目：手机万能充电器 班 级： 电气091 组 别：第一组 指导教师：任丽苗 设计时间： 2011.7.6 2011.7.15 评语：成绩 手机万能充电器一、引言1、选题意义由于手机的迅速普及及其在人们生产生活中所发挥的越来越重要的作 用，为外出未携带手机充电器的人提供便捷安全的手机充电服务，就显得尤为迫切。而服务商需要的是一种物美价廉的手机万能充电器，以便得到更好的效益，因此，市场急需手机万能充电器，以满足人们的需要。通过制作此电路，让我们了解电子产品的生产试制过程，训练我们的动手能力，培养工程实践观念。使我们了解电子产品的生产工艺流程，熟悉电子工艺的一般知识和掌握基本的技能，增强我们的创
2、意意识和知识运用能力，为今后走上实际工作岗位打下坚实的基础。2、设计目标通过对手机万能充电器的设计与制作，熟悉掌握常用手机万能充电器的工作原理及电路原理，学会常见故障判断方法，应用所学的电子技术及电路分析等知识以完成电子元器件市场调研与制作的课程设计，有效的提高自己的动手能力，将理论知识与实际操作相结合，以达到对所学专业基础知识的巩固与加深， 达到对电子知识更好的掌握和实际应用。 (1) 掌握故障判断及调制；(2) 认识了解各种电子元件的作用及其参数，正确选用各电子元件；(3) 熟悉电阻的限流保护作用，了解变压器的变压关系及制作过程；(4) 了解万能充电器的制作过程；(5) 熟悉焊接技巧和方法
3、，合理安装电路；(6) 增强动手能力，培养创造能力、团队协作的实践观念；(7) 熟悉手机充电器的工作原理以及电路结构；(8) 通过亲自动手操作加深对所学知识的理解；3、小组成员及分工表1 小组成员分工表小组构成学号姓名分工组长元器件确定、安装、焊接、报告修改成员设计、完成实验报告设计、完成实验报告设计、完成实验报告、安装安装市场调研、报告修改调试、故障排除故障排除市场调研二、基本原理 本电路由开关电源和充电电路两部分组成，如图一所示：1、开关电源.开关电源是一种利用开关功率器件并通过功率变换技术而支出的直流稳压电源，对电网电压及频率的变化适应性强等特点。当接入电源后，通过整流二极管D1、R1给
4、开关Q1提供启动电流，使Q1开始导通，其集电极电流IC在L1中线性增长，在L2中感应出使Q1基极为正、发射极为负的正反馈电压使Q1很快饱和。与此同时，感应电压给C2充电，随着C2充电电压的升高，Q1基极电位逐渐变低，致使Q1退出饱和区，IC开始减小，在L2中感应出使Q1基极为负，发射极为正的电压，使Q1迅速截止，这时，二极管D1导通，高频电压器T初级绕组中的储能释放给负载。当Q1截止时，L2中没有感应电压，直流供电输入电压又经R1给C2反向充电，逐渐提高Q1基极电位，使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复振荡下去，就像单端反激式开关电源一样，有电压器T的初级绕组而负载输出所需要的电
5、压，在C3的两端获得69V的直流电供电电路工作。2、充电电路：LED2红色发光管与R5和IC第3管脚组成充电指示电路LED1与IC的第四管脚组成电池的检测电路，LED3与IC第2管脚组成的充电饱和指示电路。充电卡针处输出正常情况下OUT1为负极，OUT2为正极。当两个极性接入电池后它可随着电池的极性而改变极性，这时由于IC内部自动识别记得电路在起作用，保证充电回路自动工作。三、 电路图图1 手机充电器电路图四、主要元器件介绍1、555芯片555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和多谐振荡器，以及不需
6、外接元件就可组成施密特触发器。因此集成555定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。本实验根据555定时器的功能强以及其适用范围广的特点，设计实验研究它的内部特性和简单应用。555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555， 555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。 555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为
