篇名：

充電器之探索

作者：

林弘旻。國立羅東高級工業職業學校。高二電子甲班

林偉良。國立羅東高級工業職業學校。高二電子甲班

林長毓。國立羅東高級工業職業學校。高二電子乙班

指導老師：

高丁仁老師

充電器之探索

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壹●前言

在這科技不斷演變的時代，日常生活中許多東西都與科技密不可分，但我們卻只

會使用，卻渾然不知它內部結構和原理。例：手機充電器。現在的街上，幾乎人

手一機，因此手機對人類來說是非常重要的，若沒有手機這個發明，豈不是有許

多麻煩嗎？而手機要正常運作基本的要有個電路和電池，然而電池必須要以充電

器來充電，那麼充電器是如何進行充電呢？指示燈的色彩轉變代表著充電完成或

充電中，過程中的為什麼，我們將一一的去分析解答，來達到我們的研究目的。

貳●正文

一、元件介紹

充電器的內部構造，焊接面（圖一）、元件面（圖二）。下文會介紹雙色發光二極

體、IC：AZ–431、電晶體 ST－8050 和 ST－8550 的功用。

1、 雙色發光二極體

『『『『一顆一顆一顆一顆 LED 的主要發光源是晶粒的主要發光源是晶粒的主要發光源是晶粒的主要發光源是晶粒，，，，而晶粒依材料不同會發出不同波長而晶粒依材料不同會發出不同波長而晶粒依材料不同會發出不同波長而晶粒依材料不同會發出不同波長，，，，也就是也就是也就是也就是

不同顏色的光不同顏色的光不同顏色的光不同顏色的光。。。。可見光的波長範圍從可見光的波長範圍從可見光的波長範圍從可見光的波長範圍從 400 奈米到奈米到奈米到奈米到 700 奈米奈米奈米奈米。。。。鋁銦鎵磷鋁銦鎵磷鋁銦鎵磷鋁銦鎵磷 LED 則可則可則可則可

以發出紅光以發出紅光以發出紅光以發出紅光、、、、綠光或黃光綠光或黃光綠光或黃光綠光或黃光』』』』（（（（註一註一註一註一））））

『『『『。。。。在發光二極體的正負極兩端施予電壓在發光二極體的正負極兩端施予電壓在發光二極體的正負極兩端施予電壓在發光二極體的正負極兩端施予電壓，，，，當電流通過時當電流通過時當電流通過時當電流通過時，，，，會使得電子與電洞結會使得電子與電洞結會使得電子與電洞結會使得電子與電洞結

合合合合，，，，結合的能量便以光的形式發出結合的能量便以光的形式發出結合的能量便以光的形式發出結合的能量便以光的形式發出，，，，依使用材料的能階高低決定發光的波長依使用材料的能階高低決定發光的波長依使用材料的能階高低決定發光的波長依使用材料的能階高低決定發光的波長，，，，因因因因

此就會發出不同顏色的光此就會發出不同顏色的光此就會發出不同顏色的光此就會發出不同顏色的光。。。。』』』』（（（（註二註二註二註二））））

圖一：焊接面

圖二：元件面

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雙色發光二極體可以應用在充電器上，使其可以清楚地分辨，紅燈表示電池正在

充電，而當 LED 由紅燈轉換至綠燈時，則代表電池已完成充電。(圖三) 、(圖四)

圖三：雙色發光二極體內部結構

圖四：實體圖

A、 雙色發光二極體－紅燈

用實作方法，當不同電壓輸入時，測量其電壓與電流(表一)，並繪出其曲線圖(圖

五)。而從數據中可以發現紅色 LED 的切入電壓(Cut-in Voltage)為 1.58V。 紅色LED

-20246810

0 0.5 1 1.5 2 2.5電壓(V)電流(mA) 紅色LED

圖五：紅色 LED 之 V-I 曲線圖

表一：圖五的對照表格

電壓(V) 電流(mA)

0 0

1.58 0

1.80 0.1

1.83 0.25

1.85 0.5

1.88 1.1

1.90 1.6

1.93 2.7

1.95 4

1.98 5.5

2.00 7

2.03 7.5

2.05 8.5

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B、雙色發光二極體－綠色

而同樣地，當以不同電壓輸入至綠色 LED 時，測量其電壓與電流(表二)，並繪出

其曲線圖(圖六)。而依照數據可得切入電壓(Cut-in Voltage)為 1.62V。

綠色LED

-5

0

5

10

15

20

0 1 2 3

電壓(V)

電流

(mA

)

綠色LED

圖六：綠色 LED 之 V-I 曲線圖

表二：圖六的對照表格

電壓(V) 電流

(mA)

0 0

1.62 0

1.80 0.2

1.83 0.6

1.85 0.86

1.88 1.5

1.90 2.1

1.93 4

1.95 5.7

1.98 7

2.00 9.45

2.03 12

2.05 17.5

C、測量方法

a、用一顆雙色發光二極體串聯一個電阻

b、在電阻的一端接正，雙色發光二極的中間接腳接地

c、測二極體兩端電壓，並紀錄（圖七）

d、再把電表與雙色發光二極體和電阻串聯

c、測二極體的電流大小，並紀錄（圖八）

圖七：實際測量電壓

圖八：實際測量電流

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2、IC：AZ–431

『『『『該該該該AZ431系列集成電路三端可調並聯穩壓器有保障的熱穩定性系列集成電路三端可調並聯穩壓器有保障的熱穩定性系列集成電路三端可調並聯穩壓器有保障的熱穩定性系列集成電路三端可調並聯穩壓器有保障的熱穩定性，，，，一個完整的運一個完整的運一個完整的運一個完整的運

