基于單片機(jī)的恒流源設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)
2025-10-03 17:52 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 點(diǎn)電位， ；而。 圖 24 場(chǎng)效應(yīng)管恒流源 根據(jù)公式 可解得 式中 表示為夾斷電壓， 為飽和漏極電流。也可以去掉電源輔助回路，變成純兩端網(wǎng)絡(luò)，電路如圖 24(ｂ )所示。 由圖可得 對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)管恒流源的等效內(nèi)阻，我們也可以導(dǎo)出 式中 為場(chǎng)效應(yīng)管漏源極間電阻，Ｓ為其跨導(dǎo)。若設(shè) =100ｋΩ，Ｓ =2ｍＡ /Ｖ， =5ｋΩ，則 =，可見(jiàn)，其等效內(nèi)阻也是非常巨大的。另外，從上述式子還可以看到，將電阻 或 增大，晶體管恒流源內(nèi)阻則趨于最大值 ，而場(chǎng)效應(yīng)管恒流源內(nèi)阻趨近于無(wú)窮大。由此，采用較大負(fù)反饋電阻，場(chǎng)效應(yīng)管恒流源會(huì)取得更好的等效內(nèi)阻指標(biāo)。若將場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管配合使用，組成如圖 25 所示電路，并輔之以溫度補(bǔ)償和穩(wěn)壓措施，則恒流效果會(huì)更佳。 圖 25 改進(jìn)型場(chǎng)效應(yīng)管恒流源 集成運(yùn)放恒流源 若要擴(kuò)大輸出電流的取值范圍，采用如圖 26 所示的集成運(yùn)放恒流源。圖 26(ａ )中，穩(wěn)壓管Ｄｚ進(jìn)行穩(wěn)壓，Ｔ 1 柵流極小，輸出恒流 Ｉ 0=Ｖ ｚ /Ｒ 1,只要Ｔ 2 的參數(shù)允許，這種電路可輸出幾百ｍＡ以上的穩(wěn)定電流。有時(shí)，需要負(fù)載一端按地的場(chǎng)合，電路如圖 26(ｂ )所示，輸出恒流 Ｉ 0=Ｖ 2/Ｒ 2。假定運(yùn)算放大器能供給 5ｍＡ以上的基流，晶體管β 100,則可以超過(guò) 500ｍＡ。為防止運(yùn)算放大器和晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)影響電路的正常工作，負(fù)載ＲＬ 取值不能過(guò)大，該電路適應(yīng)于小負(fù)載大電流的場(chǎng)合。 圖 26 集成運(yùn)放恒流源 三種恒流源設(shè)計(jì)方案總結(jié) ①由晶體管構(gòu)成的恒流源，廣泛地用作差動(dòng)放大器的射極公共電阻，或作為放大電路的有源負(fù)載，或作為偏流使用，也可以作為脈沖產(chǎn)生電路的充放電電流 ,由于晶體管參數(shù)受溫度變化影響，大多采用了溫度補(bǔ)償及穩(wěn)壓措施，或增強(qiáng)電流負(fù)反饋的深度以進(jìn)一步穩(wěn)定輸出電流。 ②場(chǎng)效應(yīng)管恒流源較之晶體管恒流源 ,其等效內(nèi)阻較小 ,但增大電流負(fù)反饋電阻，場(chǎng)效應(yīng)管恒流源會(huì)取得更好的效果。且無(wú)需輔助電源，是一個(gè)純兩端網(wǎng)絡(luò)，這種工作方式十分有用，可以用來(lái)代替任意一個(gè)歐姆電阻。通常，將場(chǎng)效應(yīng)和晶體管配合使用，其恒流效果會(huì)更佳 。 ③由于溫度對(duì)集成運(yùn)放參數(shù)影響不如對(duì)晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管參數(shù)影響之顯著，由集成運(yùn)放構(gòu)成的恒流源具有穩(wěn)定性更好，恒流性能更高之優(yōu)點(diǎn)，尤其在負(fù)載一端需接地，要求大電流的場(chǎng)合，獲得了廣泛應(yīng)用。 由于本系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn) 0~1000mA 連續(xù)可調(diào)，并且驅(qū)動(dòng)工業(yè)級(jí) LED 燈，因此通過(guò)對(duì)上述三種恒流源方法的比較論證，本文選用集成運(yùn)放恒流源。 控制器模塊方案論證 方案一：采用 FPGA 作為系統(tǒng)的控制模塊。 FPGA 可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，穩(wěn)定性強(qiáng)，易于調(diào)試和進(jìn)行功能擴(kuò)展。 FPGA 采用并行輸入輸出方式，處理速度高，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的核心。但由于 FPGA 集成度高，成本偏高，且由于其引腳較多，加大了硬件設(shè)計(jì)和實(shí)物制作的難度。 方案二：采用 AT89C52 作為控制模塊核心。