7、定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3图2 555定时器内部方框图多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故 称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之 间来回转换，故又称它为无稳态电路。由555定时器构成的多谐振荡器如图1所示，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚） 和低电平触发端（2脚）并接后接
8、到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发 端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C充电，使电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关 。充电时间常数T充=（R1R2）C。不难理解，接通电源后，电 路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振
9、后，uc电压总是在（1/32/3）Vcc 之间变化。图3（b）所示为工作波形。(a) (b)图3 555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形（1）组成施密特触发器电路如图4 所示，只要将脚2和6连在一起作为信号输入端，即得到施密特触发器。图5 画出了Vs、Vi和Vo的波形图。设被整形变换的电压为正弦波Vs,其正半波通过二极管D同时加到555定时器的2脚和六脚，得到的Vi为半波整流波形。当Vi上升到Vcc时，Vo从高电平转换为低电平；当Vi下降到Vcc时，Vo又从低电平转换为高电平。回差电压：V= 图4 555构成施密特触发器 图5 555构成施密特触发器的波形图2、555构成多谐振荡器由555
10、定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端Dc放电，使电路产生振荡。电容C在Vcc和Vcc之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，对应的波形如图7 所示。图6 555构成多谐振荡器 图7 多谐振荡器的波形图 输出信号的时间参数是：T+=0.7()C其中，tw1为VC由Vcc上升到Vcc所需的时间,tw2为电容C放电所需的时间。555电路要求R1与R2均应不小于1K，但两者之和应不大于3.3M。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少
11、量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此，这种形式的多谐振荡器应用很广。一般多谐振荡器分为以下四个阶段:(1) 暂稳态(Otl):电容C充电,充电回路为VDDR1R2C地,充电时间常数为为1=(R1+R2)C,电容C上的电压uc随时间t按指数规律上升,此阶段内输出电压uo稳定在高电平。 (2) 自动翻转 I(t=tl): 当电容上的电压 uc上升到了VDD时,由于555定时器内S=0,R=1,使触发器状态Q由1变为0,由0变成1,输出电压uo由高电平跳变为低电平,电容C中止充电。 (3)暂稳态(t1t2):由于此刻=1,因此放电管V饱和导通,电容C放电,放电回路为CR2
12、放电管V地,放电时间常数2=R2C(忽略V管的饱和电阻),电容电压uc按指数规律下降,同时使输出维持在低电平上。 (4)自动翻转(t=t2): 当电容上的电压uc下降到了VDD时,由于555定时器内S=1,R=0,使触发器状态Q由0变为1,由1变成0,输出电压uo由低电平跳变到高电平,电容 C 中止放电。由于等于0,放电管截止,电容C又开始充电,进入暂稳态 I。以后,电路重复上述过程,电路没有稳态,只有两个暂稳态,它们交替变化,输出连续的矩形波脉冲信号。3、时基电路集成时基电路称为集成定时器，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，其应用十分广泛。它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于
