數控恒流源的設計與制作

冒玨岑

一，解析課題

設計并制作一個數控恒流源電路，數控恒流源電路原理圖如下圖所示。數控恒流源是指在給定的數字量控制下，負載電阻阻值在一定范圍內調節變化時輸出電流恒定不變，改變控制數字量，輸出恒定電流不隨負載改變。

二，設計原理

四，單元電路元器件選擇

（1）計數器

采用74HC161計數器。74HC161的主要功能：1，異步清零功能：當CLR的反為零時，不論有無時鐘脈沖CLK和其他信號輸入，計數器被清零，即Qd～Qa都為0。2，同步并行置數功能：當CLR的反=1，LOAD的反=0時，在輸入時鐘脈沖CLK上升沿的作用下，并行輸入的數據dcba被置入計數器，即Qd～Qa=dcba。3，計數功能：當LOAD的反=CLR的反=ENP=ENT=1，當CLK端輸入計數脈沖時，計數器進行二進制加法計數4，保持功能：當LOAD的反=CLR的反=1時，且ENP和ENT中有”0“時，則計數器保持原來狀態不變。

（2）驅動譯碼器

采用74HC4511芯片。74HC4511將輸入BCD標準代碼變換成驅動七段數碼管所需的碼信號，其中四線A～D為BCD碼輸入端，高電平有效，A為低位輸入端，D為高位端，七段a～g輸出高電平以驅動共陰極數碼管發光。LE為鎖存控制端，高電平時能夠鎖存輸入的BCD碼。LT為燈測試反相控制端，BI為消隱反相控制端。

（3）數模轉換器

DAC0832是采樣頻率為8位的D/A轉換芯片，集成電路內有兩級輸入寄存器，使DAC0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要（如要求多路D/A異步輸入、同步轉換等）。DAC0832中有兩級鎖存器，第一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的鎖存信號為ILE;第二級鎖存器稱為DAC寄存器，它的鎖存信號為傳輸控制信號 。因為有兩級鎖存器，DAC0832可以工作在雙緩沖器方式，即在輸出模擬信號的同時采集下一個數字量，這樣能有效地提高轉換速度。此外，兩級鎖存器還可以在多個D/A轉換器同時工作時，利用第二級鎖存信號來實現多個轉換器同步輸出。ILE為高電平、WR1 和 CS為低電平時， LE1為高電平，輸入寄存器的輸出跟隨輸入而變化;此后，當WR1 由低變高時， LE1為低電平，資料被鎖存到輸入寄存器中，這時的輸入寄存器的輸出端不再跟隨輸入資料的變化而變化。對第二級鎖存器來說， WR2和XFER 同時為低電平時， LE2為高電平，DAC寄存器的輸出跟隨其輸入而變化;此后，當WR2 由低變高時， LE2變為低電平，將輸入寄存器的資料鎖存到DAC寄存器中。

（4）比例放大器

采用op07反相放大器。Op07芯片是一種低噪聲，非斬波穩零的雙極性（雙電源供電）運算放大器集成電路。由于op07具有非常低的輸入失調電壓（對于OP07A最大為25μV），所以OP07在很多應用場合不需要額外的調零措施。OP07同時具有輸入偏置電流低（OP07A為±2nA）和開環增益高（對于OP07A為300V/mV）的特點，這種低失調、高開環增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設備和放大傳感器的微弱信號等方面。反相放大轉換器輸出信號。

（5）壓控恒流源

方案一：采用場效應三極管。接受放大器的輸出電壓，使用三極管將不穩定的直流電壓轉換成穩定的直流電壓，得到壓控恒流源效果。當場效應管工作于飽和區時，漏電流Id近似為電壓Ugs控制的電流。即當Ud為常數時，滿足：Id=f（Ugs），只要Ugs不變，Id就不變。

方案二：采用基極分壓式射極偏置電路。利用基極分壓式射極偏置電路穩定靜態工作點達到壓控恒流源的效果。

數控恒流源主電路原理圖

五，系統參數測定

（1）數模轉換單元：

輸出電壓值v和輸入數字量D的關系：

（2）電壓調理單元：

輸入電壓與輸出電壓的關系：

（3）壓控恒流源單元

當場效應管工作于飽和區時，漏電流Id近似為電壓Ugs控制的電流。即當Ud為常數時，滿足：Id=f（Ugs），只要Ugs不變，Id就不變。

八，調試過程

（1）實驗過程

按照電路接線圖連接好電路，檢查電路無誤后按照電路圖通入±12v并使GRD口與地相連，接入負載。按照順序，調整RV1直至輸入端口輸入電壓為-3v（利用萬用表電壓檔測量），調整RV2直至與CMOS相連0.51Ω電阻兩端電壓為2.300v。將負載調至有效范圍，改變RV1，多次測量輸入端電容兩端和輸出端0.51Ω兩端電壓并記錄數據。篩選出符合步進規律的的數據記錄入表格并制圖。將RV1恢復至初始調整狀態，改變負載大小，測量0.51Ω電阻兩端電壓，當電壓明顯波動并減小時使用萬用表歐姆檔測量此時負載阻值（注意：測量阻值時需關閉電源！）分別找到負載的上限以及下限并記錄數據。本次測量采用間接測量法，忽略電阻隨溫度變化，通過測量兩段電壓是否改變判斷電流是否穩定，是否達到恒流效果。

（2）誤差分析

由于部分元器件連接點位焊接次數過多導致錫點包含過多雜質，阻礙電流，影響放大效果。

九，數據記錄