充电器和稳压电源两用电路的装配与调试 项目要求 通过制作此电路,学生应了解电子产品的生产制作全过程,训练动手能力,培养学生的工程实践观念. 【技能目标】 (1)会分析电路图,能说出每个元器件的名称和作用. (2)能对元器件进行检测,熟悉检测方法. (3)能绘制印制电路板图,要求元器件分布合理. (4)能按照装配工艺装配元件. (5)会调试电路使之达到设计指标. 项目相关知识 充电器和稳压电源两用电路可将220V交流电源转换成3~6V的直流稳压电源,既可作为收音机等小型电器的外接电源,又可对l~5节可充电电池进行恒流充电,性能优于市场销售的一般充电器,具有较高的性价比,是一种用途广泛的实用电器.这个电路的元器件和外壳可以采用产品套件,也可以自己设计和制作. 1.充电器和稳压电源主要性能指标 ①输入电压:交流220V. 输出电压(直流稳压):分3挡(3V、4.5V、6V),各挡误差为±10%. ②输出直流电流:额定值150mA,最大值300mA. ③具有过载、短路保护,故障消除后自动恢复正常工作. ④充电恒定电流:60mA(±10%),可对1-5节5号可充电电池进行充电,充电时间约l0-11h. 2.电路工作原理 充电器和稳压电源两用电路的电路原理图如图1所示. 图1 充电器和稳压电源两用电路的电路原理图 变压器T及二极管VDl-VD4、电容Cl构成典型的桥式整流、电容滤波电路,在稳压电路中若去掉R2及LEDl,则是典型的串联稳压电路,其中LED2兼做电源指示及基准稳压管,当流经该发光二极管的电流变化不大时,其正向压降较为稳定,约为1.9V,但此值会因发光二极管的规格不同而有所不同,对同一种发光二极管则变化不大,因此发光二极管可作为低电压稳压管来使用.R2和LEDl组成简单的过载和短路保护电路,LED1还兼做电流过载指示.当输出过载(输出电流增大)时,R2上的压降增大,当增大到一定数值后会使LED1导通,使调整管VT5、VT6的基极电流不再增大,限制了输出电流的增加,起到了限流保护作用. K1为输出电压选择开关,K2为输出电压极性变换开关. VT8、VT9、VTl0及其相应元器件组成三路完全相同的恒流源电路,以VT8单元为例,LED,在该处兼做稳压和充电指示作用,VT11.可防止将充电电池的极性接错,通过电阻R8的电流(即输出电流)可近似的表示为: 其中:I0——输出电流; Ube——T4的基极和发射极间的压降(约0.7V); UZ——LED3上的正向压降,取l.9V. 由此可见输出电流I0的值主要取决于UZ的稳定性,而与负载的大小无关,这实现了充电电路的恒流特性. 由上式可知,改变电路中R8的大小即可调节输出电流的大小,因此该电路也可改为大电流快速充电方式工作,但大电流充电会影响充电电池的寿命.若减小该电路的充电电流即可对7号电池进行充电.当增大输出电流时可在VT8的C-E极之间并联一个电阻(电阻值约数十欧),以减小VT8的功耗. 项目实施 【项目实施器材】 (1)充电器和稳压电源两用电路套件(清华科教仪器厂有售) 1套/人. (2)万用表 1只/人. (3)直流稳压电源 l台/人. (4)焊接工具 l套/人. 【项目实施步骤】 1.元器件的识别与检测 全部元器件在装配前必须按照清单进行查点,然后用万用表对所有的元器件进行测试检查,检查合格后再进行装配. 2.设计制作印制电路板 该电路在设计印制电路板时要考虑到实用性,设计成A、B两块印制电路板为好.参考印制电路板如图2所示,也可自己进行设计. 图2 参考印制电路板的设计图 3.元器件的装配和焊接 (1)印制电路板A上元器件的装配和焊接 印制电路板A上的元器件全部进行卧式装配,在装配中要注意二极管、三极管和电解电容的极性,元器件卧式装配的结果应如图3所示,装配完成后可进行焊接. 图3 元器件卧式装配的结果 (2)印制电路板B上元器件的焊接 ①先将开关K1、K2从B板的元件面插入,且必须装到底. ②发光二极管LED1~LED5的焊接高度一定要如图4(a)所示,要求发光二极管顶部距离印制电路板高度为l3.5-14mm,保证让5个发光管露出机壳2mm左右,且排列整齐.要注意发光二极管的颜色和极性.