直流電子負(fù)載.

1、安徽工程大學(xué)課程設(shè)計(jì)第一章緒論在電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域,經(jīng)常要對(duì)開(kāi)關(guān)電源、線性電源、 UPS電源、變壓器、整流器、電池、充電器等電子設(shè)備進(jìn)行 測(cè)試，如何對(duì)其輸出特性進(jìn)行可靠、全面且比較簡(jiǎn)單、快捷 的測(cè)試，一直是儀表測(cè)試行業(yè)研究的問(wèn)題。傳統(tǒng)的測(cè)試方法 中一般都采用電阻、滑線變阻器、電阻箱等充當(dāng)測(cè)試負(fù)載， 但這些負(fù)載不能滿足我們對(duì)負(fù)載多方面的要求，如：恒定電 流的負(fù)載；帶輸出接口的負(fù)載；隨意調(diào)節(jié)的負(fù)載、恒功率的 負(fù)載、動(dòng)態(tài)負(fù)載；多輸出端口的負(fù)載等?，F(xiàn)在有一種新型多 功能的電子負(fù)載，可據(jù)實(shí)際應(yīng)用中對(duì)負(fù)載特性的要求進(jìn)行設(shè) 置，滿足了我們對(duì)負(fù)載的各種要求，解決了開(kāi)發(fā)研制測(cè)試中 的困難。電子負(fù)載即電子負(fù)荷。凡是

2、能夠消耗能量的器件，可以廣泛地稱為負(fù)載。電子負(fù)載能消耗電能，使之轉(zhuǎn)化成熱能或 其它形式的能量。靜態(tài)的電子負(fù)載可以是電阻性（如功率電阻、滑線變阻器等）、電感性、電容性。但實(shí)際應(yīng)用中，負(fù) 載形式就較為復(fù)雜，如動(dòng)態(tài)負(fù)載，消耗功率是時(shí)間函數(shù)，或 電流、電壓是動(dòng)態(tài)的，也可能是恒定電流、恒定電阻、恒定 電壓，不同峰值系數(shù)（交流情況下），不同功率因數(shù)或瞬時(shí)短 路等。電子負(fù)載就是在實(shí)際應(yīng)用中負(fù)載比較復(fù)雜的情況下而 設(shè)計(jì)生產(chǎn)的測(cè)試設(shè)備。它能替代傳統(tǒng)的負(fù)載，如電阻箱、滑 線變阻器、電阻線、電感、電容等。尤其對(duì)吸收恒定電流或 以恒定電壓吸收電流，或電壓電流都要在設(shè)定范圍突變等傳 統(tǒng)方法不能解決的領(lǐng)域里，更能顯示出優(yōu)

3、越性能。直流電子負(fù)載可以具備恒定電流、恒定電阻、恒定電壓、動(dòng)態(tài)負(fù)載及短路負(fù)載等工作方式。本課題主要討論恒壓和恒 流兩種模式。第二章總體設(shè)計(jì)方案需要設(shè)計(jì)一個(gè)直流負(fù)載，可以實(shí)現(xiàn)恒壓和恒流兩種模 式，并可以切換，且電壓值和電流值都可以設(shè)定在一定范圍 內(nèi)。本實(shí)驗(yàn)采用的是手動(dòng)切換兩種模式的方式。恒壓、恒流 兩種模式都是采用運(yùn)算放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)所組成的電路而 實(shí)現(xiàn)的，其中，電路中的反饋網(wǎng)絡(luò)是以場(chǎng)效應(yīng)管為核心而構(gòu) 成的可調(diào)式放大電路，并增加了軟啟動(dòng)電路和電壓補(bǔ)償電路 進(jìn)行補(bǔ)充?？烧{(diào)式放大電路就是指放大電路根據(jù)輸出要求的需要改 變經(jīng)過(guò)反饋電路的反饋信號(hào)，以達(dá)到輸出需求。軟啟動(dòng)電路可以使電壓由零慢慢提升到額定電

