数控恒流源的设计与制作

冒珏岑

一，解析课题

设计并制作一个数控恒流源电路，数控恒流源电路原理图如下图所示。数控恒流源是指在给定的数字量控制下，负载电阻阻值在一定范围内调节变化时输出电流恒定不变，改变控制数字量，输出恒定电流不随负载改变。

二，设计原理

四，单元电路元器件选择

（1）计数器

采用74HC161计数器。74HC161的主要功能：1，异步清零功能：当CLR的反为零时，不论有无时钟脉冲CLK和其他信号输入，计数器被清零，即Qd～Qa都为0。2，同步并行置数功能：当CLR的反=1，LOAD的反=0时，在输入时钟脉冲CLK上升沿的作用下，并行输入的数据dcba被置入计数器，即Qd～Qa=dcba。3，计数功能：当LOAD的反=CLR的反=ENP=ENT=1，当CLK端输入计数脉冲时，计数器进行二进制加法计数4，保持功能：当LOAD的反=CLR的反=1时，且ENP和ENT中有”0“时，则计数器保持原来状态不变。

（2）驱动译码器

采用74HC4511芯片。74HC4511将输入BCD标准代码变换成驱动七段数码管所需的码信号，其中四线A～D为BCD码输入端，高电平有效，A为低位输入端，D为高位端，七段a～g输出高电平以驱动共阴极数码管发光。LE为锁存控制端，高电平时能够锁存输入的BCD码。LT为灯测试反相控制端，BI为消隐反相控制端。

（3）数模转换器

DAC0832是采样频率为8位的D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要（如要求多路D/A异步输入、同步转换等）。DAC0832中有两级锁存器，第一级锁存器称为输入寄存器，它的锁存信号为ILE;第二級锁存器称为DAC寄存器，它的锁存信号为传输控制信号 。因为有两级锁存器，DAC0832可以工作在双缓冲器方式，即在输出模拟信号的同时采集下一个数字量，这样能有效地提高转换速度。此外，两级锁存器还可以在多个D/A转换器同时工作时，利用第二级锁存信号来实现多个转换器同步输出。ILE为高电平、WR1 和 CS为低电平时， LE1为高电平，输入寄存器的输出跟随输入而变化;此后，当WR1 由低变高时， LE1为低电平，资料被锁存到输入寄存器中，这时的输入寄存器的输出端不再跟随输入资料的变化而变化。对第二级锁存器来说， WR2和XFER 同时为低电平时， LE2为高电平，DAC寄存器的输出跟随其输入而变化;此后，当WR2 由低变高时， LE2变为低电平，将输入寄存器的资料锁存到DAC寄存器中。

（4）比例放大器

采用op07反相放大器。Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性（双电源供电）运算放大器集成电路。由于op07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。反相放大转换器输出信号。

（5）压控恒流源

方案一：采用场效应三极管。接受放大器的输出电压，使用三极管将不稳定的直流电压转换成稳定的直流电压，得到压控恒流源效果。当场效应管工作于饱和区时，漏电流Id近似为电压Ugs控制的电流。即当Ud为常数时，满足：Id=f（Ugs），只要Ugs不变，Id就不变。

方案二：采用基极分压式射极偏置电路。利用基极分压式射极偏置电路稳定静态工作点达到压控恒流源的效果。

数控恒流源主电路原理图

五，系统参数测定

（1）数模转换单元：

输出电压值v和输入数字量D的关系：

（2）电压调理单元：

输入电压与输出电压的关系：

（3）压控恒流源单元

当场效应管工作于饱和区时，漏电流Id近似为电压Ugs控制的电流。即当Ud为常数时，满足：Id=f（Ugs），只要Ugs不变，Id就不变。

八，调试过程

（1）实验过程

按照电路接线图连接好电路，检查电路无误后按照电路图通入±12v并使GRD口与地相连，接入负载。按照顺序，调整RV1直至输入端口输入电压为-3v（利用万用表电压档测量），调整RV2直至与CMOS相连0.51Ω电阻两端电压为2.300v。将负载调至有效范围，改变RV1，多次测量输入端电容两端和输出端0.51Ω两端电压并记录数据。筛选出符合步进规律的的数据记录入表格并制图。将RV1恢复至初始调整状态，改变负载大小，测量0.51Ω电阻两端电压，当电压明显波动并减小时使用万用表欧姆档测量此时负载阻值（注意：测量阻值时需关闭电源！）分别找到负载的上限以及下限并记录数据。本次测量采用间接测量法，忽略电阻随温度变化，通过测量两段电压是否改变判断电流是否稳定，是否达到恒流效果。

（2）误差分析

由于部分元器件连接点位焊接次数过多导致锡点包含过多杂质，阻碍电流，影响放大效果。

九，数据记录