圈回路均处于谐振状态时,具有最好的能量传输效果;2):产生的交流电压经过整流及滤波电路转换成直流电压并驱动电源指示灯工作;3):由两片LM317芯片构成了恒流稳压功能的充电电路;4):TL431作为辅助电源,给两片LM324构成的电压比较器提供基准电压,两个电压比较器驱动充电指示灯和充满电指示灯工作;
三、两种方案进行比较:
1):发射电路:方案一的发射电路直接由场效应管IRF840进行功率发大,但由于场效应管栅极所加信号是一定频率的信号,所以仅在半个周期内对信号有功率放大作用,可能不够驱动充电电路恒流500mA以上的效果,所以第二种方案的发射电路采用乙类互补推挽功率放大电路将完整周期的信号先进行小功率放大,再利用小功率激励场效应管放大电路,在信号的完整周期里面输出大功率,使得功率放大的效果更好;
2):接收电路:方案一由LM317构成的恒流电路实现恒流并采用了LM324构成的电压比较器,通过对采样电阻的电压反馈实现稳压,但是由于电压比较器反相和同相两端电压相差较小时,会有一定的误差产生,使实现的稳压有微小的变化,而方案二是由两片LM317构成的恒流稳压电路实现恒流稳压功能,不同于前一种方案通过电压比较器反馈电压实现稳压,它没有电压比较器带来的微小误差,稳压效果相对更好一些;
所以由以上比较,我们组采用了第二种方案。
2.3 系统结构设计
1、结构框图:
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2、系统原理: 发射电路:
1):振荡信号发生器电路:
采用NE555芯片构成振荡频率在一定范围内可以调节的信号发生器,为功放电路提供激励信号;频率f1?1.43;
(R1?2R2)CUcc??12V
C R2 R1 4 8
7 3 6 2 uo 555 5 1 C3 2):乙类互补推挽和场效应管构成的功率放大电路:
乙类互补推挽功率放大电路将555的一定频率的信号进行整个周期的小功率放大,然后此小功率激励场效应管大功率放大电路输出大功率;当功率放大器的并联谐振回路的谐振频率
f2与振荡信号发生器的频率f1相同时,并联谐振功率放大器发生谐振,此时线圈中的电压
和电流达最大值,从而产生最大的交变电磁场。
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接收电路:
1):由并联谐振电路与发射端的并联谐振电路构成并联谐振回路,当发射线圈回路与接收线圈回路均处于谐振状态时,有最好的能量传输效果,即满足:
f2?f3,其中f2?12?L1C1,f3?12?L2C2
发射端与接收端的谐振回路 2):产生的交流电压经过整流及滤波电路转换成直流电压并驱动电源指示灯LED1工作,LED1与R4电阻串联后并联到直流电压源两端,指示电源工作;
3):由两片LM317芯片构成了恒流稳压功能的充电电路,由于LM317芯片Vout和ADJ两端电压差恒定不变,所以利用第一片LM317这两端电压恒定的特性,串入电阻R1,使第一片LM317在VOUT端输出的电流i1?
?U恒定不变,流入下一片LM317的Vin端,即i2=i1,R1再利用下一片LM317芯片Vout和ADJ两端电压差恒定不变的特性,串入电阻R2,并与另外一电阻R3串联,使Vout端稳压U?端也恒流:i3?i2?i1??U*(R2?R3),另外VIN流入的恒流i2,所以VOUTR2?U,实现了恒流稳压的功能; R112
4):TL431作为辅助电源,给两片LM324构成的电压比较器提供基准电压,两个电压比较器输出端驱动充电和充满电指示灯工作;
5):当TL431提供的基准电压接到由一片LM324构成的电压比较器的同相端,而反相端接充电负载的电压,当负载充电时,由于反相端的电压小于同相端的电压,所以LM324构成的电压比较器输出高电平,点亮充电指示灯,当负载充满电后,由于反相端的电压不小于同相端的电压,电压比较器的输出电压发生跳变,熄灭充电指示灯;当TL431提供的基准电压接到由一片LM324构成的电压比较器的反相端,而同相端接充电负载的电压,当负载充电时,由于同相端的电压小于反相端的电压,所以LM324构成的电压比较器输出低电平,充满电指示灯不会亮,当负载充满电后,由于同相端的电压不小于反相端的电压,电压比较器的输出电压发生跳变,点亮充满电指示灯;
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2.4 具体电路设计
1、发射电路:
电路结构选择的理由及元件型号及参数的选择: 采用555芯片产生振荡信号频率f1?千欧;
采用C1电容使加到该端口处的瞬间或高或低的干扰信号引起的电压的变化缓慢下来,可以说吸收了瞬间的干扰,可以使该引脚得到的信号更加平稳,就是为了滤除干,防止外界输入的干扰影响电路工作;
利用乙类互补推挽功率放大电路对整个周期信号进行小功率放大,然后激励场效应管构成的大功率放大电路输出大功率;在乙类互补推挽功率放大电路中要求:两个晶体三极管的反向击穿电压应满足:Uceo?2Ucc?24V 因为NPN管2N2222型号的参数为Vceo=30;Vcbo=60;Ic(max)=0.8; hFE(min)=35 ; hFE(max)=300;PNP管2N2904型号的参数为Vceo=40;Vcbo=60;Ic(max)=0.6;hFE(min)=20;可以知道它们都符合要求,所以采用这两个型号的晶体三极管;两个三极管允许的最大集电极电流应满足:ICM?1.43?102.2kHz,其中R2取约2
(R1?2R2)C2Icmax?Ucc,RL所以负载采用R5?1k?已满足条件;R3采用滑变电阻,可以控制输入信号的大小,与R4电阻一起为晶体三极管提供直流偏置,为晶体三极管提供基极电流;R3滑动阻值任意,对电路没什么影响,这里采用常见的滑动变阻器阻值10千欧;由于要让Q3场效应管的栅极电压5V左右,R5两端电压要满足达到7V左右,且R4和R5分得的电压总和也为7V左右,所以需要满足R4两端电压值U4=R4*Ib(基极电流)远小于R5两端电压值U5=R5*Ie=R5*Ic(集电极电流),两个晶体三极管最小的放大倍数是20,所以可以选择R4阻值小于或是等于R5
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