4、壓，這樣電 路在啟動(dòng)過(guò)程中的啟動(dòng)電流，就由過(guò)去過(guò)載沖擊電流不可控 制變成為可控制。電壓補(bǔ)償電路即功率因數(shù)的補(bǔ)償，電流在經(jīng)過(guò)負(fù)載會(huì)消耗 部分能量，以致最終得到的結(jié)果和預(yù)期值有較大差距，電壓 補(bǔ)償電路則可以彌補(bǔ)損失。第三章恒流模式3.1恒流模式基本原理在定電流工作模式時(shí)，電子負(fù)載所流入的負(fù)載電流依據(jù) 所設(shè)定的電流值而保持恒定，與輸入電壓大小無(wú)關(guān)，即負(fù)載 電流保持不變。恒流模式下的電路原理圖，如圖3.1所示。該恒流電路是以集成運(yùn)算放大器 OP07為核心，OP07芯片是一種低噪聲， 非暫波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。由于 OP07具有 非常低的輸入失調(diào)電壓（對(duì)于OP07A最大為25叮），所以O(shè)P0

5、7在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低（OP07A為也nA）和開(kāi)環(huán)增益高（對(duì)于 OP07A為300V/mV ）的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開(kāi)環(huán)增益的 特性使得OP07特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器 的微弱信號(hào)等方面這樣的電路更容易獲得穩(wěn)定及精確的電 流值。如圖3.1所示，R2為取樣電阻，當(dāng)從OP07的3端給定一 個(gè)信號(hào)VREF時(shí)，如果R2上的電壓小于 VREF，也就是OP07 的-IN小于+IN ,OP07加輸出大，使MOS加大導(dǎo)通使 R2的 電流加大。如果R2上的電壓大于 VREF時(shí)，-IN 大于+IN , OP07減小輸出，也就降了 R2上的電流，這樣電路最

6、終維持在恒定的給值上，也就實(shí)現(xiàn)了恒流工作。 如給定VREF為 可調(diào)節(jié)的直流源，R2為2歐時(shí)，改變VREF可改變恒流值， VREF可用電位器調(diào)節(jié)輸入或用DAC芯片由MCU控制輸入，采用電位器可手動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電流。如采用DAC輸入可實(shí)現(xiàn)數(shù)控恒流電子負(fù)載。圖3.1恒流模式原理圖3.2橫流模式最小輸出電流為了獲得最小的電流，現(xiàn)將R3的電阻調(diào)到最大，即滑動(dòng)變阻器打到100%處，如圖3.2所示。、i B I Y0RD7AZ時(shí)何圧道工LaOOEfTti 47U.6SL nW 13.002 nu 470.619:1 nW0.000 fo.oaoveiTii,!日：:ikn Ker AlSiSAiljdtBttf

7、t叵壓”1囲恒施ttM IlfirwJtJN比闔（5 v/tofv迫沿s?ni utfi jrj- aJ mi Y -B- | jt | 皂砸遇Io-vglS a-尺斤 tnfe EUA WBac| dFAC o k-r馴12-71圖橫流模式最小輸出電流圖322橫流模式最小輸出電流根據(jù)恒流輸出值的公式，并將數(shù)值代入，可以求得最小輸出電流為：l=230.69mA3.3橫流模式最大輸出電流為了獲得最大的電流，現(xiàn)將R3的電阻調(diào)到最小，即滑動(dòng)變阻器打到5%處，如圖321和322所示。T1 *|*1時(shí)間lIB_aViliMj12-11zr通道A國(guó)道B比盟|5 7Dk比盟|5 V/O7rr Tjr:打xf

8、fia o甲僅査a-電平|oV.T加猛E/A呻q 屣-AC 0 K - |正弦環(huán)唯旦動(dòng):圖橫流模式最大輸出電流示 iS-xsciFW*十卜一p-1j r1 -1 111 - II, W r 1 T T I- FW R1*PI W C-1!-14T F1-|-S- T - F- ,!| F P T |M1.h1h1|1iiih1iII1iiiIIk|Ii|i|l|,丄T2-T1時(shí)間通道通道B一亠丫270.003 ms6.857 V匚遲址L保存1Ext. Trigger時(shí)間軸邇道A通道B袖發(fā)比例|10msiiv比例|5 V/Div比例|5 V/Div邊沿宅冋B |外部|X位疊 0Vfeg |0位置

9、 0電平 |op-| B/A| A/B | AC| 0 DC P | AC | 0 5c J C 類(lèi)型 正弦 | 標(biāo)唯 | 自動(dòng) | 無(wú)-!11J圖332橫流模式最大輸出電流根據(jù)恒流輸出值的公式，并將數(shù)值代入，可以求得最大輸出電流為：I 3.36A這個(gè)電路圖是在調(diào)節(jié) R3的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，R3調(diào)節(jié)范圍在5%100%，可以使輸出電流為235.305mA3.028A，基本滿足了電流設(shè)置在了 100mA3A，并可以保持恒定的要求。3.4恒流模式存在的問(wèn)題及改進(jìn)方案由于上述電路的輸出電流的調(diào)整完全依賴電位器R3的改變，因此 R3的改變范圍較大，這樣在輸出電流的調(diào)整 過(guò)程中，容易調(diào)過(guò)頭或調(diào)不足， 要準(zhǔn)確地

