直流电子负载的制作.doc

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1、 直流电子负载的制作（F）专家点评:该作品采用LM317恒压和OP07恒流电路控制电压和电流的恒定。电路设计简单合理，作品操作简单，容易控制。可简单、快捷、可靠对电源、变压器、蓄电池等电子设备进行输出特性的测试，在实际测试中，各项指标符合技术要求。 哈尔滨工业大学（威海）信息与电气科学学院 麻志滨高级工程师摘要：本文论述了分别由LM317恒压电路和OP07恒流电路控制电压电流的恒定的直流电子负载的设计思路和过程。可实现以下功能：电子负载有恒流和恒压两种模式，可手动切换。恒流方式时不论输入电压如何变化（在一定范围内），流过该电子负载的电流恒定，且电流值可设定。工作于恒压模式时，电子负载端电压保持

2、恒定，且可设定，流入电子负载的电流随被测直流电源的电压变化而变化。电压电流值由万用表测得。本次设计我们采用手工焊制，虽形式上不是十分美观，但经济实用，并很好地锻炼了我们的焊接、调试等能力。我们对电路的指标进行了实际测试，验证了各项指标。关键词：直流电子负载、恒压电路、恒流电路、OP07、LM317等Abstract: this paper discusses the LM317 respectively by constant voltage circuit and OP07 constant current circuit control voltage current constant -

3、 dc electronic load design and process. Can realize the following functions: electronic load persistence flow and constant pressure two mode, can be manual switch. Constant current way no matter how to change the input voltage (in a certain range), flows through the electronic load current constant,

4、 and the current value can be set. Work in constant pressure mode, the electronic load terminal voltage constant, and can be set, into the electronic load current with the measured dc power supply voltage change and change. Voltage current value measured by multimeter.Keywords: dc electronic load, c

5、onstant voltage circuit, constant current circuit, OP07 LM317, etc目录一.引言4二.总体方案论证与比较41.参数设计方案论证5 2.恒流恒压设计方案5 3.功率控制方案选择6 4.显示方案选择7三.系统电路介绍7（1）恒压电路7（2）恒流电路7四.系统测试方案与测试结果8 五结论与小结9参考文献附件：芯片介绍101.LM317102.OP0711一、 引言 电子负载是利用电子元件吸收电能并将其消耗的一种负载。电子元件一般为功率场效应管、绝缘栅双极型晶体管等功率半导体器件。由于采用了功率半导体器件替代电阻等作为电能消耗的载体，使得

6、负载的调节和控制易于实现，能达到很高的调节精度和稳定性。同时通过灵活多样的调节和控制方法，不仅可以模拟实际的负载情况，还可以模拟一些特殊的负载波形曲线，测试电源设备的动态和顺时特性。这是电阻等负载形式所无法实现的、在电路中，负载是指用来吸收电源供应器输出的电能量的装置，它将电源供应器输出的电能量吸收并转化为其他形式的能量储存或消耗掉。如电炉子将电能转化为热能；电灯将电能转化为光能；蓄电池将电能转化为化学能；电机将电能转化为动能。这些都是负载的表现形式。负载的种类繁多，但根据其在电路中表现的特性可分为阻性负载、容性负载、感性负载和混合性负载。在实验室，我们通常采用电阻、电感、电容等或它们的串并联

7、组合，作为负载模拟真实的负载情况。进行电源设备的性能实验。二、总体方案设计与比较 电子负载用于测试直流稳压电源、蓄电池等电源的性能。设计和制作一台电子负载，有恒流和恒压两种模式，可手动切换。恒流方式时不论输入电压如何变化（在一低范围内），流过该电子负载的电流恒定，可电流值可恒定。工作于恒压模式时，电子负载端电压保持不变，且可设定，流入电子负载的电流虽被测直流电源的电压变化而变化。外接12V稳压电路。要求：（1）负载工作模式：恒压（CV）、恒流（CC）两种模式可选择（2）电压设置及调节范围：1.00V-20.0V，相对误差小于5%，调节时间小于3S。（3）电流设置及调节范围：100mA-2.00

8、A，相对误差小于5%，调节时间小于3S。 恒流模块和恒压模块共用一个基准电压12V，并且通过开关实现两种模式的转换。原理图如下所示。2.1参数设计方案方案一：通过简单调节滑动变阻器来调节恒流源和用二极管来实现恒压源，其缺点是准确度不高，有时不能实现。方案二：分别由LM317恒压和OP07恒流电路控制电压和电流的恒定。万用表读取示数。操作简单易懂。所以选择方案二。2.2恒流恒压设计方案方案一：1 定电流模式（CC mode）方案一：R1为限流电阻，R1上的电控制的压被限制约0.7V，所以改，变R1的阻值就可以改变恒流值，在下图中在串联电路中，各点电流相同，电流要恒流工作，只要在串联电路中，控制流

9、过一个元件的电流就可以达到我们所们所控制的恒流输出。下图是一个简易的恒流电路，通常用在一些功率较小及要求不高的场合里应用，那么在一些应用中，这种电路就无能为力了，例如：再输入电压为1V，输入电流为30A，对于这样的要求的电路根本无法保证其正常工作。这样电路调节输出电流也不是很方便。2 定电压模式（CV mode）一个简易的恒压电路，用一个稳压二极管就可以了。这是一个很简易的图，输入电压被限制在10V，恒压电路在用于测试充电器时是很有用的，我们可以慢慢调节电压测试充电器的各种反应。图是10V 是不可调的。 方案二：1、恒压模式基本电路为万用表、过流保护二极管、驱动电路组成的恒压电路。V =12V

