1.1.3 在传感器中的应用
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。这不仅仅是因为许多敏感器件是用半导体材料制成的,还因为这样可以避免连接传感器的导线的电阻和接触电阻等的影响。
1.1.4 现代大型仪器中稳定磁场的产生
在许多医疗诊断仪器中的磁场均要求很稳定。否则就会造成严重的测量误差。如果采用稳压电源,由于电磁铁线圈工作时的发热等原因会使其阻值改变,因而供电电流会发生变化,导致磁场不稳定。如果采用恒流源供电就可以克服上述缺点。因此,凡是要求磁场稳定的装置,就必须得采用恒流源供电。所以,在核物理实验装置中,如粒子加速器、质谱仪、β谱仪以及云雾室等,都必须采用恒流源供电。
1.1.5 脉冲式恒流源应用
随着技术的飞速发展,对恒流源的稳定性、精度等要求越来越高[1],如半导体激光器,就需要脉冲式,且稳定度较高的恒流源。脉冲式恒流源也有很重要的应用,如今天的发动机的点火[2],无论是日常中的汽车还是航天的发射都是使用脉冲式的恒流源。
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,大约是在20世纪50年代早期出现的。当时采用的是镇流管作为电真空器件,由于镇流管具有稳定电流的功能,所以大多用于交流电路,经常被用来稳定电子管的灯丝电流。电子管通常情况下不能单独作为恒流器件,但是可用它来构成各种恒流电路。由于电子管是高电压小电流器件,因此用简单的晶体管电路难于获得的高压小电流的恒流源,用电子管电路却很容易实现,并且性能相当好。
1.2.2 晶体管恒流源的产生
进入20世纪60 年代,随着半导体技术的不断发展,设计和制造了各种类型并且性能优越的晶体管恒流源,并在实际中得到了广泛的应用。晶体管恒流源电路可整个封装在同一外壳内,成了一个具有恒流功能的独立器件,可用它可构成直接调整型恒流源。用晶体管作为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广泛应用。但晶体管恒流源的电流稳定度不会太高,很难达到 0.01%/min,且最大输出电流最多几个安培。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20世纪70 年代,半导体集成技术的不断发展,使得恒流源的研制进入了一个新阶段。长期以来采用各种分立元件组装的各种恒流源,现在可以集成在一个很小的硅片上,而且仅需外接少量元件。集成电路的恒流源不仅仅减小了体积和重量,而且简化了设计和调试步骤,还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。
1.3 本文研究的内容
传统的恒流源电流值无法实现精确步进,且所输出电流值是否准确不经测试无法知道等等。如今,由于单片机技术的不断发展并日益成熟,其稳定性不断提高,价格不断下降和D/A,A/D元件的普及使得单片机控制的电源成为可能,为此,结合单片机技术及V/I变换电路,采用反馈调整控制方案设计制作了单片机控制的高精度脉冲恒流源。
2 方案选择和论证
2.1 总体方案选取及性能指标
2.1.1 整体方案
本课题要设计的基于单片机控制的脉冲恒流源,分为以下几个组成部分:单片机模块,A/D转换模块,控制开关,恒流源模块,电源模块,外接按键,数码管显示模块。电路原理图如图2.1所示。
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