數(shù)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(shù)控恒流源電路，數(shù)控恒流源電路原理圖如下圖所示。數(shù)控恒流源是指在給定的數(shù)字量控制下，負載電阻阻值在一定范圍內調節(jié)變化時輸出電流恒定不變，改變控制數(shù)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(shù)器

采用74HC161計數(shù)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(shù)器被清零，即Qd～Qa都為0。2，同步并行置數(shù)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(shù)據(jù)dcba被置入計數(shù)器，即Qd～Qa=dcba。3，計數(shù)功能：當LOAD的反=CLR的反=ENP=ENT=1，當CLK端輸入計數(shù)脈沖時，計數(shù)器進行二進制加法計數(shù)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(shù)器保持原來狀態(tài)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(shù)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(shù)碼管發(fā)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(shù)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(shù)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(xiàn)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?yōu)榈碗娖?，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(wěn)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(huán)增益高（對于OP07A為300V/mV）的特點，這種低失調、高開環(huán)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(wěn)定的直流電壓轉換成穩(wěn)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(qū)時，漏電流Id近似為電壓Ugs控制的電流。即當Ud為常數(shù)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(wěn)定靜態(tài)工作點達到壓控恒流源的效果。

數(shù)控恒流源主電路原理圖

五，系統(tǒng)參數(shù)測定

（1）數(shù)模轉換單元：

輸出電壓值v和輸入數(shù)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(qū)時，漏電流Id近似為電壓Ugs控制的電流。即當Ud為常數(shù)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(shù)據(jù)。篩選出符合步進規(guī)律的的數(shù)據(jù)記錄入表格并制圖。將RV1恢復至初始調整狀態(tài)，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(shù)據(jù)。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(wěn)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(shù)過多導致錫點包含過多雜質，阻礙電流，影響放大效果。

九，數(shù)據(jù)記錄