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寻高手设计一个“恒电阻”电路!!!

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楼主: rosalie
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tuwen| | 2008-11-5 18:42 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览

用图形来解释

如下图,电阻丝的工作电压U、工作电流I,在I-U平面上,本题要求工作点的调整轨迹是沿红线移动,而45楼的电路方案是沿蓝线移动的。除了在交点(也就是10V、20mA)以外,都不可能满足500欧姆电阻的要求。所以,这个方案的错误是很清楚的。



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ljm810010| | 2008-11-6 00:47 | 只看该作者

有个疑问

LZ是什么电阻丝,可以做到20mA,10V,在自由空气中0.2W的功率下温度达200度?

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xwj| | 2008-11-6 00:59 | 只看该作者

tuwen,做控制永远不可能一直处于理想点,真正需要的是控制

范围

因为没有偏差,就不可能有调整(PID同样如此)

只要环路稳定,增益够大,完全可以把偏差控制在需要的范围内

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tuwen| | 2008-11-7 15:22 | 只看该作者

斩波恒流法实现恒电阻的设想方案


下图是参照斩波恒流控制器L297的内部电路所设计的电路方案。
Q1、Q2是电子开关,受U1控制。U1当作R-S触发器使用。555方波振荡器以一个固定的频率使U1输出高电平,打开电子开关。当电阻丝阻值低于500欧姆时,取样电阻上的电压高于比较器的参考电压Vref,U2输出高电平。当电阻丝发热、阻值到达500欧姆时,取样电压降到低于参考电压,U2输出低电平,电子开关被切断。下一个周期,电子开关又打开。以上过程反复进行,使电阻丝的阻值稳定在500欧姆附近。
振荡器的频率越高,电流的波动幅度(也就是电阻值的波动幅度)就越小。图中的200Hz只是我设想的一个数值,可以根据试验结果来调整。
U3的作用是在U2输出低电平、电子开关被关断后,利用U1的6脚电压使U1的CD端恢复高电平,避免出现CD和SD同时为低电平的情况。C1、R3的作用是使U1-6脚的波形略微延迟一点再加到U3。
参考电压Vref的计算: 18*10/510=0.35V (忽略Q1的导通压降)



各点工作波形:


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郭 靖| | 2008-11-7 15:52 | 只看该作者

楼上终于回归主题了。

采用楼上的方案也行

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郭 靖| | 2008-11-8 03:44 | 只看该作者

二姨下午爆了,63楼的图也爆掉了。

不知是我的理解有问题还是tuwen的表达不明。
就我的理解,tuwen在63楼的方案与58和60楼互相矛盾。
63楼的方案同样也盯着17.65V、(约)35mA,这组数据,并以这组数据为根据作设计。
60楼的图现在没了,我昨天下午还能看到,但我还是不明白你的描述。
45楼的方案虽然比不上63楼的方案,但意图是设恒流并检测电热丝电压再加以控制,所以说那个方案是错误的,我不认同。

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tuwen| | 2008-11-10 17:17 | 只看该作者

补上图

不知什么原因,60楼和63楼的图不见了。现在补上。

45楼的图,现在也看不见了。希望帖主能补上。

60楼的图,我说的太简单,现再补充说一下:
fzyuan在45楼的电路图,上半部分是恒压控制,下半部分是恒流控制,整个电路是一个带有恒流限制的稳压电源。稳压值是10V,恒流值是20mA。电流值在20mA以下时,它是一个稳压电源,这就是图中蓝色的竖线段。电流到达20mA后,不能再增大,就成为恒流电源,这就是图中蓝色的水平线段。
所以,可以用两句话来概括这个电路的特性:1,它不能输出高于20mA的电流;2,在20mA电流以下时,它的输出电压只能是10V,不可能是其它值。所以,它只有在10V、20mA这个唯一的工作点上符合二者比值等于500欧姆这个条件,而这个工作点只有在一个特定的环境温度条件下才会出现。环境温度一变化,工作点必然移动。移动到任何其它点,都不可能符合500欧姆的条件。所以说,这个电路方案是错误的。


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fzyuan| | 2008-11-11 21:41 | 只看该作者

确认一下楼主的目的和条件

楼主在起篇中提到:
“有两根热敏电阻丝(常温下电阻阻值相同~200 ohm,温度系数为正温度系数~1.5 ohm/度)。已知将电阻丝放在空气中,电阻丝工作在500 ohm(即200度左右)时,通过电阻丝的电流必须为20毫安(此时,电阻丝上散失到空气中的热量为0.02X0.02X500= 0.2W,并达到动态平衡)。要求设计一个电路同时控制两个电阻丝,使两个电阻丝同时恒定工作在500 ohm。在散热条件变化时,电路要能自动调节加载电阻丝上的电压或电流,使之稳定在500 ohm。 电路越简单越好,功耗越低越好!”

我认为红色部分是最重要的,由于上面提到了电流必须为20毫安0.2W,并达到动态平衡,这2个信息在设计方案时应该被注意。

从直觉上觉得此题不需PID之类的控制,应该可以用简单的线性或非线性控制就可以之间完成。如果有人采用那些斩波之类的形式来降低系统功耗是可以的,并且这也符合楼主提出的要求,但它绝非控制之核心。

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fzyuan| | 2008-11-11 22:45 | 只看该作者

最终建议

最终建议在9楼“systemboy”的电路基础上进行一定的改进,楼说曾经采用过类似的电路,但是噪声很大,并且问如何控制2组电阻丝。

噪声大肯定是产生震荡了,是参数没有调整好的原因,
同时控制2组电阻丝,可以再复制一个电路。

9楼的电路最终可以时电阻丝的阻值稳定在500ohm,但是如果要求LM358控制,最好将100ohm和1ohm的两只电阻提高十倍。

当然,此电路还可以进一步根据需要进行针对性的改进。

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郭 靖| | 2008-11-14 03:51 | 只看该作者

