电磁铁用双极性压控电流源.doc

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1、南昌航空大学大学生科技创新基金项目专家评审表（活页）项目编号：项目名称电磁铁用双极性压控电流源申请金额3800元项目类别□小发明■小制作□小创作项目来源□自主立题■教师指导选题1．研究目的及意义：电流源是一种能向负载提供恒定电流的电路，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，在差动放大电路，脉冲产生电路中得到了广泛应用。其可做为信号源的试验室装置，如校验仪器等；做为信号源的手动调节的现场设备，如调节阀、变频器等；可控制恒流源，如电压控制恒流源往往是自动化控制系统不可缺少的组成部分。例如，

2、在对现场信号的测量变送当中，经常需要将电压信号变换成一定的电流信号以便进行远距离传送和提高抗干扰能力。典型的DDZ-Ⅱ及DDZ-Ⅲ型电动调节仪表的变送单元都采用了电压控制恒流源电路；在用计算机直接控制以电流输入的执行机构的场合，由于计算机的D／A输出一般均为电压信号，因而，电压控制恒流源也是必需的；在微机化的仪表校验装置中，向外提供任意电流的恒流源，由于如上的原因，也必须使用电压控制恒流源电路。本课题为5000Gs左右电磁铁设计并实现双极性压控电流源。由于目前用于霍尔效应实验、巨磁电阻测量、直流电量测量、薄膜的磁电阻特性测量、磁性薄

3、膜实验、薄膜金属电阻动态监测、磁场测量、磁学试验、磁学性质、材料实验等研究的5000Gs左右的电磁铁非常普及，很多实验室为了完成自己特色研究对磁场的产生需要有严格的控制，比如磁场随时间按设定的程序改变，这就需要为电磁铁专门制作由信号控制的压控电流源。这种电流源一般输出为4A，要求静态输出电流在2mA以下，避免零信号时还存在静态输出电流所产生的磁场，在一些磁性材料的研究或测量中静态输出电流必须接近零。这种电流源还要求实现连续的双向输出，也就是当输入电压为负时，电流必须连续地平稳地改变方向，这与目前众多的续电器变向的电流源设计上要求更高

4、。在科学研究领域，很多实验研究用的仪器需要按照自身研究特点来改造，特别是在磁性材料的研究中，电磁铁电源的设计与制作关系到实验研究是否能够进行，为此很多研究人员因为找不到合适的电磁铁电流源而影响研究进度。综上，本课题的研究目的，是为5000Gs左右磁性材料实验研究用电磁铁设计和制作电流源，使电磁铁能够实现手动和自动控制（包括输入差分控制电压）、磁场可连续平稳变向、小零点磁场，磁场定标功能。它的意义在于为众多磁性材料研究实验用的电磁铁电流源提供一种功能强大的优质模版，提高磁性材料研究实验设备改造效率。2.国内外研究现状：（1）国内研究现

5、状2008年10月，一种双极性可控电源已获得专利（公开号：CN101295187A），如图1所示。可控电源由运算放大器与压控电流源及二极管组成，而压控电流源由正负电压变换单元、正负电流驱动单元等组成，电压变换单元与电流驱动单元均为差动电压控制的单极性电流源。可控电源是一种受控电源，通过增加外部辅助电路的方法可方便地实现四种常用受控电源：电压控制电流源ＶＣＣＳ、电流控制电流源ＣＣＣＳ、电压控制电压源ＶＣＶＳ、电流控制电压源ＣＣＶＳ，也可以附加一些简单的环节组成其它形式应用电路。其原理图如下：图1种双极性可控电源电路图（来自CN1012

6、95187A公开说明书）但是，从设计理论上分析，输出电流是有两个大的输入电流差构成的，容易受电源电压变化的影响，此图1电路的零点稳定性较差。可能出现零电压信号输入时，输出电流在零点有很大的波动，这种设计是不符合科学研究用电磁铁的电流源的。一些国内公司也生产了数控电磁铁电源，典型代表为北京亿良科技有限公司生产的可用于5000Gs左右电磁铁的电流源，如产品YL2401-4，这种电流源将控制功能集成到了电流源的箱体中，实际上是限制了电流源控制部分的开发，而更重要的一点是它并不具备真正意义上的双极性，它是使用的继电器换向功能，不能做到连续平

7、稳换向。可参加北京亿良科技有限公司产品网址http://www.yltec.com/yl2401-4.htm。另外，一些压控电流源的设计都不是争对电磁铁用的，如文献（韩静霖等，《一种电压控制电流源的设计与应用术》，电子技术应用，2008年第3卷，64-65）。另有一些成熟稳定的电磁铁电流源设计文献，但不是双极性，如文献（A.H.AlaniandE.Chohen,AstabilizedelectromagnetDCcurrentsupply,J.Phs.E:Sci.Instrum20(1987)338-339）,此文献已被国外测量杂志

8、翻译。（2）国外研究现状目前，国外的电磁铁电源，无论在设计上或是产品制造上都已经很完美，我国有些公司也代理了国外公司产品销售，价格都高出国产电磁铁电源很多倍，比如美国lakeshore公司提供的电源665-DUAL，是真正的双极直流电