恒流电路的扩展及应用-北京工业大学继续教育学院毕业设计论.docx

北京工业大学继续教育学院毕业设计论文 摘要 随着近年来电子技术行业的迅速发展，模拟电路和数字电路进入信息化及电子智能化时代，电子技术发展越来越迅速，应用越来越广泛，对人类生活的影响也更加深远。自从上世纪六十年代晶体管发明以来，人类历史就进入了以电子技术发展应用为标志的历史时代。进入21世纪，电子技术的迅速发展和广泛应用，使社会生产力和社会经济获得了空前的发展。随着社会进入信息化及电子智能化时代，电子技术发展越来越迅速，应用越来越广泛，对人类生活的影响也更加深远。 此文主要介绍了种能向负载提供恒定电流的电源装置，它在外界电网电源产生波动和阻抗特性发生变化时仍能使输出电流保持恒定。此电路具有输出电流恒定、温度稳定性好、直流电阻很小但等效交流输出电阻却很大等特点。恒流范围大致为0A10A。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、脉冲产生电路中也得到了广泛应用。 是一种基于分立元件构成的恒流充电电路，并且重点阐述了电路的组成、结构特点、工作原理及电路的调节。 此文主要讨论了恒流充电电路的问题，电流采样方式，放大电路的设计，基准电压的设定，电流的连续可调，恒流充电时电压的调整方式，本电路具有可靠性高、电路简单、调节方便等优点。详细的绘制了原理图，分析了原理图，焊接，组装，调试，完成整个实验设计的过程。关键词 电子技术，模拟电路，恒流电路，充电电路目录摘要1 目录2第1章 绪论31.1恒流充电电路的概念31.2恒流充电电路的工作原理4第2章 技术指标和电路设计42.1变压器整流电路及电源电路的设计52.2 恒流电路的设计52.3自动充电检测电路和指示电路的设计62.4简易充电器总电路原理图6第3章 设计过程83.1实验过程及实验数据73.2 输出纹波数据8第4章 恒流电路的扩展及应用8第5章 设计总结9致谢11参考文献11 第1章 绪论1.1恒流充电电路的概念简易电池自动恒流充电电路的总体框图如图1所示。它是由变压器整流电路、恒流产生电路、自动断电电路、显示电路和电源电路 显示电路自动充电检测电路恒流产生电路变压器整流电路电源电路 图1 简易电池自动恒流充电电路总体框图 变压器整流电路的功能是将公共电网中的220V交流电转换为合适的电流和电压信号，从而为后续电路提供信号。恒流产生电路的功能是利用晶体管电流源为电路产生恒定的充电电流。自动断电电路的功能是利用三极管饱和导通时的电压特性，从而实现电路当电池充满电时能够自动切断电源。显示电路的功能是利用发光二极管将电路开始充电和结束充电的状态显示出来。稳压电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电压。由于镍镉电池在常规充电时容易极化，常规恒压或恒流充电均会使电解液持续产生氢氧气体，其氧气在内部高压作用下，渗透至负极与镉板作用生成CdO ,造成极板有效容量下降。脉冲充电一般采用充与放的方法，即充5秒钟，就放1秒钟。这样充电过程产生的氧气在放电脉冲下将大部分被还原成电解液,可使析气量大大降低，减少析气量可以使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除，从而减轻了铅酸蓄电池的内压，使下一阶段的脉冲恒流充电更加顺利地进行，从而使铅酸蓄电池可以吸收更多的电量。间歇脉冲使铅酸蓄电池有较充分的化学反应时间，从而减少了充电过程中铅酸蓄电池的析气量，提高了铅酸蓄电池的充电电流可接受能力。脉冲充电法充电5秒钟，停止充电1秒钟，如此循环。