66楼,明白你的意思了。

你执着两个“恒”字,被它套了,呵呵
2个“恒”字都是有条件的,只能限大不能限小。

电路特征正如66楼所说,当它是一个稳压限流电源而已。

电流大于设定值时(20mA),电流控制晶体管进入线性状态,导通度下降提高内阻,稳定整个回路电流在20mA,而电热管的电压为 R*I。

如电热管两端电压低于设定值,电源控制晶体管进入深度导通,电热管升温,随着升温,电热管两端也慢慢上升。当电热管两端电压升到设定值时稳定;同时电源控制晶体管的导通度也有所下降提高内阻,稳定电热管两端电压在设定值。

假如电热管再升温,由于电热管电阻也增大,而两端电压不变,流过的电流就会下降(这时,虽然电流控制管进入深度导通状态,但整个回路的电流受电热管所限制),随着电流下降电热管的消耗功率也下降,温度也同样下降。

这2个“恒”是控制点。

以上是我对fzyuan在45楼电路的理解。

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71
fzyuan| | 2008-11-14 22:40 | 只看该作者

66楼tuwen的错误

tuwen在63楼给出的电路几乎没有任何意义,把它简化了说就是一个恒流源,但是这个恒流源提供的电流并不是直流电流,而是脉动的,只是在较长的一段时间内的有效值(或平均值)保持基本稳定而已。这个电路如果是为了提高电源的效率,从斩波原理上也说得过去(具体电路我没有仔细分析,我并没有去关心它的正确性),但是电路太过复杂,其实2元一片34063+LM358就可以实现这个功能,并且供给电阻的是较纯正的直流电流。

另外,再明确一点,如果认为仅用一个恒流源(20mA或者是其他电流值)就可以使电阻丝稳定在500欧姆,那就是大错特错了:
试想:
如果20mA可以使电阻丝从200欧姆上升到500欧姆,再计算一下加载在电阻丝上的功率的变化是从多少到多少呢?80mW~200mW!楼主说了200mW可以达到平衡,但是单恒流源电路共给的功率是随着电阻值的上升而直线上升,功率越高应该温度(能动态平衡的温度)也越高吧?这倒好,温度超限了,你不减功率反倒增加功率,最终结果只有一个:烧!

再增加一点说明:

电阻是物体的一个基本属性,他不会随着外部电路结构的变化而变化,但是他通常会随着温度的变化而变化,然而在此案,温度与加载在电阻丝上的功率的关联很密切,所以提醒大家要注意:
我们的实际控制对象是温度,而非电阻,温度是本质,电阻是表现,是我们可以比较简单测量的量而已。

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manbo789| | 2008-11-16 13:14 | 只看该作者

太棒了,学习!

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未出茅庐| | 2008-11-19 20:40 | 只看该作者

RE

我的想法还是用软件做,在变化不大的情况下应该可以做到2秒左右的调节时间。PID是万能的控制算法啊,呵呵。

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未出茅庐| | 2008-11-19 21:24 | 只看该作者

RE

其实我还是想说tuwen和郭兄的方案就是恒压下,控制电路恒流。关键是在于控制方式,跟7楼的方案没有什么大的不同,都是1阶取差分的控制,我想也会因为电热丝的热惯性产生一些振荡的吧。

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qczq| | 2008-11-22 17:11 | 只看该作者

搞不懂这么个帖子永垂不朽的原因

攒的裤子太多了?

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hartcomm| | 2008-11-23 00:06 | 只看该作者

估计楼主是要做这个热导检测器 以前我见过氧化锆测氧 也是

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  frankwwj 发表于 2008-11-18 11:23 模拟技术  ←返回版面  按此察看该网友的资料 按此把**加入收藏夹 按此编辑本帖

72楼: 看看这个!

热导检测器
热导检测器(TCD)是利用被测组分和载气的热导系数不同而响应的浓度型检测器,有的亦称热丝检测器(HWD)或热导计、卡他计(katherometer或Catherometer),它是知名的整体性能检测器,属物理常数检测方法。

一、工作原理
TCD由热导池及其检测电路组成。图3-2-1下部为TCD与进样器及色谱柱的连接示意图,上部为惠斯顿电桥检测电路图。载气流经参考池腔、进样器、色谱柱,从测量池腔排出。
R1、R2为固定电阻;R3、R4分别为测量臂和参考臂热丝。

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bluetears| | 2008-11-26 12:24 | 只看该作者

哈哈

如果是非封闭型的那就有点难了,外界的温度及风速对电阻丝的温度也有一定的影响。

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电子侠客| | 2008-12-2 13:41 | 只看该作者

tuwen的方法可行

    很多电路实际上并不需要做得太复杂,这样对成本和稳定性都有很好能够保证。
    给tuwen的图几点建议:
    1、在U2的2脚加一个精度较高些的基准电压,这样取样就较稳定,控制精度会更好,C1的电容不能太大。
    2、如果可以,用高一些的电压来工作,这样的加热的瞬间电流会大些,电阻加热的响应速度就会快些(不过要控制好它的电阻功率可容极限)。
    3、tuwen已经说过频率高控制精度会更高,但是并不是越高越好,要跟据环境来具体调节。

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白鬓| | 2008-12-3 09:56 | 只看该作者

看不明白了

不明白

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zmlab.com| | 2008-12-5 08:08 | 只看该作者

看来不少人都时间充裕

其实LZ的目的是什么呢?是检测两处的温差?如果是这样可以讨论一下其他方案。LZ提的可能只是一个方案,大家不要一看到就马上往电路上想,时间浪费的冤啊。

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