10、實(shí)現(xiàn)100mA-3A范 圍的電流任一電流有些調(diào)整比較麻煩，必須反復(fù)調(diào)整，只依 賴R3是比較困難的，如果將電位器R3用一個(gè)電位器 R3和電阻R檔串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)電阻R檔的改變從而改變輸出電流的范圍，并在所選擇的輸出電流范圍內(nèi)通過(guò) 改變電位器 R3的阻值得到所需要的準(zhǔn)確的直流電流輸出。 如圖3.4所示。A等效于IIR101 * 1 4 k亠 rR 1 : o k m 一QI _J d - - * +BarI2k R 1 . lTJ +Q-. 科 k : - K fe - - - s-+ - - L8 B b F B r K u B a Q - :l7k : : LT B w&:1: L

11、右1 & 同 口J仔：弓口 J時(shí)間毬 ttffl rnsJDw XtH 廠退道EHM 阿両vj出斜|e gffiB. bAC 0 |ccVfSS F9 Ik圖恒壓模式最小輸出電壓圖422恒壓模式最小輸出電壓圖恒壓模式最小輸出電壓此時(shí)獲得最小恒定電壓1.263V4.3恒壓模式最大輸出電壓為了獲得最小的恒定輸出電壓，將R5的電阻調(diào)到最大，即滑動(dòng)變阻器打到100%處，如圖，圖和圖所示。圖恒壓模式最大輸出電壓A.QdBJ掙 萬(wàn)用表-XMM1 x e20.548 V-E設(shè)置;圖432恒壓模式最大輸出電壓圖433恒壓模式最大輸出電壓此時(shí)獲得了最大恒定電壓20.548V恒壓模式是在調(diào)節(jié)R5的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，R

12、5調(diào)節(jié)范圍在0%100%，輸出電壓為1.263V20.548V，基本滿足了電壓設(shè)置在1V20V，并可以保持恒定的要求4.4恒流模式存在的問(wèn)題及改進(jìn)方案由于上述電路的輸出電壓的調(diào)整完全依賴電位器R5的改變，因此R5的改變范圍較大，這樣在輸出電壓的調(diào)整過(guò)程 中，容易調(diào)過(guò)頭或調(diào)不足，要準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)1-20V寬范圍的電壓任一電壓有些調(diào)整比較麻煩， 必須反復(fù)調(diào)整，只依賴R5是 比較困難的，如果將電位器R5用一個(gè)電位器 R5和電阻R檔串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)電阻 R檔的改變從而改變輸 出電壓的范圍，并在所選擇的輸出電壓范圍內(nèi)通過(guò)改變電位 器R5的阻值得到所需要的準(zhǔn)確的直流電壓輸出。如圖4.4所示。 rri

13、i 一 r I- r b L L L Frr.:.i I r r r A r fa fa k L!r r r & L h I i r r r -D : n ny- =- - -k e 9 - - _- L 3 1 -心JQ - -R *1!:F O -w-k - r r -丄丄H1 L1 :0k : I - - T -:仃： :迄 k :LT o - :Rn-:于:效: 二等二F r :,% : rrrfaLhur - b圖4.4改進(jìn)電路總結(jié)經(jīng)過(guò)這一次的課程設(shè)計(jì)，我感觸頗多，對(duì)所學(xué)內(nèi)容也進(jìn)一 步的加深了理解，學(xué)會(huì)了如何查找資料，利用資料，更重要 的是合作。在這一次的設(shè)計(jì)中，遇到了好多問(wèn)題，去卩