这种充电方法会使铅酸蓄电池在充电过程中所产生的氧气和氢气在停止充电脉冲下，大部分析出的氧气和氢气又被还原成了电解液，这不仅减少了铅酸蓄电池在充电过程中内部电化学副反应水的电解所产生的析气量，而且对已经严重极化而引起失效的铅酸蓄电池还有修复作用，在使用本充电方法对失效的铅酸蓄电池充放电510次后，会使铅酸蓄电池的容量逐渐的恢复。1.2恒流充电电路的工作原理电流维持在恒定值的充电。是一种广泛采用的充电方法。蓄电池的初充电，运行中的蓄电池的容量检查，运行中的牵引蓄电池的充电以及蓄电池极板的化成充电，多采用恒流或分阶段恒流充电。此法的优点是可以根据蓄电池的容量确定充电电流值，直接计算充电量并确定充电完成的时间。 蓄电池恒流充电电路图:第2章 技术指标和电路设计 输出电压DC2.5V（自适应） 输出电流010A连续可调 输出电流稳定度小于0.005% 输出电流纹波小于1% 输出功率不小于50W 输出调节方式为电位器微调 输入电压为DC1836V2.1变压器整流电路及电源电路的设计变压器整流电路和稳压电源电路(如图2虚线左边所示)，其主要由变压器、二极管桥式电路、电容构成。其中变压器采用常规的铁心变压器，并将公共电网中的220 V交流电变为12 V交流电，再通过二极管桥式电路进行整流和电容C1滤波。整流信号由VC1引出。在此基础上再接三端稳压器CW7812及电容C3、C4(如图2虚线右边所示)，这样整个电路就构成稳压电源电路。由B点提供+12 V的直流电压。2.2 恒流电路的设计如图3所示，由稳压管VZ1、晶体管VT1、电阻R1、电容C2构成的晶体管电流源提供恒定电流，取稳压管电压为5 V，R1为51 ，此时IC1OO mA，作为电路的充电电流。2.3自动充电检测电路和指示电路的设计如图4电路所示，自动断电电路是由三极管VT2、电压跟随器A1、电压比较器A2电阻R4、R5、R6、R7、R8、R11和可变电阻RP1构成。当充电开始时，电压比较器输出高电平，VT2导通，VT1也导通，指示灯发光二极管亮，给电池充电。可以先设定转换开关为1时给一节电池充电，转换开关为2时给二节电池充电，依次类推，实现对1-4节电池充电。当电充满时，电压比较器输出低电平，VT2截止，VT1不导通，发光二极管熄灭，充电完毕。2.4简易充电器总电路原理图简易电池自动恒流充电电路的总电路图如图5所示。它是由变压器整流电路、恒流产生电路、充电检测电路、显示电路和电源电路5部分构成。总电路图中需要注意的是各个单元电路之间的连接一定要准确，同时各部分的布局要合理。 第3章 设计过程以下是电路原理图 电路主要用到的主要器件有：分流器，运算放大器，线性光耦，三端稳压器，辅助电源模块，功率模块。工作原理：分流器为20A/75mv采样信号经分压电阻给到U1A的3脚，经放大后与U2B的输出7脚进行比较，当电流采样信号经放大后大于基准电压时，经U2D的13放大，再经U2A的正向放大，再经U2C的跟随输出至线性光耦U4，U4处于放大区，来控制功率模块的输出电压，从而控制其恒流输出。R5为基准电压调节电阻，可以控制U2B的7脚基准电压达到010A连续可调。 此电路的主要优势是：电流响应时间短，分流器的采用模式在模拟电路中能够充分发挥出最大的优势，大大的提高了输出电流的稳定度，高速高效的采样方式能够时刻保证输出电流在额定输出时的稳定性。能长期稳定工作，适合各种性质负载（阻性、感性、容性）等优点。在此电路的实验阶段我们发现了各种问题，主要难点在于电路纹波噪声大，根据这一情况我们做了很多解决方法，效果都不是很好，通过仔细的研究和分析， 确定要使纹波尽可能的小，就在于低频信号的干扰，在输入端口加入滤波器，从而使纹波得到很好的控制。3.1实验过程及实验数据1.