單片機(jī)最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單，容易制作 PCB，算術(shù)功能強(qiáng)，軟件編程靈活、可以通過(guò) ISP 方式將程序快速下載到芯片，方便的實(shí)現(xiàn)程序的更新，自由度大，較好的發(fā)揮 C 語(yǔ)言的靈活性，可用編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，同時(shí)其具有功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)。 基于以上分析，選擇方案二 ,利用 89C52 單片機(jī)將電流步進(jìn)值或設(shè)定值通過(guò)換算 由 D/A轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)恒流源電路實(shí)現(xiàn)電流輸出。 顯示模塊方案 方案一 :使用 LED 數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管采用 BCD 編碼顯示數(shù)字，對(duì)外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)，尤其是當(dāng)使用多位一體的數(shù)碼管時(shí)，電路簡(jiǎn)單，編程量小。 方案二 :使用 LCD 顯示，電路相對(duì)于多位一體數(shù)碼管復(fù)雜，編程更加復(fù)雜，硬件成本更貴。 由于本系統(tǒng)只需要顯示電流值，無(wú)須顯示漢字，并出于硬件成本考慮，本系統(tǒng)選擇方案一，采用四位一體共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示電流值。 鍵盤模塊方案 方案一 ：采用獨(dú)立式按鍵電路，每個(gè)按鍵單獨(dú)占有一根 I/O 接口線 ,每個(gè) I/O 口的工作狀態(tài)互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。缺點(diǎn)為當(dāng)按鍵較多時(shí)占用單片機(jī)的 I/O 口數(shù)目較多。 方案二 ：采用標(biāo)準(zhǔn) 4X4 鍵盤，此類鍵盤采用矩陣式行列掃描方式，優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)按鍵較多時(shí)可降低占用單片機(jī)的 I/O 口數(shù)目。 本系統(tǒng)只需要三個(gè)按鍵，分別為控制按鍵，步進(jìn)增加電流、步進(jìn)減小電流，因此本系統(tǒng)采用獨(dú)立式按鍵即可滿足系統(tǒng)要求，降低開(kāi)發(fā)難度和硬件成本。 電源模塊方案 系統(tǒng)需要多個(gè)電源，單片機(jī)、 D/A、使用 5V 穩(wěn)壓電源，運(yùn)放需要 +24V 穩(wěn)壓電源，同時(shí)系統(tǒng)要求最高輸出電流為 1000mA，電源需為系統(tǒng)提供足夠 大的穩(wěn)定電流。 綜上所述，采用三端穩(wěn)壓集成 7805得到 +5V 穩(wěn)定電壓，集成 LM317通過(guò)可調(diào)電阻控制輸出 +24V 穩(wěn)定電壓，并能夠輸出 的電流的，利用該方法實(shí)現(xiàn)的電源電路簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠。 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及硬件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 本系統(tǒng)以 AT89C52 單片機(jī)為主控制器，通過(guò)鍵盤來(lái)設(shè)置直流電源的輸出電流，設(shè)置步進(jìn)等級(jí)可達(dá) 10mA，并可由 四位一體數(shù)碼管 顯示 電流 值。首先，采用單片穩(wěn)壓芯片實(shí)現(xiàn)直流穩(wěn)壓，然后采用了分立元器件實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流。為實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流控制： 通過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換器（ AD5320）輸出實(shí)現(xiàn)電流的預(yù)置， 通過(guò)比較器和大功率達(dá)林頓三極管實(shí)現(xiàn)恒流源的反饋調(diào)節(jié)， 這樣構(gòu)成穩(wěn)定的壓控電流源。 系統(tǒng)原理框圖如 圖 31 所示 ： 交流輸入整流模塊運(yùn)放 + 大功率管輸出調(diào)整模塊恒流輸出負(fù)載芯片供電模塊取樣電阻反饋調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)負(fù)載電源單片機(jī)AT 89 C 52顯示鍵盤D / A 轉(zhuǎn)換模塊圖 31 系
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