10、/24V输入电压，经过三端可调稳压器LM317调节稳压输出电压后，由参考端R得到输出基准电压VR为2.5V，经调整滑动变阻器R6，一路经电阻R1稳定输出电压，另一路经电容C1反馈调节LM317输入端电压，更好的控制了输出电压的稳定性。与方案一的区别是用集成器件LM317，使输出电压更稳定，从而提高了恒压模式下输出电压的精度。方案二还多了一个过流保护模块，故我们选择方案二进行设计。 2、恒流模式基本电路为由功率放大器OP07、N沟道增强型MOS管SY9950DY、1欧姆采样电阻、两块万用表、驱动电路组成的恒流电路。分别用V DD=2V电源为预置电阻提供电压，用VCC=12V电源为OP07AH提供

11、电压，用VEE=6V（电压可调）SI99950DY提供电压。运用SI99950DY的开关作用调节输出电压，经采样电阻R1输出稳定电流。由与条件所限，实际电路中我们用了大功率增强型MOS管K2611代替仿真电路中的SI99950DY，得到的实际效果与仿真结果十分吻合，并很大幅度的提高了输出的精度和稳定度。故我们选择方案二进行设计。2.3功率控制方案选择：方案一：一种功率控制方案是:恒压源和恒流源共用同一个大功率场效管。 方案二：另一种功率控制方案是:恒压源和恒流源分开使用两个场效应管。经实际操作知：方案一，操作简单，容易控制。而方案二，操作复杂，不易焊接和调试，并且不易实现仿真，经比较，故选方案

12、二2.4显示方案选择：方案一：电压和电流的显示可以用数码管，但数码管的只能显示简单的数字，其电路复杂，占用资源较多，显示信息少，不宜显示大量信息。 方案二：万用表读取电流电压示数，操作简单，容易控制。经比较，故选用方案二进行设计。三系统电路介绍： （1）恒压电路基本电路为万用表、过流保护二极管、驱动电路组成的恒压电路。V =12V/24V输入电压，经过三端可调稳压器LM317调节稳压输出电压后，由参考端R得到输出基准电压VR为2.5V，经调整滑动变阻器R6，一路经电阻R1稳定输出电压，另一路经电容C1反馈调节LM317输入端电压，更好的控制了输出电压的稳定性。（2）恒流电路基本电路为由功率放大

13、器OP07、N沟道增强型MOS管SY9950DY、1欧姆采样电阻、两块万用表、驱动电路组成的恒流电路。分别用V DD=2V电源为预置电阻提供电压，用VCC=12V电源为OP07AH提供电压，用VEE=6V（电压可调）SI99950DY提供电压。运用SI99950DY的开关作用调节输出电压，经采样电阻R1输出稳定电流。由与条件所限，实际电路中我们用了大功率增强型MOS管K2611代替仿真电路中的SI99950DY，得到的实际效果与仿真结果十分吻合，并很大幅度的提高了输出的精度和稳定度。四系统测试方案与测试结果(如图所示)1.恒压电路 2.恒流电路五、结论小结 简易恒流恒压的负载，能够直接检测被测

14、电源的电流值、电压值，以及在不同大小的负载下电源的输出功率值。示数通过万用表测得，操作简单，容易控制。此电子负载能很好的替代传统的测试方法中一般采用的电阻、滑线变阻器、电阻箱等，更简单、更快捷、更可靠地对电源、变压器、蓄电池等电子设备进行输出特性的测试。但是，本设计还存在着很多不足需改进。在此我们还请各位学术上的前辈多多包涵，同时恳请给予意见和建议，我们希望在赛后的时间里我们弥补自己的不足，做到更好！参考文献【1】 模拟电子技术基础第四版。童诗白、华成英主编。【2】 高频电子线路第五版。张肃文主编。【3】 全国大学生电子设计竞赛训练教程。北京。电子工业出版社。2005-1。附件：1芯片 LM3

15、17简介性能特点：LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。317系列稳压块的型号很多：例如LM317HVH、W317L等。电子爱好者经常用317稳压块制作输出电压可变的稳压电源。稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo=1.25（1+R2/R1）。仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。首先317稳压块的输出电压变化范围是Vo=1.25V37V（高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等，其输出电压变化范围是Vo=1.25V45V），所以R2/R1的比值范围

16、只能是028.6。 其次是317稳压块都有一个最小稳定工作电流，有的资料称为最小输出电流，也有的资料称为最小泄放电流。最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同，其最小稳定工作电流也不相同，但一般不大于5mA。LM317特点： 1可调整输出电压低到1.2V 2.保证1.5A 输出电流 3.典型线性调整率0.01% 4.典型负载调整率0.1% 5.80dB纹波抑制比 6.输出短路保护 7.过流、过热保护 8.调整管安全工作区保护 9.标准三端晶体管封装 10.电压范围LM117/LM317 1.25V 至 37V 连续可调其图如下：图 LM317引脚图及引用原

17、理图 2.芯片 OP07简介 图1 OP07外型图片 图OP07引脚及应用电路 OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25V），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。特点：超低偏移： 150V最大 。低输入偏置电流： 1.8nA 。低失调电压漂移： 0.5V/ 。超稳定，时间： 2V/month最大高电源电压范围： 3V至22V工作电源电压范围是3V18V；OP07完全可以用单电源供电，你说的5V,-5V绝对没有问题，用单5V也可以供电，但是线性区间太小，单电源供电，模拟地在1/2 VCC. 建议电源最好8V，否则线性区实在太小，放大倍数无法做大。11