14、有很多收獲。首 先是第一次的設(shè)計(jì)，按照最先的原理圖連接出來(lái)后，我沒(méi)能 調(diào)試出正確的結(jié)果，仿真出了問(wèn)題。后來(lái)搜索了好多資料， 和同組同學(xué)進(jìn)行了激烈的討論，最終大膽選擇了新的設(shè)計(jì)方 案，并利用網(wǎng)絡(luò)和圖書(shū)館的資源，最終使這次課程設(shè)計(jì)得以 順利完成。直流電子負(fù)載的設(shè)計(jì)方案有好幾種，在網(wǎng)上找的資料好多 采用的是單片機(jī)原理，由于時(shí)間有限，要學(xué)習(xí)單片機(jī)不大現(xiàn) 實(shí)，串聯(lián)式直流穩(wěn)壓負(fù)載的穩(wěn)定性又不高，而三端集成穩(wěn)壓 器電路簡(jiǎn)單易學(xué)，又有很好的穩(wěn)定效果所以最終采用的是三 端集成穩(wěn)壓器電路。這次的設(shè)計(jì)還有很多不足之處，有待進(jìn)一步改進(jìn)。要想獲 得更穩(wěn)定的電路，可以嘗試使用單片機(jī)，這需要日后更多的 學(xué)習(xí)和實(shí)踐來(lái)實(shí)現(xiàn)。致

15、謝經(jīng)過(guò)兩個(gè)星期的艱苦奮戰(zhàn)，我的課程設(shè)計(jì)基本完成。在這 里我要忠心的感謝我的指導(dǎo)老師，方俊初老師，正是他的悉 心教導(dǎo)才能讓我在這么短的時(shí)間內(nèi)就完成了這一次的課程 設(shè)計(jì)。期間，方老師每天都來(lái)學(xué)校為我們指點(diǎn)，我也經(jīng)常向 方老師請(qǐng)教，他都很仔細(xì)耐心的向我解說(shuō)。 在我遇到困難時(shí)， 他不斷的鼓勵(lì)我，給我信心。他風(fēng)趣幽默的風(fēng)格，讓我們?cè)?解決問(wèn)題和學(xué)習(xí)知識(shí)時(shí)感到無(wú)比輕松愉快。這段時(shí)間和方老 師的接觸讓我受益匪淺，在此在此表示，我對(duì)方老師的敬意 和感激之情。課程設(shè)計(jì)期間，同學(xué)和室友的幫助是巨大的，尤其是在方 案確定的時(shí)候，感謝他們對(duì)我的支持和幫助，在此對(duì)他們致 以最誠(chéng)摯的謝意。還要感謝那些幫助過(guò)我的，給我提出

16、寶貴 意見(jiàn)的，以及那些關(guān)心我的人。最后，向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行評(píng)審并提出寶貴意 見(jiàn)的各位老師表示衷心地感謝！此致敬禮附錄表一：恒流模式元器件清單元件序號(hào)型號(hào)參數(shù)數(shù)量VCC12V1GROUND1V124V1V28V1R120歐1R22歐1R31K歐1U1OP07AZ1Q1SI9950DY_N1表二：恒壓模式元器件清單元件序號(hào)型號(hào)參數(shù)數(shù)量V124V1GROUND1R1， R2， R310歐各一個(gè)R4100歐1R5200歐1C1, C2, C3100uF各一個(gè)U1LM317AH1Q1FMMT6171D11N1199C1參考文獻(xiàn)【1】 華成英,童詩(shī)白著模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第四版高等教育出版社，200

17、6【2】閻石著電子技術(shù)基礎(chǔ)第五版高等教育出版社，2006【3】單片機(jī)原理及應(yīng)用第三版機(jī)械工業(yè)出版社，2005.【4】 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程。電子工業(yè)出版社。2005.1。【5】孫肖子，鄧建國(guó)，陳南等著電子設(shè)計(jì)指南高等教育出版社，2006.【6 】【7 】【8 】課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)直流電子負(fù)載要求：1. 有恒流和恒壓兩種模式，并可以手動(dòng)切換2. 工作于恒流模式時(shí)，不論輸入電壓如何變化，流過(guò)電子 負(fù)載的電流保持恒定，且電流值可設(shè)定。3. 工作于恒壓模式時(shí)，不論流經(jīng)電子負(fù)載的電流如何，負(fù) 載的端電壓保持恒定，且電壓值可設(shè)定。4. 電壓設(shè)置范圍：1 20V。5. 電流設(shè)置范圍：100mA 3A指導(dǎo)老師（簽名）年 月 日直流電子負(fù)載的設(shè)計(jì)摘要：直流電子負(fù)載有恒流、 恒壓、恒阻、恒功率四個(gè)模式， 本文只討論了前兩種電子負(fù)載形式。這次設(shè)計(jì)主要采用的是 運(yùn)算放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)所組成分電路，基本實(shí)現(xiàn)了電子負(fù)載 有恒流和恒壓兩種模式，并可手動(dòng)切換。在恒流方式時(shí)不論 輸入電壓如何變化（在一定范圍內(nèi)），流過(guò)該電子負(fù)載的電