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基于单片机的恒流源毕业(设计)论文正文.doc
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基于单片机的恒流源毕业(设计)论文正文.doc
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- 1 -
前言
随着电子技术的发展,数字电路应用领域的扩展,现今社会,
产品智能化、数字化已经成为人们追求的一种趋势,设备的性能、
价格,发展空间等备受人们关注,尤其对电子设备的精密度和稳
定度最为关注。性能好的电子设备,首先离不开稳定的电源,电
源稳定度越高,设备和外围条件就越优越,那么设备的寿命就更
长。基于此,人们对数控恒定电流器件的需要越来越迫切。
电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术,
服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当
今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸
多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革
命,给电力电子技术提供了广阔的发展前景,同时也给电源提出
了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用,普通电
源在工作时产生的误差,会影响整个系统的精确度。电源在使用
时会造成很多不良后果,世界各国纷纷对电源产品提出了不同要
求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准,才能够
进入市场。随着经济全球化的发展,满足国际标准的产品才能获
得进出的通行证。数控电源是从 80 年代才真正的发展起来的,
期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提
供了一个良好的基础。在以后的一段时间里,数控电源技术有了
长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、
- 2 -
功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展
方向,是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模
块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技
术和控制理论的不断发展,各种类型专用集成电路、数字信号处
理器件的研制应用,到 90 年代,己出现了数控精度达到 0.05V
的数控电源,功率密度达到每立方英寸 50W 的数控电源。从组成
上,数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。目前在电力
电子器件方面,几乎都为旋纽开关调节电压,调节精度不高,而
且经常跳变,使用麻烦。数字化智能电源是针对传统电源的不足
设计的,数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的
环节数,有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致
性等工程问题,极大地提高生产效率和产品的可维护性。
当今社会,数控恒压技术已经很成熟,但是恒流源方面特别是数
控恒流源的技术菜刚刚起步有待发展,高性能的数控横流器件的开发
和应用存在巨大的发展空间。本数控直流恒流源系统输出电流稳定,
不随负载和环境变化,并且有很高的精度,输出电流误差范围很小,
输出电流可在一定范围内任意设定,因而可实际应用于需要稳定度小
功率横流源的领域。
- 3 -
第一章 绪论
1.1 恒流源的意义
恒流源是能够向负载提供恒定电流的电源,一次恒流源的应用范
围非常广泛,并且 在许多情况下是必不可少的。例如在通用的充电
器对蓄电池充电时,随着蓄电池端电压的逐渐升高,充电电源就会相
应的减少,为了保证恒流充电,必须随时提高充电器的输出电压,但
采用恒流源充电后就可以不必调整期输出电压,从而使劳动强度降低,
生产效率得到提高。恒流源还被广泛应用于测量电路中,例如电阻器
阻值的测量和分级,电缆电阻的测量等,且电流越稳定,测量就越准
确。它既可以为各种放大电路提供偏流以稳定其静态工作点,又可以
作为其有源负载,以提高放大倍数,并且在差动放大电路、脉冲产生
电路中得到广泛应用。
除此之外,现行扫描锯齿波的获得,有线通信工电源,电泳、点
解、电镀等化学加工装置电源,电子束加工机、离子注入机等电子光
化学设备中的供电电源也都必须用用恒流源!
1.2 恒流源的发展历程
1.2.1 电真空器件恒流源的诞生
世界上最早的恒流源,大约出现在 20 世纪 50 年代早期。当时
采用的电真空器件是镇流管,优于镇流管有稳定电流的功能,所以有
用于交流电路,常被用来稳定电子管的灯丝电流。
- 4 -
电子管通常不能单独作为横流元件,但可用它来构成各种横流电
路。由于电子管是高雅小电流器件,因此用简单的晶体管电路难于获
得高雅小电流恒流源,用电子管电路却容易实现,并且性能相当好!
1.2.2 晶体管横流源的产生和分类
进入 60 年代,随着半导体技术的发展,设计和制造出了各种性
能优越的晶体管和恒流源,并在实际中获得可广泛的应用。
晶体管恒流源电路可封装在同一外壳内,成为一个具有横流功
能的独立器件,用它可构成直接调整型恒流源。用晶体管做调整元件
的各种开环和闭环的恒流源,在许多电子电路中得到了应用。但晶体
管恒流源的恒流源的电流稳定度一般不高,且最大输出电流也不活几
安培。它适用于那些对稳定度要求不太高的场合。
1.2.3 集成电路恒流源的出现和种类
到了 70 年代,半导体集成技术的发展,使得恒流源的研制进入
了一个新的阶段。长期以来采用分离元件组装的各种恒流源,现在可
以集成在一块很小的硅片上面仅需外接少量的元件,集成电路恒流源
不仅减小了体积和重量,简化了设计和调试步骤,而且提高了稳定性
和可靠性。在各种恒流源电路中,集成电路恒流源的性能堪称最佳。
- 5 -
第二章 系统原理及理论分析
2.1 恒流实现原理
数模转换芯片 AD7543 是 12 位电流输出型,其中 OUT1 和
OUT2 是电流的输出端。电流的输出级别可这样计算
DX=
12
2
式中:DX 是控制级数
电压
i
u
由集成运算放大器 U8A 的 1 脚输出,根据 T 型电阻网络型的
D/A 转换关系可知,
i
u
存在如下通式:
n
REF
f
n
REF
n
n
n
ni
V
BR
R
V
bbbbu
22
)22.......22(
0
01
2
2
1
1
���
�
�����������
�
�
�
�
(1)
式中:
i
u
——输出电压(V)
REF
V
——参考电压(V);
R ——T 网络电阻(
�
);
f
R
——外接反馈电阻(
�
)。
电流放大电路存在如下关系:
5
5
4
)1(
)(
R
RR
R
u
I
Wi
b
�
�
�
�
�
�
(2)
bL
II
�
�
(3)
式中: I
b
——基极电流(mA);
U
i
——输入电压(V);
I
L
——负载电流(mA)。
由式(1)、(2)可得到:
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