1、 1 第第 1 章章 数控直流恒流源数控直流恒流源概述概述 1.1 数控直流恒流源的简介 随着电子技术的发展，数字电路应用领域的扩展，现今社会，产品智能化、数 字化已成为人们追求的一种趋势，设备的性能，价格，发展空间等备受人们的关注， 尤其对电子设备的精密度和稳定度最为关注。性能好的电子设备，首先离不开稳定 的电源，电源稳定度越高，设备和外围条件越优越，那么设备的寿命更长。基于此， 人们对数控恒定电流器件的需求越来越迫切当今社会，数控恒压技术已经很成熟， 但是恒流方面特别是数控恒流的技术才刚刚起步有待发展，高性能的数控恒流器件 的开发和应用存在巨大的发展空间，本文正是应社会发展的要求，研制出一
2、种高性 能的数控直流恒流源。本数控直流恒流源系统输出电流稳定，不随负载和环境温度 变化，并具有很高的精度，输出电流误差范围5mA，输出电流可在 20mA2000mA 范 围内任意设定，因而可实际应用于需要高稳定度小功率恒流源的领域。 1.1.1 恒流源的概念恒流源的概念 恒流源是输出电流保持恒定的电流源， 而理想的恒流源应该具有以下特点： 1、不因负载(输出电压)变化而改变； 2、不因环境温度变化而改变； 3、内阻为无限大（以使其电流可以全部流出到外面）。 恒流源的基本原理： 基本的恒流源电路主要是由输入级和输出级构成，输入级提供参考电流， 输出级输出需要的恒定电流。 1.1.2 构成恒流源基
3、本原则构成恒流源基本原则 1、对恒流源电路的要求： 恒流源电路就是要能够提供一个稳定的电流以保证其它电路稳定工作的 基础。即要求恒流源电路输出恒定电流，因此作为输出级的器件应该是具有 饱和输出电流的伏安特性。这可以采用工作于输出电流饱和状态的 BJT 或者 MOSFET 来实现。 为了保证输出晶体管的电流稳定，就必须要满足两个条件： a）其输入电压要稳定输入级需要是恒压源； b）输出晶体管的输出电阻尽量大（最好是无穷大）输出级需要是恒 流源。 2 2、对于输入级器件的要求： 因为输入级需要是恒压源，所以可以采用具有电压饱和伏安特性的器件 来作为输入级。 一般的 PN 结二极管就具有这种特性指数
4、式上升的伏安特 性；另外，把增强型 MOSFET 的源-漏极短接所构成的二极管，也具有类似的 伏安特性抛物线式上升的伏安特性。 在 IC 中采用二极管作为输入级器件时， 一般都是利用三极管进行适当连 接而成的集成二极管，因为这种二极管既能够适应 IC 工艺，又具有其特殊的 优点。对于这些三极管，要求它具有一定的放大性能，这才能使得其对应的 二极管具有较好的恒压性能。 3、对于输出级器件的要求： 如果采用 BJT，为了使其输出电阻增大，就需要设法减小 Early 效应（基 区宽度调制效应），即要尽量提高 Early 电压。 如果采用 MOSFET，为了使其输出电阻增大，就需要设法减小其沟道长度
5、调制效应和衬偏效应。因此，这里一般是选用长沟道 MOSFET，而不用短沟道 器件。 1.2 数控直流恒流源的设计目标和要求 凌阳 SPCE061A 单片机送出相应的数字信号，经过 D/A 转换、信号放大、电 平转换、压控恒流源，再输出所需电流；实际输出的电流经过精密电阻变成取样 电压信号，经高输入阻抗放大器、A/D 转换器，将信号反馈到凌阳 SPCE061A 单 片机中构成闭环控制；通过液晶显示器显示此信号的值。最终达到以下几点要求： 1、输出电流范围为 20mA2000mA，步进 1mA。 2、输出电压范围为 0V24V。 3、可同时显示电流的给定值和实测值。 4、改变负载电阻，输出电压在
6、24V 以内变化时，输出电流变化的绝对值输 出电流值的 0.1%+1mA。 5、纹波电流0.2mA。 3 第第 2 章章 设计方案设计方案 对于数控制流恒流源的设计，我们考虑了三个设计方案。 根据题目要求，下面对整个系统的方案进行论证。 2.1 方案一： 采用开关电源的恒流源 采用开关电源的恒流源电路如图 2-1 所示。 当电源电压降低或负载电阻 Rl 降 低时，采样电阻 RS 上的电压也将减少，则 SG3524 的 12、13 管脚输出方波的占空 比增大，从而 BG1 导通时间变长，使电压 U0 回升到原来的稳定值。BG1 关断后， 储能元件 L1、E2、E3、E4 保证负载上的电压不变。当输入电源电压增大或负载电 阻值增大引起 U0 增大时，原理与前类似，电路通过反馈系统使 U0 下降到原来的 稳定值，从而达到稳定负载电流 Il 的目的。 图 2-1 采用开关电源的恒流源 方案一的优点和缺点： 优点：开关电源的功率器件工作在开关状态，功率损耗小，效率高。 与之相配套的散热器体积大大减小， 同时脉冲变压器体积比工频变压器小了 4 很多。因此
