數(shù)控恒流源的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書-在線瀏覽
2024-12-11 13:45本頁面
【正文】 .................................13 通過鍵盤功能設(shè)置輸出電流值 ....................................................13 6 數(shù)據(jù)測(cè)試及分析 ......................................................................14 電流源測(cè)試 結(jié)果 ................................................................14 紋波電流測(cè)試 ..................................................................14 工作時(shí)間測(cè)試 ..................................................................15 數(shù)控恒流源的設(shè)計(jì) 1 總體方案論證 恒流源簡(jiǎn)介 所謂恒流源就是輸出電流極其穩(wěn)定不隨負(fù)載變化。即負(fù)載需要多大電壓，恒流源就必須輸出多大電壓， “ 無條件 ” 予以滿足。如果 R→∞ ，那么 V→∞ 。對(duì)于實(shí)際電路，當(dāng) R 大到一定程度，電壓輸出能力就會(huì)不夠，輸出電流必然下降，不再恒定。通過時(shí)刻 “ 檢查 ” 控制對(duì)象的狀態(tài)，并進(jìn)行調(diào)整。形象地說，電流負(fù)反饋電路則是采樣輸出電流，計(jì)算誤差，據(jù)此調(diào)節(jié)自身狀態(tài)，使輸出電流穩(wěn)定，因而，輸出特性接近恒流源。一般希望 Ro→∞ 。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測(cè)實(shí)際輸出電流值的大小，可以將電流轉(zhuǎn)換成電壓，并經(jīng)過 ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)電壓進(jìn) 行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示。本方案的基本原理如圖 11所示。 主要包括 AT89S52 單片機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC080 12位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 AD754數(shù)碼管顯示譯碼芯片 74LS47與 74LS138等器件。內(nèi)部測(cè)量值與實(shí)際測(cè)量值的關(guān)系，而后者是所有儀表所存在的誤差。但由于周圍環(huán)境等因素的影響，使設(shè)定值與內(nèi)部測(cè)量值的關(guān)系改變，使得設(shè)定值與內(nèi)部測(cè)量 值 不一致，有時(shí)會(huì)相差上百毫安，只能重新測(cè)量設(shè)定值與Ａ /Ｄ采樣顯示值的關(guān)系改變Ｄ /Ａ入口數(shù)值的大小才能重新達(dá)到設(shè)定值與內(nèi)部測(cè)量值相一致，也就是說還 不穩(wěn)定。通過比較設(shè)定值與Ａ /Ｄ采樣顯示值，得出它們的差值，再調(diào)整Ｄ /Ａ的入口數(shù)值，從而使Ａ /Ｄ采樣顯示值逐步逼近設(shè)定值最終達(dá)到一致。 你 內(nèi)部測(cè)量值與實(shí)際測(cè)量值的誤差是由于取樣電阻與負(fù)載電阻和晶體管的放大倍數(shù)受溫度的影響和測(cè)量?jī)x 表的誤差所造成的，為了減少這種誤差，一定要選用溫度系數(shù)低的電阻來作采樣電阻，因此本系統(tǒng)選用錳銅電阻絲來做采樣電阻。電流的輸出級(jí)別可這樣計(jì)算 DX= 式中： DX 是控 制級(jí)數(shù) 電壓 由集成運(yùn)算放大器 U8A 的 1腳輸出，根據(jù) T型電阻網(wǎng)絡(luò)型的 D/A 轉(zhuǎn)換關(guān)系可知， 存在如下通式： 22222 )2......( 0012211 nREFfn REFnnnni VRVbbbbu BR ??????????????? ???? （ ） 數(shù)控恒流源的設(shè)計(jì) 式中： —— 輸出電壓 (V)； —— 參考電壓 (V)； R —— T 網(wǎng)絡(luò)電阻( )； —— 外接反饋電阻 ( )。 由式（ ）、（ ）可得到： （ ） 由于電路中的放大系數(shù) 值遠(yuǎn)大于 1，而 與 保持恒定，所以可推出負(fù)載電流與輸入電壓存在如下關(guān)系： （ ） 由式 () 、（ ）可得到 : （ ） 其中， k為比例系數(shù)。當(dāng) 保持不變時(shí) (即 AD7543的輸入數(shù)字量保持不變 )，輸出電流 維 持不變，能夠達(dá)到恒流的 目的。從理論上來說，通過 控 制 AD7543 的輸出等級(jí)，可以達(dá)到 1mA 的輸出精度。為了克服大電流工作時(shí)電流的波動(dòng)，在輸出部分增加了一個(gè)反饋環(huán)節(jié)來控制電流穩(wěn)定，減小電流的波動(dòng)，此反饋回路采用數(shù)字形式反饋，通過微處理器數(shù)控恒流源的設(shè)計(jì) 的實(shí)時(shí)采樣分析后，根據(jù)實(shí)際輸出對(duì)電流源進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。電路反饋原理如圖 21所示。電壓控制電路采用數(shù)控的方式，利用單片機(jī)送出數(shù)字量，經(jīng) 過 D/A 轉(zhuǎn) 換轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)，再送到大功率三極管進(jìn)行放大。當(dāng)改變負(fù)載大小時(shí)，基本上不影響電流的輸出，采用這樣一個(gè)閉路環(huán)節(jié)使得系統(tǒng)一直在設(shè)定值維持電流恒定。電路原理圖如圖 31所示 。 反饋閉環(huán)方案選擇 從采樣電阻 上得到一個(gè)反饋電壓，由于采樣電阻阻值比較小，在該電阻上的壓降相應(yīng)也小，為了提高系統(tǒng)控制的靈敏度，采用一級(jí)運(yùn)算放大器對(duì)采樣電壓進(jìn)行放大，再送到 ADC0809 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。同時(shí)反饋系統(tǒng)控制靈活，易于達(dá)到 1mA 的步進(jìn)要求。顯示部分有 74LS164 驅(qū)動(dòng) LED 顯示。顯示部分采用 8位 LED 數(shù) 碼管，而且價(jià)格便宜，易于實(shí)現(xiàn)。電路原理如圖 32 所 示。電流源部分由于要給外圍測(cè)試電路提供比較大的功率，因此必須采用大功率器件。同時(shí)考慮到恒流源功率管部分的功耗，需要預(yù)留功率余紋波，要求供電源要穩(wěn)定，因此采用隔離電源，選用由 LM338構(gòu)成的高精度大電流穩(wěn) 壓電源。電源如圖 33 所示。軟件設(shè)計(jì)主程序流程圖和鍵盤中斷子程序分別如圖41 和圖 42 所示。數(shù)碼管顯示部分采用動(dòng)態(tài)定時(shí)掃描方式，使 CPU 資源得到充分利用。 N Y N Y
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