也可先不焊接LED,将LED插入8板装入机壳调好位置后再进行焊接. 图4 发光二极管LEDl-LED5的焊接高度和排线长度 4.焊接连接导线 先将l5根排线的8端(如图4所示)与印制电路板上序号为l~15的焊盘按顺序进行焊接.排线的两端必须先进行镀锡处理后才能焊接,排线的长度要适当.左右两边各5根线(即1~5、11~15)分别依次剪成均匀递减的形状.再按图将排线中的所有线段分开,并将15根排线的两头剥去线皮2-3mm,然后把每个线头的多股线芯绞合后镀锡,要保证线头不能有毛刺. (1)焊接十字插头线CT2 注意十字插头有白色标记的线必须焊在有X标记的焊盘上. (2)焊接开关K2旁边的短接线J9 (3)装接电池夹的正极片和负极弹簧 ①将电池夹的正极片凸面向下,将Jl、J2、J3、J4、J5五根导线分别焊在正极片的凹面焊接点上,正极片的焊点处应先进行镀锡,然后将正极片插入外壳插槽中,再将极片弯曲90o,如图5(a)所示. 图5 正极片和塔簧的焊接和装配 ②装配负极弹簧(即塔簧).在距塔簧第一圈起始点5mm处镀锡,分别将J6、J7、J8三根导线与塔簧进行焊接,如图5(b)所示. ③电源线的连接.把电源线CT.焊接至变压器交流220V的输入端,一定要将两个接点用热缩管进行绝缘,热缩管套上后须加热两端,使其收缩固定,如图6所示. 图6 电源线的接点用热缩管进行绝缘 ④焊接A板与8板以及变压器上的所有连线.将变压器副边的引出线焊接至A板的T-1、 T-2;将8板与A板用15根排线对号按顺序进行焊接. ⑤焊接印制电路板8与电池片之间的连线.将J1、J2、J3、J6、J7、J8分别焊接在B板的相应点上. 5.进行整机装接 以上装配和焊接步骤全部完成后,按图1进行检查,确定正确无误后,再进行整机装接. 按下述步骤将板插入机壳. ①将焊好的正极片先插入机壳的正极片插槽内,然后将其弯曲90o. ②将塔簧插入槽内,要保证焊点在上面.在插左右两个塔簧前,应先将J4、J5两根线焊接在塔簧上后再插入相应的槽内. ③将变压器副边引出线放入机壳的固定槽内. ④用M2.5的自攻钉固定8板的两端. 6.通电检查和技术指标的检测调试 (1)先进行目视检验 总装完毕,按原理图及工艺要求检查整机装配情况,着重检查电源线、变压器连线、输出连线及A和B两块印制电路板的连线是否正确、可靠,连线与印制电路板相邻导线及焊点有无短路及其他缺陷. (2)通电检测 ①电压可调功能的检查:在十字头输出端测输出电压(注意电压表极性),所测电压应与面板指示相对应.拨动开关K1,输出电压应相应变化(与面板标称值误差在±10%为正常),并记录该值. ②极性转换功能的检查:按面板所示开关K2位置,检查电源输出电压极性能否转换,应与面板所示位置相吻合. ③带负载能力的检查:用一个47Ω/2W以上的电位器作为负载,接到直流电压输出端,串接万用表500mA挡.调节电位器,使输出电流为额定值150mA;用连接线替下万用表,测此时的输出电压(注意将万用表换成电压挡).将所测电压与①中所测值比较,各挡电压下降均应小于0.3V. ④过载保护功能的检查:将万用表DC500mA挡串入电源负载回路,逐渐减小电位器阻值,面板指示灯A应逐渐变亮.电流逐渐增大到一定数时(大于500毫安)不再增大,则保护电路起作用.当增大阻值后,指示灯A熄灭,恢复正常供电. ⑤充电功能的检测:用万用表DC 250mA(或数字表200mA挡)作为充电负载代替被充电电池,LED3-LED5应按面板指示位置相应点亮,电流值应为60mA(误差为±l0%).注意表笔不可接反,也不得接错位置,否则没有电流.稳压电源和充电器的面板功能和充电功能检测示意图如图7所示. 图7 稳压电源和充电器的面板功能和充电电源检测示意图 稳压电源和充电器两用电路的整机装配图如图8所示. 图8 稳压电源和充电器两用电路的整机装配图 【项目实训报告】 (1)画出本次实训所用稳压电源和充电器两用电路的电路原理图、整机布局图、整机电路配线接线图. (2)写出各部分电路的工作原理及性能分析. (3)对出现的故障进行分析. (4)记录测量数据. (5)写出实训体会.
