简易直流电子负载设计与制作模拟电路部分
简易直流电子负载设计与制作模拟电路部分[20200131190501]
【摘 要】
本文论述了直流电子负载的设计思路和过程。本电子负载采用 模拟电路，可实现以下功能：电子负载有恒流模式。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。恒流（CC）工作模式的电流设置范围为100mA～1000mA ，设置分辨力为100mA。AD模块接受电路电压和电流模拟信号，转化为数字信号，经数码管显示电压和电流。包括加法电路、DAC数模转换、恒流控制数码管的显示电路等；能够检测被测电源的电流值、电压值；各个参数都能直观的在数码管上显示。
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关键字:】直流负载、恒流、D/A、A/D.
目 录
一、方案设定 1
（一）设计要求 1
1.基本要求 1
2.拓展要求 2
（二）总体设计方案 2
1.设计思路 2
2.系统方案论证、比较与选择 2
3.系统组成 3
（三）采用的集成芯片功能说明 3
1. Op07（精密、低噪声运算放大器) 3
2. LP2950-33LPRE3可调微功耗电压稳压器 4
3. DAC0832八位数模转换器 5
二、 硬件电路设计 7
（一）恒流源 7
1.电路原理图。 7
2.电路工作说明 7
（二）电压采样电路 8
1.电路原理图 8
2.电路工作原理说明 8
（三）电流采样电路 9
1.电路原理图 9
2.电路工作原理说明 9
（四）D/ A转换电路 9
1.电路原理图 9
2.电路工作原理分析 9
（五）电源部分 10
三、电路测试 11
（一） 测试过程 11
（二） 模拟测试 11
（三） 数据统计表 13
1.采样电路的测试数据 13
2.D/ A转换电路测试 14
3.综合测试 14
(四) 实物图 15
四、总结 16
附录一 电路设计流程框图 17
附录二 电路总原理图 18
附录三 元器件清单 19
参考文献 20
致 谢 21
一、方案设定
（一）设计要求
设计和制作一台恒流（CC）工作模式的简易直流电子负载。其原理示意图如图1所示。
图1 系统设计流程框图
所谓直流电子负载就是V/I曲线可设定的程控负载，外界电源流入的电流通过模拟器件，但这些器件必须是非线性的，是可以通过模拟量来调整的。
1.基本要求
(1)恒流（CC）工作模式的电流设置范围为100mA～1000mA ，设置分辨力为100mA，设置精度为±2%。还要求CC工作模式具有开路设置，相当于设置的电流值为零。
(2)实时测量并数字显示电子负载两端的电压，电压测量精度为±0.1%。
(3)能实时测量并数字显示流过电子负载的电流，电流测量精度为±0.5%。
对于此部分电路，可以采用单片机来实现数模、模数转换‘信号的采集，结合采样电路采集的模拟信号量，进行数据分析。
也可以用纯模拟、数字电路来实现，但是电路会比较复杂，并且可能由于前后电路的相互影响，对之后的电路调试要求比较高！特别是针对测试的精度要求。
2.拓展要求
（1）使制作的简易直流电子负载具有负载调整率自动测试功能，要求负载调整率的测试范围为1.0%～19.9%，测量精度为±1%。采用简易直流电子负载测试自制稳压电源的负载调整率。为了便于测试，图中加入了电阻RW，更换不同阻值的RW，可以改变被测电源的负载调整率。其测试示意图如图2所示。
图2 稳压电源及负载调整率测试示意图
具有过压保护功能（如将电子负载置于开路状态），过压阈值电压为18V±0.2V。
（二）总体设计方案
1.设计思路
所谓直流电子负载就是V/I曲线可设定的程控负载，外界电源流入的电流通过模拟器件，但这些器件必须是非线性的，是可以通过模拟量来调整的。我们可以通过分压电路来采样，然后经过相应计算来折算出我们要的相应信号的数值。
2.系统方案论证、比较与选择
方案一：基于单片机的数控直流电子负载
此方案控制核心采用MSP430G2553单片机。操作时只需通过程序就能实现恒流模式、恒流值的调节、端口电压的采集及显示、恒压模式下电子负载的接入与断开等核心功能。但此方案对编程有一定的要求，由于比赛时间的局限和本校对于单片机的教学时关于51系列，所以此方案对赛前没有学习MSP430的同学有一定的难度。方案中所采用的MSP430G系列的I/O口较少对外围电路和编程提升了难度。
方案二：基于手动调节的直流电子负载
本方案由于电路设计的问题，对电子负载恒流恒压的控制是依靠计数器对电流调节来实现的。而单片机对电阻的调节的实现相对较为复杂，因此这里并没有采用单片机为控制核心。该方案采用了诸多的精密器件以获得足够高的精度，采用了手动
【摘 要】
本文论述了直流电子负载的设计思路和过程。本电子负载采用 模拟电路，可实现以下功能：电子负载有恒流模式。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。恒流（CC）工作模式的电流设置范围为100mA～1000mA ，设置分辨力为100mA。AD模块接受电路电压和电流模拟信号，转化为数字信号，经数码管显示电压和电流。包括加法电路、DAC数模转换、恒流控制数码管的显示电路等；能够检测被测电源的电流值、电压值；各个参数都能直观的在数码管上显示。
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关键字:】直流负载、恒流、D/A、A/D.
