【正文】 電能的清潔高效、易于轉(zhuǎn)變成其它形式的能源的特點，電子技術(shù)越來越被人們重視。鎳鎘電池作為一種便攜式電源，具有體積小、容量大、內(nèi)阻小、輸出電壓平穩(wěn)以及可反復(fù)充電等特點，正被越來越廣泛地應(yīng)用于計算機、電子測量儀表和各類通信設(shè)備中，由于其價格比普通的鋅錳電池昂貴，因此科學(xué)合理地使用鎳鎘電池顯得非常重要，而選擇正確、可靠的充電方式是充分發(fā)揮鎳鎘電池效能和保證其壽命的關(guān)鍵。 ２ 1 設(shè)計方案 工作原理 電路電源由變壓器 T 降壓，二極管 VD1~VD4 整流，三端穩(wěn)壓集成塊 A1 穩(wěn)壓及電 C1,C2 濾波后供給， 通電后可輸出穩(wěn)定的 9V 直流電壓供給充電器使用。發(fā)光二極管 VL 為充電指示器。 G 為 4 節(jié)待充的鎳鎘電池，所以充電終止電壓為 4 =。電路工作過程：由于電容 C3 兩端電壓不能突變，剛通電時， A2 的 2 腳為低電平，A2 被觸發(fā)置位， 3 腳輸出高電平，此高電平經(jīng)電位器 RP、二極管 VD5 向電池 G 充電，改變RP 值可以調(diào)節(jié)充電電流的大小。隨著充電不斷進行， G 兩端電壓逐漸升高，當(dāng)升至 時， A2 復(fù)位， 3 腳輸出低電平，充電自動終止，同時 A2 內(nèi)部放電管導(dǎo)通， 7 腳輸出低電平， VL 熄滅表示充電結(jié)束。 圖 11 電路原理圖 ３ 2 電路的三大模塊功能 電源電路模塊 穩(wěn)壓電源一般由變壓器、整流器和穩(wěn)壓器三大部分組成， 變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟?。?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。 2 濾波電路是將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分，電容和電感起濾波的作用。 三端穩(wěn)壓器是常用的穩(wěn)壓器件。下面介紹一下變壓器的工作原理 變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當(dāng)初級線圈中通有交流電流時，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通， 使次級線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。 如下圖所示的原理圖： ４ 圖 22 變壓器原理圖 變壓器的基本原理是電磁感應(yīng)原理，現(xiàn)以單相雙繞組變壓器為例說明其基本工作原理（如上圖）：當(dāng)一次側(cè) 繞組上加上電壓 218。1 ，在鐵芯中就產(chǎn)生交變磁通 216。1， 201。m主磁通最大值 由于二次繞組與一次繞組匝數(shù)不同，感應(yīng)電勢 E1 和 E2 大小也不同，當(dāng)略去內(nèi)阻抗壓降后，電壓 218。2 大小也就不同。0 ），這個電流稱為激磁電流。2 時，也在鐵芯中產(chǎn)生磁通，力圖改變主磁通，但一次電 壓不變時，主磁通是不變的，一次側(cè)就要流過兩部分電流，一部分為激磁電流 205。2 ，所以這部分電流隨著 205。當(dāng)電流乘以匝數(shù)時，就是磁勢。 . 橋式整流電路： 整流電路的目的是利用其具有單向?qū)щ娦缘恼髟瑢⒄摻惶娴恼医涣麟妷?U1 整流成單方的脈動電壓 U2。 D 1 ～ D 4 為四只相同的整流二極管，接成電橋形式，故稱橋式整流電路。具體接法如圖所示，從圖中可以看到，在正半周時由 D D2 導(dǎo)引電流自上而下通過 RL，負半周時由 D D4 導(dǎo)引電流也是自上而下通過 RL ， 從而實現(xiàn)了全波整流。 