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充电器和稳压电源两用电路的装配与调试 项目要求 通过制作此电路,学生应了解电子产品的生产制作全过程,训练动手能力,培养学生的工程实践观念. 【技能目标】 (1)会分析电路图,能说出每个元器件的名称和作用. (2)能对元器件进行检测,熟悉检测方法. (3)能绘制印制电路板图,要求元器件分布合理. (4)能按照装配工艺装配元件. (5)会调试电路使之达到设计指标. 项目相关知识 充电器和稳压电源两用电路可将220V交流电源转换成3~6V的直流稳压电源,既可作为收音机等小型电器的外接电源,又可对l~5节可充电电池进行恒流充电,性能优于市场销售的一般充电器,具有较高的性价比,是一种用途广泛的实用电器.这个电路的元器件和外壳可以采用产品套件,也可以自己设计和制作. 1.充电器和稳压电源主要性能指标 ①输入电压:交流220V. 输出电压(直流稳压):分3挡(3V、4.5V、6V),各挡误差为±10%. ②输出直流电流:额定值150mA,最大值300mA. ③具有过载、短路保护,故障消除后自动恢复正常工作. ④充电恒定电流:60mA(±10%),可对1-5节5号可充电电池进行充电,充电时间约l0-11h. 2.电路工作原理 充电器和稳压电源两用电路的电路原理图如图1所示. 图1 充电器和稳压电源两用电路的电路原理图 变压器T及二极管VDl-VD4、电容Cl构成典型的桥式整流、电容滤波电路,在稳压电路中若去掉R2及LEDl,则是典型的串联稳压电路,其中LED2兼做电源指示及基准稳压管,当流经该发光二极管的电流变化不大时,其正向压降较为稳定,约为1.9V,但此值会因发光二极管的规格不同而有所不同,对同一种发光二极管则变化不大,因此发光二极管可作为低电压稳压管来使用.R2和LEDl组成简单的过载和短路保护电路,LED1还兼做电流过载指示.当输出过载(输出电流增大)时,R2上的压降增大,当增大到一定数值后会使LED1导通,使调整管VT5、VT6的基极电流不再增大,限制了输出电流的增加,起到了限流保护作用. K1为输出电压选择开关,K2为输出电压极性变换开关. VT8、VT9、VTl0及其相应元器件组成三路完全相同的恒流源电路,以VT8单元为例,LED,在该处兼做稳压和充电指示作用,VT11.可防止将充电电池的极性接错,通过电阻R8的电流(即输出电流)可近似的表示为: 其中:I0——输出电流; Ube——T4的基极和发射极间的压降(约0.7V); UZ——LED3上的正向压降,取l.9V. 由此可见输出电流I0的值主要取决于UZ的稳定性,而与负载的大小无关,这实现了充电电路的恒流特性. 由上式可知,改变电路中R8的大小即可调节输出电流的大小,因此该电路也可改为大电流快速充电方式工作,但大电流充电会影响充电电池的寿命.若减小该电路的充电电流即可对7号电池进行充电.当增大输出电流时可在VT8的C-E极之间并联一个电阻(电阻值约数十欧),以减小VT8的功耗. 项目实施 【项目实施器材】 (1)充电器和稳压电源两用电路套件(清华科教仪器厂有售) 1套/人. (2)万用表 1只/人. (3)直流稳压电源 l台/人. (4)焊接工具 l套/人. 【项目实施步骤】 1.元器件的识别与检测 全部元器件在装配前必须按照清单进行查点,然后用万用表对所有的元器件进行测试检查,检查合格后再进行装配. 2.设计制作印制电路板 该电路在设计印制电路板时要考虑到实用性,设计成A、B两块印制电路板为好.参考印制电路板如图2所示,也可自己进行设计. 图2 参考印制电路板的设计图 3.元器件的装配和焊接 (1)印制电路板A上元器件的装配和焊接 印制电路板A上的元器件全部进行卧式装配,在装配中要注意二极管、三极管和电解电容的极性,元器件卧式装配的结果应如图3所示,装配完成后可进行焊接. 图3 元器件卧式装配的结果 (2)印制电路板B上元器件的焊接 ①先将开关K1、K2从B板的元件面插入,且必须装到底. ②发光二极管LED1~LED5的焊接高度一定要如图4(a)所示,要求发光二极管顶部距离印制电路板高度为l3.5-14mm,保证让5个发光管露出机壳2mm左右,且排列整齐.