目 录
一、方案设定 1
（一）设计要求 1
1.基本要求 1
2.拓展要求 2
（二）总体设计方案 2
1.设计思路 2
2.系统方案论证、比较与选择 2
3.系统组成 3
（三）采用的集成芯片功能说明 3
1. Op07（精密、低噪声运算放大器) 3
2. LP2950-33LPRE3可调微功耗电压稳压器 4
3. DAC0832八位数模转换器 5
二、 硬件电路设计 7
（一）恒流源 7
1.电路原理图。 7
2.电路工作说明 7
（二）电压采样电路 8
1.电路原理图 8
2.电路工作原理说明 8
（三）电流采样电路 9
1.电路原理图 9
2.电路工作原理说明 9
（四）D/ A转换电路 9
1.电路原理图 9
2.电路工作原理分析 9
（五）电源部分 10
三、电路测试 11
（一） 测试过程 11
（二） 模拟测试 11
（三） 数据统计表 13
1.采样电路的测试数据 13
2.D/ A转换电路测试 14
3.综合测试 14
(四) 实物图 15
四、总结 16
附录一 电路设计流程框图 17
附录二 电路总原理图 18
附录三 元器件清单 19
参考文献 20
致 谢 21
一、方案设定
（一）设计要求
设计和制作一台恒流（CC）工作模式的简易直流电子负载。其原理示意图如图1所示。
图1 系统设计流程框图
所谓直流电子负载就是V/I曲线可设定的程控负载，外界电源流入的电流通过模拟器件，但这些器件必须是非线性的，是可以通过模拟量来调整的。
1.基本要求
(1)恒流（CC）工作模式的电流设置范围为100mA～1000mA ，设置分辨力为100mA，设置精度为±2%。还要求CC工作模式具有开路设置，相当于设置的电流值为零。
(2)实时测量并数字显示电子负载两端的电压，电压测量精度为±0.1%。
(3)能实时测量并数字显示流过电子负载的电流，电流测量精度为±0.5%。
对于此部分电路，可以采用单片机来实现数模、模数转换‘信号的采集，结合采样电路采集的模拟信号量，进行数据分析。
也可以用纯模拟、数字电路来实现，但是电路会比较复杂，并且可能由于前后电路的相互影响，对之后的电路调试要求比较高！特别是针对测试的精度要求。
2.拓展要求
（1）使制作的简易直流电子负载具有负载调整率自动测试功能，要求负载调整率的测试范围为1.0%～19.9%，测量精度为±1%。采用简易直流电子负载测试自制稳压电源的负载调整率。为了便于测试，图中加入了电阻RW，更换不同阻值的RW，可以改变被测电源的负载调整率。其测试示意图如图2所示。
图2 稳压电源及负载调整率测试示意图
具有过压保护功能（如将电子负载置于开路状态），过压阈值电压为18V±0.2V。
（二）总体设计方案
1.设计思路
所谓直流电子负载就是V/I曲线可设定的程控负载，外界电源流入的电流通过模拟器件，但这些器件必须是非线性的，是可以通过模拟量来调整的。我们可以通过分压电路来采样，然后经过相应计算来折算出我们要的相应信号的数值。
2.系统方案论证、比较与选择
方案一：基于单片机的数控直流电子负载
此方案控制核心采用MSP430G2553单片机。操作时只需通过程序就能实现恒流模式、恒流值的调节、端口电压的采集及显示、恒压模式下电子负载的接入与断开等核心功能。但此方案对编程有一定的要求，由于比赛时间的局限和本校对于单片机的教学时关于51系列，所以此方案对赛前没有学习MSP430的同学有一定的难度。方案中所采用的MSP430G系列的I/O口较少对外围电路和编程提升了难度。
方案二：基于手动调节的直流电子负载
本方案由于电路设计的问题，对电子负载恒流恒压的控制是依靠计数器对电流调节来实现的。而单片机对电阻的调节的实现相对较为复杂，因此这里并没有采用单片机为控制核心。该方案采用了诸多的精密器件以获得足够高的精度，采用了手动
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