CN204087651U - 二维磁场发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种二维磁场发生器，包括二维磁场发生器主机和上部的磁场发生器，二维磁场发生器主机上设置有X方向四位数显电流表、Y方向四位数显电流表、X磁场方向调节开关、X磁场电流调节旋钮、Y磁场方向调节开关、Y磁场电流调节旋钮和电源开关，磁场发生器由八边形固定环、两个X磁场线圈和磁芯，两个Y磁场线圈和磁芯组成，二维磁场发生器主机内设置有单片机，单片机控制电路、模数转换电路、数码显示电路、电源和大电流恒流源电路。本磁场发生器能方便地产生X方向、Y方向或二维的旋转磁场，同时结构合理，操作方便，磁场稳定，能满足大专院校的电磁学、光学、物理学等课程的教学实验及相关的科研要求。

Description

二维磁场发生器

技术领域

本实用新型涉及一种二维磁场发生器，属于大专院校的电磁学、物理学、光学等相关课程的科研和实验领域。

背景技术

近年来，磁场的应用在电子、航天、生物科学、农业育种等领域都有很大的发展，而稳定的磁场是很多研究和实验的基础，而恒流源是稳恒电流的保证，同时也保证了磁场的稳定，单片机则可快捷和方便的控制磁场的产生和进行调节。

本实用新型利用单片机来实现对大电流恒流电源的控制，可准确地输出高精度的电流，与传统通过改变电压来得到不同的磁场相比能得到更稳定的磁场。

稳定的磁场是磁光效应、霍尔效应等实验的保证，同时也是相应科研的基本要求，以前采用的传统的螺旋管或亥姆霍兹线圈产生的磁场稳定性和线性度不好，磁场强度也不够大，会对科研或实验带来不利的影响，同时常常产生的磁场都是一维的，磁场空间也大，增强了磁场的不均匀性，而本实用新型采用对称的四组线圈，可分别产生X方向和Y方向的磁场，而磁场均匀性也更好。

实用新型内容

本实用新型针对现有的实验仪器的不足，提出结合了大电流恒流源和单片机控制技术的二维磁场发生器。同时设置有X方向和Y方向各两组对称的线圈，可分别产生X方向磁场、Y方向磁场或两方向的叠加旋转磁场。本磁场发生器能满足大专院校相关的科研要求和电磁学、物理等相关课程的实验要求。

本实用新型的二维磁场发生器包括二维磁场发生器主机和上部的磁场发生器，二维磁场发生器主机上设置有X方向四位数显电流表、Y方向四位数显电流表、X磁场方向调节开关、X磁场电流调节旋钮、Y磁场方向调节开关、Y磁场电流调节旋钮和电源开关；磁场发生器由八边形固定环、两个X磁场线圈和磁芯、两个Y磁场线圈和磁芯组成，X磁场的两个线圈串联，Y磁场的两个线圈串联，用于产生X方向和Y方向的磁场；二维磁场发生器主机内设置有单片机，单片机控制电路、模数转换电路、数码显示电路、电源和大电流恒流源电路。

本实用新型的磁场发生器采用常用的单片机AT89C52作为控制核心来实现对大电流恒流源的控制，控制由运算放大器和复合型大功率晶体管构成的大电流恒流源，产生恒定的电流，通过线圈，从而产生稳定的磁场，同时也完成A/D采样和D/A控制和数码显示，它还具有编程简便、接口简单、小型化的特点。

本实用新型磁场发生器通过主机中的单片机运算形成相应的数字输出量，再经D/A转换器输出相应的控制信号，能使得恒流源在20～3000mA输出电流时，输出电流误差小于1mA，实现对恒流源电流输出的精确调节。电流调节是采用调节旋钮的方式，按设置的步进值去调节并得到所需的电流值，并由LED数码方式显示出来。

本实用新型二维磁场发生器主机内的电源电路，大电流恒流源电路，模数转换电路，单片机控制电路和数码显示电路依次相连，其大电流恒流源电路的输出连接到X磁场线圈和Y磁场线圈。

