【文章內容簡介】 點電位， ；而。 圖 24 場效應管恒流源 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，電路如圖 24(ｂ )所示。 由圖可得 對于場效應管恒流源的等效內阻，我們也可以導出 式中 為場效應管漏源極間電阻，Ｓ為其跨導。若設 =100ｋΩ，Ｓ =2ｍＡ /Ｖ， =5ｋΩ，則 =，可見，其等效內阻也是非常巨大的。另外，從上述式子還可以看到，將電阻 或 增大，晶體管恒流源內阻則趨于最大值 ，而場效應管恒流源內阻趨近于無窮大。由此，采用較大負反饋電阻，場效應管恒流源會取得更好的等效內阻指標。若將場效應管與晶體管配合使用，組成如圖 25 所示電路，并輔之以溫度補償和穩(wěn)壓措施，則恒流效果會更佳。 圖 25 改進型場效應管恒流源 集成運放恒流源 若要擴大輸出電流的取值范圍，采用如圖 26 所示的集成運放恒流源。圖 26(ａ )中，穩(wěn)壓管Ｄｚ進行穩(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，需要負載一端按地的場合，電路如圖 26(ｂ )所示，輸出恒流 Ｉ 0=Ｖ 2/Ｒ 2。假定運算放大器能供給 5ｍＡ以上的基流，晶體管β 100,則可以超過 500ｍＡ。為防止運算放大器和晶體管進入飽和狀態(tài)影響電路的正常工作，負載ＲＬ 取值不能過大，該電路適應于小負載大電流的場合。 圖 26 集成運放恒流源 三種恒流源設計方案總結 ①由晶體管構成的恒流源，廣泛地用作差動放大器的射極公共電阻，或作為放大電路的有源負載，或作為偏流使用，也可以作為脈沖產生電路的充放電電流 ,由于晶體管參數(shù)受溫度變化影響，大多采用了溫度補償及穩(wěn)壓措施，或增強電流負反饋的深度以進一步穩(wěn)定輸出電流。 ②場效應管恒流源較之晶體管恒流源 ,其等效內阻較小 ,但增大電流負反饋電阻，場效應管恒流源會取得更好的效果。且無需輔助電源，是一個純兩端網(wǎng)絡，這種工作方式十分有用，可以用來代替任意一個歐姆電阻。通常，將場效應和晶體管配合使用，其恒流效果會更佳 。 ③由于溫度對集成運放參數(shù)影響不如對晶體管或場效應管參數(shù)影響之顯著，由集成運放構成的恒流源具有穩(wěn)定性更好，恒流性能更高之優(yōu)點，尤其在負載一端需接地，要求大電流的場合，獲得了廣泛應用。 由于本系統(tǒng)要求實現(xiàn) 0~1000mA 連續(xù)可調，并且驅動工業(yè)級 LED 燈，因此通過對上述三種恒流源方法的比較論證，本文選用集成運放恒流源。 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 可以實現(xiàn)復雜的邏輯功能，規(guī)模大，穩(wěn)定性強，易于調試和進行功能擴展。 FPGA 采用并行輸入輸出方式，處理速度高，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的核心。但由于 FPGA 集成度高，成本偏高，且由于其引腳較多，加大了硬件設計和實物制作的難度。 方案二：采用 AT89C52 作為控制模塊核心。單片機最小系統(tǒng)簡單，容易制作 PCB，算術功能強，軟件編程靈活、可以通過 ISP 方式將程序快速下載到芯片，方便的實現(xiàn)程序的更新，自由度大，較好的發(fā)揮 C 語言的靈活性，可用編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，同時其具有功耗低、體積小、技術成熟和成本低等優(yōu)點。 基于以上分析，選擇方案二 ,利用 89C52 單片機將電流步進值或設定值通過換算 由 D/A轉換，驅動恒流源電路實現(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，對外界環(huán)境要求低，易于維護，尤其是當使用多位一體的數(shù)碼管時，電路簡單，編程量小。 方案二 :使用 LCD 顯示，電路相對于多位一體數(shù)碼管復雜，編程更加復雜，硬件成本更貴。 由于本系統(tǒng)只需要顯示電流值，無須顯示漢字，并出于硬件成本考慮，本系統(tǒng)選擇方案一，采用四位一體共陽極數(shù)碼管顯示電流值。 鍵盤模塊方案 方案一 ：采用獨立式按鍵電路，每個按鍵單獨占有一根 I/O 接口線 ,每個 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。缺點為當按鍵較多時占用單片機的 I/O 口數(shù)目較多。 方案二 ：采用標準 4X4 鍵盤，此類鍵盤采用矩陣式行列掃描方式，優(yōu)點是當按鍵較多時可降低占用單片機的 I/O 口數(shù)目。 本系統(tǒng)只需要三個按鍵，分別為控制按鍵，步進增加電流、步進減小電流，因此本系統(tǒng)采用獨立式按鍵即可滿足系統(tǒng)要求，降低開發(fā)難度和硬件成本。 電源模塊方案 系統(tǒng)需要多個電源，單片機、 D/A、使用 5V 穩(wěn)壓電源，運放需要 +24V 穩(wěn)壓電源，同時系統(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通過可調電阻控制輸出 +24V 穩(wěn)定電壓，并能夠輸出 的電流的，利用該方法實現(xiàn)的電源電路簡單，工作穩(wěn)定可靠。 3 系統(tǒng)設計方案及硬件結構 系統(tǒng)設計框圖 本系統(tǒng)以 AT89C52 單片機為主控制器，通過鍵盤來設置直流電源的輸出電流，設置步進等級可達 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)壓芯片實現(xiàn)直流穩(wěn)壓，然后采用了分立元器件實現(xiàn)穩(wěn)流。為實現(xiàn)對輸出電流控制： 通過 D/A 轉換器（ AD5320）輸出實現(xiàn)電流的預置， 通過比較器和大功率達林頓三極管實現(xiàn)恒流源的反饋調節(jié)， 這樣構成穩(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放 + 大功率管輸出調整模塊恒流輸出負載芯片供電模塊取樣電阻反饋調節(jié)環(huán)節(jié)負載電源單片機AT 89 C 52顯示鍵盤D / A 轉換模塊圖 31 系