13、内部电压标准使用了三个5KW电阻，故取名555电路。4、变压器变压器利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹配阻抗，安全隔离等。变压器的功能主要有：电压变换；电流变换，阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）；自耦变压器；高压变压器（干式和油浸式）等，变压器常用的铁芯形状一般有E型和C型铁芯，XED型，ED型CD型。变压器按用途可以分为：配电变压器、电力变压器、全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、单相变压器、电炉变压器、整流变压器、电抗器、抗干扰变压器、防雷变压器、箱式变电器、试验变压器、转角变压器、大电流变
14、压器、励磁变压器 。变压器的最基本型式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式称合一起。当一交流电流(具有某一已知频率)流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。一般指连接交流电源的线圈称之为一次线圈(Primary coil)；而跨于此线圈的电压称之为一次电压。在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈间的匝数比所决定的。因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。大部分的变压器均有固定的铁芯，其上绕有一次与二次的线圈。基于铁材的高导磁性，大部分磁通量局限在铁芯里，因此，两组线圈藉此可以获得相当
15、高程度之磁耦合。在一些变压器中，线圈与铁芯二者间紧密地结合，其一次与二次电压的比值几乎与二者之线圈匝数比相同。因此，变压器之匝数比，一般可作为变压器升压或降压的参考指标。由于此项升压与降压的功能，使得变压器已成为现代化电力系统之一重要附属物，提升输电电压使得长途输送电力更为经济，至于降压变压器，它使得电力运用方面更加多元化。五、元件市场调研与选择表2 元器件调研情况表名称符号型号规格价格（元）数量调研地点是否选用电阻R100.21电子商贸城否1000.21电子商贸城是3.3K0.21电子商贸城是4.7K0.21电子商贸城是10K0.21电子商贸城否1M0.21电子商贸城是2M0.21电子商贸城
16、否瓷片电容C1.20.21电子商贸城是4.7uF0.21电子商贸城否1040.21电子商贸城是4030.23电子商贸城否电解电容C2.2uF0.31电子商贸城是100uF0.31电子商贸城否220uF0.41电子商贸城是三级管Q130013.01电子商贸城是130033.01电子商贸城否集成块IC专用2.01电子商贸城是二极管D1N40010.51电子商贸城否1N40070.51电子商贸城是1N40080.51电子商贸城否1N41480.51电子商贸城是稳压管ZD12V0.21电子商贸城否6.2V0.21西子商贸城是发光二极管LED3绿0.52电子商贸城是5绿0.52电子商贸城否3红0.52电
17、子商贸城是5红0.51电子商贸城否变压器TEe10六角2.01电子商贸城是线路板PCB2.01电子商贸城是导线1.03电子商贸城是焊锡2.53电子商贸城是自功丝2.3*80.21电子商贸城是2.3*120.21电子商贸城是1.8*70.22电子商贸城是总价15.9六、制作与调试1、电路板的安装（1）焊接工艺与要求焊接时，焊点用锡量适中，整个电路板上的焊点应要均匀，光亮，无虚焊，假焊的现象，焊点应该是圆球形的。（2）安装顺序a) 电路板上的元器件进行卧式安装，在安装重要注意二极管，三极管和电解电容的极性，安装完成后可进行焊接。b) 按照电路图将元器件合理分布，以方便焊接。c) 将各元件安装好后进
18、行连线，连线时要尽量简洁直观，导线尽量不要交叉，以方便出现故障后检查。d) 线路搭接后进行焊接，焊接尽量好看光亮，不要和邻近的接点短接。e) 焊接好后，把每个线头的多余的部分剪掉，以保证线头不能有毛刺。2、安装焊接时注意的事项注意所有元件的高度适中，检查元件分布是否合理。（1）分辨好二极管、三极管的极性。（2）区分各种元件的型号规格，正确选用和识别，切记误用。（3）导线接在正面焊接在反面，这样直观大方，检查方便，导线最好不要相交，导线密集处要套上绝缘皮。（4）焊接所有元器件时，切记不要和相邻的接点接在一起。（5）总安装完毕后，按原理图、线路板及工艺要求检查整体安装情况，着重检测导线、元器件及焊