至于脈動，和前面講的全波整流電路完全相同。為了盡量壓低脈動成分，另一方面還要盡量保留直流成分，使輸出電壓接近理想的直流， 這種措施就是濾波。 濾波電路 整流電路雖然可將交流電變成直流電，但其脈動成分較大，在一些要求直流電平滑的場合是不適用的，需加上濾波電路，以減小整流后直流電中的脈動成分。下面介紹一下電容濾波的原理 。電容濾波的電路圖如下所示，當(dāng)電剛接通時，U2 從正半周的零值開始增加，二極管 D1,D3 導(dǎo)通，導(dǎo)通電流一路向負載 RL 供電 +另一路向電容充電，由于二極管的導(dǎo)通電阻很小，充電時間常數(shù)很小，電容兩端電壓 UC 幾乎與 U2 同步增大。二極管收反向電壓作用而截止，電容 C 向 RL 放電，由于放電常數(shù)很小， UC 按照指數(shù)規(guī)律緩慢下降當(dāng) UC=|U2|時， U2 的負半周使 D2,D4 正偏導(dǎo)通。 電容濾波電路原理圖如下所示： 圖 24 單向橋式整流電容濾波電路 (a)電路圖 (b)U2 Uc Uo 波形 (c)二極管電流 ID 波形 穩(wěn)壓電路 交流電壓通過整流，濾波后雖然變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓，但當(dāng)電網(wǎng)波動或負載變化時，平均值也將隨之變化。 負載電流的變化會在整流電源的內(nèi)阻上產(chǎn)生電壓降，從而使輸入電壓發(fā)生變化。由于集成穩(wěn)壓器具有穩(wěn)壓精度高、工作穩(wěn)定可靠、外圍電路簡單、體積小、重量輕等顯箸優(yōu)點，在各種電源電路中得到了普遍的應(yīng)用。在電子制用中應(yīng)用較多的是三端固定輸出穩(wěn)壓器。它的內(nèi)部含有限流保護、過熱保護和過壓保護電路，采用了噪聲低、溫度漂移小的基準電壓源，工作穩(wěn)定可靠。 要特別注意，不同型號，不同封裝的集成穩(wěn)壓器 ,它們?nèi)齻€電極的位置是不同的，要查手冊確定。78xx/79xx 系列三端穩(wěn)壓器件是最常用的線性降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，目前也有大量先進的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器層出不窮，例如低壓差線性穩(wěn)壓器 LDO 等 , （例如， NSC 的 LM29 LM265 LM5020， MAXIAM 的 MAX1747 等等）。 如 7805， 78xxx， 7809， 7812， 7815， 7824，（ 79）。大電流的輸出，散熱片的尺寸要足夠大，否則會導(dǎo)致高溫保護或熱擊穿； （ 3） 輸入輸出壓差也不能太小 ,大小效率很差 電壓比較器模塊 電壓比較器原理 比較器是由運算放大器發(fā)展而來的，比較器電路可以看作是運算放大器的一種應(yīng)用電路。 圖 27 電壓比較器原理圖 圖 27(a)由運算放大器組成的差分放大器電路，輸入電壓 VA 經(jīng)分壓器 R R3分壓后接在同相端， VB 通過輸入電阻 R1接在反相端， RF 為反饋電阻，若不考慮輸入失調(diào)電壓，則其輸出電壓 Vout 與 VA、 VB 及 4 個電阻的關(guān)系式為： Vout=(1+RF/R1)若 R1=R2， R3=RF，則 Vout=RF/R1(VAVB)， RF/R1 為放大器的增益。增益成為無窮大，其電路圖就形成圖27(b)的樣子，差分放大器處于開環(huán)狀態(tài)，它就是比較器電路。從圖 27 中可以看出，比較器電路就是一個運算放大器電路處于開環(huán)狀態(tài)的差分放大器電 路。發(fā)光二極管 VL 為充電指示器。在電路設(shè)計時，要求組成分壓器的三個 5kΩ電阻的阻值嚴格相等，以便給出比較精確的兩個參考電位 ?VDD 和 ?VDD。 