要注意发光二极管的颜色和极性.也可先不焊接LED,将LED插入8板装入机壳调好位置后再进行焊接. 图4 发光二极管LEDl-LED5的焊接高度和排线长度 4.焊接连接导线 先将l5根排线的8端(如图4所示)与印制电路板上序号为l~15的焊盘按顺序进行焊接.排线的两端必须先进行镀锡处理后才能焊接,排线的长度要适当.左右两边各5根线(即1~5、11~15)分别依次剪成均匀递减的形状.再按图将排线中的所有线段分开,并将15根排线的两头剥去线皮2-3mm,然后把每个线头的多股线芯绞合后镀锡,要保证线头不能有毛刺. (1)焊接十字插头线CT2 注意十字插头有白色标记的线必须焊在有X标记的焊盘上. (2)焊接开关K2旁边的短接线J9 (3)装接电池夹的正极片和负极弹簧 ①将电池夹的正极片凸面向下,将Jl、J2、J3、J4、J5五根导线分别焊在正极片的凹面焊接点上,正极片的焊点处应先进行镀锡,然后将正极片插入外壳插槽中,再将极片弯曲90o,如图5(a)所示. 图5 正极片和塔簧的焊接和装配 ②装配负极弹簧(即塔簧).在距塔簧第一圈起始点5mm处镀锡,分别将J6、J7、J8三根导线与塔簧进行焊接,如图5(b)所示. ③电源线的连接.把电源线CT.焊接至变压器交流220V的输入端,一定要将两个接点用热缩管进行绝缘,热缩管套上后须加热两端,使其收缩固定,如图6所示. 图6 电源线的接点用热缩管进行绝缘 ④焊接A板与8板以及变压器上的所有连线.将变压器副边的引出线焊接至A板的T-1、 T-2;将8板与A板用15根排线对号按顺序进行焊接. ⑤焊接印制电路板8与电池片之间的连线.将J1、J2、J3、J6、J7、J8分别焊接在B板的相应点上. 5.进行整机装接 以上装配和焊接步骤全部完成后,按图1进行检查,确定正确无误后,再进行整机装接. 按下述步骤将板插入机壳. ①将焊好的正极片先插入机壳的正极片插槽内,然后将其弯曲90o. ②将塔簧插入槽内,要保证焊点在上面.在插左右两个塔簧前,应先将J4、J5两根线焊接在塔簧上后再插入相应的槽内. ③将变压器副边引出线放入机壳的固定槽内. ④用M2.5的自攻钉固定8板的两端. 6.通电检查和技术指标的检测调试 (1)先进行目视检验 总装完毕,按原理图及工艺要求检查整机装配情况,着重检查电源线、变压器连线、输出连线及A和B两块印制电路板的连线是否正确、可靠,连线与印制电路板相邻导线及焊点有无短路及其他缺陷. (2)通电检测 ①电压可调功能的检查:在十字头输出端测输出电压(注意电压表极性),所测电压应与面板指示相对应.拨动开关K1,输出电压应相应变化(与面板标称值误差在±10%为正常),并记录该值. ②极性转换功能的检查:按面板所示开关K2位置,检查电源输出电压极性能否转换,应与面板所示位置相吻合. ③带负载能力的检查:用一个47Ω/2W以上的电位器作为负载,接到直流电压输出端,串接万用表500mA挡.调节电位器,使输出电流为额定值150mA;用连接线替下万用表,测此时的输出电压(注意将万用表换成电压挡).将所测电压与①中所测值比较,各挡电压下降均应小于0.3V. ④过载保护功能的检查:将万用表DC500mA挡串入电源负载回路,逐渐减小电位器阻值,面板指示灯A应逐渐变亮.电流逐渐增大到一定数时(大于500毫安)不再增大,则保护电路起作用.当增大阻值后,指示灯A熄灭,恢复正常供电. ⑤充电功能的检测:用万用表DC 250mA(或数字表200mA挡)作为充电负载代替被充电电池,LED3-LED5应按面板指示位置相应点亮,电流值应为60mA(误差为±l0%).注意表笔不可接反,也不得接错位置,否则没有电流.稳压电源和充电器的面板功能和充电功能检测示意图如图7所示. 图7 稳压电源和充电器的面板功能和充电电源检测示意图 稳压电源和充电器两用电路的整机装配图如图8所示. 图8 稳压电源和充电器两用电路的整机装配图 【项目实训报告】 (1)画出本次实训所用稳压电源和充电器两用电路的电路原理图、整机布局图、整机电路配线接线图. (2)写出各部分电路的工作原理及性能分析. (3)对出现的故障进行分析. (4)记录测量数据. (5)写出实训体会.