19、点有无虚焊锻焊及缺陷。七、设计小结本次实习只有一周的时间。有九人组成的小组共同完成一个课题，我担任小组的组长，负责组员的分配任务，在整个过程中，只要电路图的设计，元器件的采购以及安装调试等工作。我觉得实习要达到的目的有以下几点：一、实习主要将理论知识与实践结合起来的过程，将所学知识应用于生活，更好的掌握理论。二、增强自主动手能力，培养团队协作工作的精神。由于是第一次实习，难免会碰到棘手的问题，所以在当时在设计电路图时特意找了电路结构不是很复杂的电路，主要是让大家通过本次实习掌握基本的动手能力。但是这个很不复杂的电路就碰到了很多的问题，比如元器件购买时没有2.2F的电解电容，我们组费了很大的力气
20、才买到，市场上没有做好的变压器。我们只能自己制作，但是自己制作的不是不能用就是误差很大，还有，平时之间电路图不管期间之间的联系，但到了真正连接时发现注意的东西实在太多了。由于该电路是220V输入，所以在调试过程中需要特别的注意安全。本次实习让我受益匪浅的小组成员的协作精神，先大家商量制定基本方案，在分配成员购买期间，然后互相配合安装焊接，制作过程中互相商量，相互商量，万物按时一条龙的工作模式，很顺利。这样的工作要通过一两个人完成显然是很困难，只能通过团队协作才能成功，这也是现代社会的发展的趋势，这也要求我们在平时就有这种工作能力。通过这次实习，让我学到了很多，了解了很多，也发现了很多存在的问题
21、，自己欠缺的问题很多，要将理论和实践联系起来还是很困难的，只讲理论只能是纸上谈兵，毫无价值，只有通过自己亲自动手之后，才能更好的掌握每个元器件的工作原理和电路的电路结构。此次实习也告诉我，在学课本知识时，一定要融会贯通，不能一知半解。八、问题分析及故障排除1、首次检查电路元器件分布合理，二极管极性合适，三极管极性合适，各种元器件分配合适，都按照不同型号根据电路图正确连接了起来，电阻器件没有混淆，确定导线接在正面焊接在反面，直观大方，检查方便，且导线没有相交，导线密集处都套上了绝缘皮。焊接所有元器件时，没有和相邻的接点接在一起，最后我们按照原理图、线路板、电路图及工艺要求检查了整体安装情况，着重
22、检测导线、元器件及焊点有无虚焊锻焊及缺陷，首次检查结果未发现错误。2、电路检测分段检查电路：输入220V交流电，整流输出109V直流电，9V交流电，变压器输出0V电压，电阻R2和R4阻值相差过大，原器件选用不合理，变压器损坏，所以到电路的第一部分整流出的电压就不合适，再到第二部分就由于变压器不合适直接断路了，后续电路无法工作，所以发光二极管不亮。3、故障分析故障可能是充电器开关振荡电路没有工作所致。在实际检修过程中，发现开关管和电阻损坏最多。一般情况下，电池E的充电电路工作电压较低，其元件损坏的概率不是很大，也就是开关变压器T1的次级之后电路的损坏概率不是很大；故障也可能是三极管损坏，用正常管
23、子换上后，即可排除故障。如果三极管正常，再用表测电容C1(1000PF16V)两端电压，正常在直流85V左右。若电压正常，应检查电阻R3或集成块，集成块各引脚正常参数如图二所示。若电压低，再测开关变压器T1次级输出电压，正常在交流55V左右。若电压正常，说明电容C1或整流二极管损坏；若电压低，应检查开关变压器T1及其前级各元件； 二极管有可能被击穿，由于其两端加了过大的电压，才导致流过的电流过大，从而产生击穿或烧连/烧断的，充电器的电压反馈检测信号的元件损坏或接触不良；LED灯原本就有问题，导致饱和灯，检测灯，工作灯都不能正常工作；焊接时温度太高烧断了部分导线，使电路发生了短路；也有可能是在焊
24、接的过程中形成了虚焊，导致电路无法正常工作；检测结果：元器件选择不合理，其中R1、R3、R5阻值相差不大，关键是R2和R4，其中R2应为4.7K,但实际值为1.92K，R4应为3.3K，但实际值为1.91K，相差过大，变压器的输入有电压，但是输出没有电压，变压器损坏。九、参考文献1张庆双主编.电子元器件的选用与检测.北京：机械工业出版社。2005年.2李万成.模拟电子技术基础实验与课程实际.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2001年.3李振声.实验电子技术.北京：国防工业出版社，2001年.4高吉祥.模拟电子技术实验与课程设计.北京：电子工业出版社，2001年.5张庆双主编.智能报警与控制使用电路.北京：机械工业出版社，2009年.6张庆双主编.新编实用电子电路208例.北京：机械工业出版社，2009年.7孙余凯、项琦明.精选实用电子电路260例.北京：电子工业出版社，2007年.8金惠平主编.模拟电子技术实训教程.北京：科学出版社，2003年.