二维磁场发生器主机内共有两组大电流恒流源，其恒流源电路所采用的运放芯片为LF353，并在输出端具有大功率NPN型达林顿复合管电路。LF353是一种带内部微调输入偏差电压技术的高速运放；它输入阻抗高，并具有极高的转换率，功耗低。同时为达到大电流输出，在恒流源输出端增加了由Q1、Q2组成的大功率的NPN型达林顿复合管电路。

二维磁场发生器主机底部有四只可调节高度的支撑脚，用以调节磁场发生器的水平，保证产生磁场的方向性。

附图说明

图1是二维磁场发生器外观图，其中的1是X方向四位数显电流表，2是X磁场方向调节开关，3是X磁场电流调节旋钮，4是Y磁场方向调节开关，5是Y磁场电流调节旋钮，6是支撑脚，7是电源开关，8是Y方向四位数显电流表，9是八边形固定环，10是Y磁场线圈，11是X磁场线圈，12是磁芯。

图2是二维磁场发生器的电路系统框图。

图3是一组恒流源电路图。

具体实施方式

结合附图，下面具体说明二维磁场发生器的工作和电路情况。

本实用新型磁场发生器主机内单片机的主要功能是经过运算形成相应的数字输出量再经D/A转换器输出相应的精密电压调节信号，按设定的步进参数给定电流值，从而实现对恒流源输出电流的精确调节。

本实用新型的电流调节，可从10mA～3000mA按1mA步进分级，所以采用12位的模数转换芯片MAX53l。MAX531是低功耗、电压输出型的12位D/A转换器，是一种高线性度的串行总线器件，可以单电源工作。MAX531内置精密参考电压源2.048V，采用2倍增益输出时，满量程输出电压为4.096V，可与12位D/A的量化4096级对应，这样保证了MAX531的输出电压与设定电流值的误差小于1个字。

本磁场发生器电源为±15V电压，其中+15V电源向恒流源及运放供电，-15V用于运放的负电源。而反馈电阻R_f应选用10Ω的大功率精密线绕电阻，以确保其不会过热变值；同时大功率管都安装散热器，并采用直流风扇风冷散热。

本磁场发生器采用的四位数显电流表，其驱动与显示芯片采用的是专用芯片MAX7219，MAX7219是八位串行共阴LED数码管动态扫描驱动芯片，其峰值段电流可达40mA，最高串行扫描速率为10MHz，典型扫描速率为1300Hz，仅使用很少的I/O口，即可完成对数码管的显示控制和驱动，线路非常简单，控制方便。

本二维磁场发生器主机上设置的X磁场方向调节开关和Y磁场方向调节开关分别用于调节X方向上的磁场方向和Y方向上的磁场方向。

本二维磁场发生器能方便地产生X方向、Y方向或二维的旋转磁场，同时结构合理，操作方便，磁场稳定，能满足大专院校的电磁学、光学、物理学等课程的教学实验及相关的科研要求。

Claims (5)

1.一种二维磁场发生器，其特征是：包括二维磁场发生器主机和上部的磁场发生器，二维磁场发生器主机上设置有X方向四位数显电流表、Y方向四位数显电流表、X磁场方向调节开关、X磁场电流调节旋钮、Y磁场方向调节开关、Y磁场电流调节旋钮和电源开关；磁场发生器由八边形固定环、两个X磁场线圈和磁芯、两个Y磁场线圈和磁芯组成，X磁场的两个线圈串联，Y磁场的两个线圈串联，用于产生X方向和Y方向的磁场；二维磁场发生器主机内设置有单片机，单片机控制电路、模数转换电路、数码显示电路、电源和大电流恒流源电路。

2.根据权利要求1所述的二维磁场发生器，其特征是：其二维磁场发生器主机内的电源电路，大电流恒流源电路，模数转换电路，单片机控制电路和数码显示电路依次相连，其大电流恒流源电路的输出连接到X磁场线圈和Y磁场线圈。

3.根据权利要求1所述的二维磁场发生器，其特征是：其二维磁场发生器主机内所采用的单片机为AT89C52芯片。

4.根据权利要求1所述的二维磁场发生器，其特征是：其二维磁场发生器主机内大电流恒流源电路所采用的运放芯片为LF353，并在输出端具有大功率NPN型达林顿复合管电路。

5.根据权利要求1所述的二维磁场发生器，其特征是：其二维磁场发生器主机底部有四只可调节高度的支撑脚。