输出电流稳定度数据：电流值1分钟下的稳定度5分钟下的稳定度1A0.002%0.003%5A0.004%0.004%10A0.003%0.005% 由此可知，1A，5A,10A，三点的输出电流稳定度，无论是1分钟还是5分钟下的输出电流稳定度都优于0.005%，完全达到设计指标。3.2 输出纹波数据电流值输出电压值Udc交流纹波电压Uac纹波系数1A2.49V16.93mV0.68%5A1.22V9.51mV0.78%10A0.66V6.27mV0.95%从该表可知，纹波系数小于1%，因此达到设计要求。第4章 恒流电路的扩展及应用 恒流电路可充分应用在恒流源设备中，此电路就可以看做一个小型的恒流源设备，恒流源设备的应用范围非常广泛，并且在许多情况之下是必不可少的： 许多点真空器件：如示波管、显像管、功率发射管、它们的灯丝冷电阻很小，当用额定电压点燃时，在通电瞬间电流很大，常常超过额定电流很多倍。这样大的冲击电流容易使灯丝寿命缩短，为了保护灯丝，最好采用恒流供电，当灯丝从冷到热变化时，通过灯丝的电流保持稳定，对于价格昂贵的大功率发射管或要求 电真空期间的工作十分稳定，恒流供电尤为重要。 在使用通用的充电机充电时，随着蓄电池的电压逐渐升高，充电电流相应减小，为了保证正常的供电，必须随时提高充电机的输出电压，如果使用用恒流充电，输出功率不变，输出电压减小，保证正常充电，大大提高了效率。 在核物理实验装置中，如粒子加速器，质谱仪以及云雾室中的磁场要求十分稳定，否则会造成严重的质量误差，如果用恒压电源，由于电磁场线圈工作时发热等原因使其阻值发生变化，因为供电电流会发生变化，导致磁场不稳定，但是如果使用恒流源就能克服上述缺点，因此，凡是要求磁场十分稳定的必须采用恒流源供电。 目前在科技和生产部门广泛应用的各类物理性型敏感器件：如热敏、力敏、光敏、磁敏、湿敏等传感器，常常采用恒流源供电。不仅因为许多敏感器件是用半导体材料制成的，还因为这可以避免连接传感器的导线电阻和接触电阻等的影响。 各种辉光放电电光源：如光谱仪中的氢灯，电影放映中的氙灯，一旦被点燃，管内稀薄气体迅速电离。由于离化过程的不稳定性有增加倾向，放大管中的电流会随时上升，因此，在灯管上加以恒定电压时，它是不稳定的，其电流值可能增大到使灯管损坏。为了稳定放电电流，从而稳定灯管的工作状态，需要采用恒流源供电。 第5章 设计总结 在此电路的整过设计过程中，实用性是此电路的最大特点。对电路图的设计，到电路的分析论证，一直到对电路板的焊接，组装，最后进行调试，我们充分考虑了成本和方便一步步进行，最后完成了这个论文的设计与创作，这这次设计中，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。对今后的学习和事件起到了推动的作用，同事也学会了使用一些专业的软件，更加深刻的体会到了毕业设计的重要性。使自己有了更多的知识层面。并将其运用 到我日后的工作中去。致谢 本篇论文虽然凝聚着自己的汗水，但却不是个人智慧的产品，没有导师的指引和赠予，没有朋友的帮助和支持，我在大学的学术成长肯定会大打折扣。当我打完毕业论文的最后一个字符，涌上心头的不是长途跋涉后抵达终点的欣喜，而是源自心底的诚挚谢意。我首先要感谢我的导师亲切关怀和细心指导，在设计过程中，自始至终凝聚着导师的心血。在此论文完成之际，特向恩师表达诚挚的谢意同时以最崇高的敬意。不积跬步何以至千里，本毕业论文能够顺利的完成，也归功于老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。 另外，也非常感谢所有的关心我的其他老师们和同学们，他们的关心也是我学习过程中不可缺少的组成部分。感谢时时刻刻关心、爱护我的父母，他们对我的支持和鼓励，使我得以完成学业的支柱。 真诚的感谢所有的帮助过我的老师们，同学们