VTl8VT21 組成一個推挽式功率輸出級，能輸出約 200mA 的電流。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的工作狀態(tài)由比較器 A A2 的輸出決定。因此，輸出端 3 腳輸出高電平。當(dāng)觸發(fā)信號消失后，即比較器 A2 反相輸入端 2 腳的電位高于 ?VDD，則VT VTll 截止， VTl4 因無偏流而截止，此時若 6 腳無觸發(fā)輸入，則 VTl7 的 Vces 飽和壓降通過 VTl3 截止，使 VTl7 飽和穩(wěn)態(tài)不變，故輸出端 3 腳仍維持高電平。當(dāng)觸發(fā)信號加到 6 腳時，且電位高于 ?VDD 時，則 VTl、 VTVT3 皆導(dǎo)通。都截止， VT21飽和導(dǎo)通，故 3 腳輸出低電平。此時，若 2 腳仍無觸發(fā)信號，則 VTl5 通過 Ω電阻得到偏流，使 VTl5 維持飽和導(dǎo)通， VTl7 截止的穩(wěn)態(tài)，使 3 腳輸出端維持在低電平狀態(tài)。通過上面兩種狀態(tài)的分析，可以發(fā)現(xiàn)：只要 2腳的電位 低于 ?VDD，即有觸發(fā)信號加入時，必使輸出端 3 腳為高電平；而當(dāng) 6 腳的電位高于?VDD 時，即有觸發(fā)信號加進時，且同時 2 腳的電位高于 ?VDD 時，才能使輸出端 3 腳有低電平輸出。當(dāng)在該腳加有觸發(fā)信號，即其電位低于導(dǎo)通的飽和壓降 時，VT8 導(dǎo)通，其發(fā)射極電位低于 lV，因有 D3 接入， VTl7 為截止?fàn)顟B(tài)， VTl VT21 飽和導(dǎo)通，輸出端 3 腳為低電平。因 VT8 的發(fā)射極通過 D3 及 VTl7 的發(fā)射極到地，故 VT8 的發(fā)射極電位任何情況下不會比 電壓高。 根據(jù)上面的分析， NE555 時基電路的內(nèi)部等效電路可簡化為如圖所示的等效功能電路。兩個比較器分別被電阻 R R2 和 R3 構(gòu)成的分壓器設(shè)定的 ?VDD 和 ? 指示電路模塊 LED 被廣泛用于種電子儀器和電子設(shè)備中，可作為電源指示燈、電平指示或微光源之用。 發(fā)光二極管的發(fā)光原理 圖 210 發(fā)光二極管的構(gòu)造圖 發(fā)光二極管的核心部分是由 p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體組成的晶片，在 p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體之間有一個過渡層 ，稱為 pn 結(jié)。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱 LED。 數(shù)字電路控制 LED 燈指示電路工作過程 在自動充電器的電路運行中，當(dāng)電池處于充電狀態(tài)時 NE555 的 7 腳被懸空， 發(fā)光二極管PN 節(jié)導(dǎo)通 VL 發(fā)光指示電路在充 電。 注： 由于發(fā)光二極管的顏色、尺寸、形狀、發(fā)光強度及透明情況等不同，所以使用發(fā)光二極管時應(yīng)根據(jù)實際需要進行恰當(dāng)選擇。為安全起見，實際電流 IF 應(yīng)在 以下；應(yīng)讓可能出現(xiàn)的反向電壓 VR0。 3 集成塊基本功能 NE555 NE555 是一種應(yīng)用特別廣泛作用很大的的集成電路，屬于小規(guī)模集成電路，在很多電子產(chǎn)品中都有應(yīng)用。 １３ NE555 時基電路有兩種封裝形式有，一是 DIP 雙列直插 8 腳封裝，另一種是 SOP8 小型（ SMD）封裝形式。 NE555 的外形圖 圖 31 NE555 的兩種封裝形 式 引腳介紹 圖 32 NE555 引腳圖 表 31 NE555