作範圍作範圍作範圍作範圍。。。。這些這些這些這些集成電路集成電路集成電路集成電路有有有有低低低低溫度係溫度係溫度係溫度係數和低數和低數和低數和低阻抗為特色阻抗為特色阻抗為特色阻抗為特色，，，，做他們做他們做他們做他們稽稽稽稽納二極納二極納二極納二極體體體體（（（（Zener Zener Zener Zener

DiodeDiodeDiodeDiode））））的理的理的理的理想的替補在應用例如開關想的替補在應用例如開關想的替補在應用例如開關想的替補在應用例如開關電源電源電源電源、、、、充電器充電器充電器充電器和其他可調穩壓器和其他可調穩壓器和其他可調穩壓器和其他可調穩壓器。。。。』』』』（（（（註註註註

三三三三））））

下面（圖九）代表的是這個IC的內部結構圖，而 VVREF

5.2= ，（圖十）代表的是

一個IC接腳圖。

圖九圖九圖九圖九：：：：AZAZAZAZ––––431431431431 電路圖電路圖電路圖電路圖（（（（註四註四註四註四））））

圖十圖十圖十圖十：：：：元件圖元件圖元件圖元件圖（（（（註五註五註五註五））））

A、IC特點：

a、電路的穩壓調變，可從 2.5V 到 36V

b、工作溫度－4℃到 125℃

c、電流：1mA 到 100 mA

B、電路說明

VR1＋VR2＝VO，利用分壓法，列出21

2

RR

Ro

REF

VV

VVV

+

×= ，整理過後 REF

2

1 V)1( ×+=

R

R

O

V

VV

因此只要改變 1R 、 2R 的電阻值就可以改變輸出電壓。（圖十一）

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圖十一圖十一圖十一圖十一：：：：應用電路應用電路應用電路應用電路（（（（註六註六註六註六））））

1、電晶體 ST－8050 和 ST－8550

A、都可以當開關和放大器應用

B、ST－8050 為 NPN

C、ST－8550 為 PNP

二、充電器電路介紹

1、充電器的原理

充電器插上插頭先經過整流、濾波和穩壓後，形成直流電壓，而當時的直流電壓

輸入是 6V，經過的降壓在穩壓後，使電路可以有穩定的輸出 4.2V 和一穩定的電

流輸出 300mA。充電時會先看射極電壓是否大於基極電壓，當射極電壓大於基極

電壓就導通，反之則截止，當電池的電壓約等與輸出電壓時，則 LED 會亮綠色，

因此當輸出電壓大於電池的電壓時，則 LED 會亮紅燈且會把電池充電到約等於

輸出電壓。（圖十二）

圖十二：充電流程圖

直流 穩壓

充電 LED

亮紅色

充飽 LED

亮綠色

NO

YES

判斷電池

充飽與否

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2、電路圖解析

A、二極體電路說明

在此二極體為保護電路用，以免輸入電壓正負極顛倒使元件燒掉。因為輸入電壓

接反時會使二極體短路，而電流都會往二極體流。（圖十五）

B、充電時

a、 電池充電

電流由電源正端流出，電流經 3R 、 5R 再到 AZ－431穩壓之後經電晶體 ST—8050D

放大電流輸出由射極輸出到電池正端。（圖十五）

b、LED 電路

電流由電池正端流出，電流流經 3R 、 4R 、電晶體 ST—8550順向導通再由基極

流出 LED 會亮紅色電壓為 2.2V。（圖十三）、（圖十五）

圖十三：實際測量充電 LED 電壓大小

B、 充飽後

因為電晶體 ST－8550集極和基極的電壓大於射極電壓，所以電晶體 ST－8550D

逆向不會導通，故電流只會向 1R 流，使 LED亮綠燈為 1.9V。（圖十四）（圖十五）

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圖十四：實際測量充飽 LED 電壓大小

圖十五：充電電路圖

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參●結論

藉由這次的機會，我們學到的不只是書上和網路上的知識，而是學到團隊分工合

作的精神，我覺得這是最難人可貴的。我們遇到最大的困難就是 LAYOUT，我

們是用一個實際電路自己重新畫電路圖，深怕自己電路圖畫錯，大夥也檢查了數

次的電路。經過探討與研究，我們了解了充電器之工作原理：因為電晶體可以當

做二極體使用，所以電晶體 ST-8550 可以當作開關使用，主要是用來控制 LED

亮紅色或綠色，也知道電晶體 ST-8050 的射極流出電流，使電池充電速度加快。

而下一步可以做的方向─就是去研究不同廠牌的功能與差異。

肆●引註資料

註一、行政院國家科學委員會。

http://web1.nsc.gov.tw/ct.aspx?xItem=10340&ctNode=40&mp=1（檢索日期

2009/10/11）

註二、同註一。

註三、datasheetpro.com。http://www.datasheetpro.com/node/245213（檢索日期

2009/10/12）

註四、同註三。

註五、同註三。

註六、同註三。

徐慶堂、黃天祥。電子學 I。（台北：台科大，2007）。

李文源、盧正川、旗立理工研究室。基本電學 II。（台北市：旗立資訊股份有限

公司，2006）。