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引言

恒流源也稱電流源或穩流源。能夠向負載提供恒定電流的電源稱作恒流源。理想的恒流源其輸出是絕對不變的，但實際的恒流源只能在一定范圍內保持輸出電流的穩定性[1-2]。目前，恒流源被廣泛用于傳感技術、電子測量儀器、現代通信、激光、超導等高新技術領域、并且有良好的發展前景。

2系統組成和工作原理

2.1系統的組成

本數控恒流源系統可分為單片機控制部分、變壓整流和供電部分、A/D和D/A轉換電路、恒流源電路、鍵盤或顯示器接口電路等幾部分組成。系統框圖如圖1所示。

2.2系統工作原理

系統采用AT89C55單片機為核心，控制、比較調整單元基準的變化，實現高精密電壓控制。交流電壓經變壓，整流，濾波，穩壓后通過78,79系列穩壓管輸出提供電路所需電壓，CpU根據預置開關設定的數據或鍵盤輸入的數據，計算出相應的基準電壓值，送給DAC0832轉換成模擬電壓，再送主控電路通過反饋控制，使電流穩定輸出。在經過ADC0809轉換成數字信號輸出單片機。由按鈕選擇配合軟件分別實現設定值與測試值的交替顯示。

控制核心采用單片機INTEL89C55，用此來控制提高了精度，人工干預自由度大，功能擴展，升級余地比較大，兼容性強，成本低廉，易于制作，生產。采樣部分使用運算放大器具有很大的電源電壓控制化，可以大大減少輸出端的紋波電流。顯示部分采用鍵盤/顯示器接口控制器8279，不僅簡化接口電路，而且還減少了軟件對鍵盤/顯示器的查詢時間，提高了CpU的利用率。

3主要電路設計與計算

3.1變壓整流和供電部分

供電部分輸出200～240V，50HZ的交流電，經過變壓器的變壓，整流，濾波，得到系統所需的三種電壓：+5V,+12V,-12V。主要是供數控部分和D/A轉換芯片使用電源，同時也是穩壓輸出電路的主電源。系統框圖如圖2所示。

對于濾波電容的選擇，要考慮：整流管的壓降；7812/7912/7815/7805的最小允許壓降為Ud；電網波動為10%，所以考慮電容為4700μF/16V。因7815和7812負載重功率大，所以應加裝散熱器；電源為了使輸出的電流紋波≤0.2mA，在穩壓器的輸出端都加上了濾波器，來除去電流的紋波。

圖2變壓整流和供電部分的系統框圖

3.2恒流源電路

單片機的輸出經過D/A轉換為模擬信號后，經過雙運放集成塊放大后，再經過MOS管(2SK1062，N溝道)引入深度電流負反饋。引入電流負反饋可以穩定輸出電流，提高放大倍數的穩定性，擴展頻帶，減小非線性失真[3]。采用場效應管的優點是雙極性晶體管輸出幾乎是不可取電流，而MOS管電壓與電流控制范圍好，應而輸出電阻較高，并且低噪聲抗輻射，熱穩定性以及功耗小等優點。電路如圖3所示

圖3恒流源電流

場效應管與BJT最基本的差別在于場效應管是電壓控制元件，輸出漏極電流是由輸出柵極電壓控制的。跨導定義為：

(1)

式中：Id為輸出電流，Vgs為輸出電壓。從柵極看進去的輸入電阻近似為無窮大，漏極電流可以忽略不計。負載電阻改變及紋波電流的抑制均由深度電流負反饋來實現。輸出電流范圍在0.02～2A，如取樣電阻Rs為5Ω，則輸出電壓在0.1～10V之間進行改變。改變負載電阻Rf時，輸出電壓在10V以內變化時，輸出電流變化范圍為≤輸出電流值1%+1mA。供電采用+12V電壓供電，用一個4.7μF的電解電容和一個0.1μF的瓷片電容去耦。

3.3數控部分

89C51單片機基本系統：數控核心采用89C55單片機與EEpROM,RAM，地址鎖存器74LS373組成單片機的基本系統，并對p2口的p2.0經74LS138地址譯碼后作為8279的選通信號。在89C51引腳X1和X2接入晶振Y1和微調電容C5,C6就構成了時鐘電路，值為12MHZ[4-5]。

系統采用了上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式。上電復位要求接通電源后，單片機自動實現復位操作。手動復位要求在電源接通的條件下，在單片機運行期間，操作按鈕開關10使單片機復位。上電自動復位通過外部復位電容C4的充電來實現。按鍵手動復位是通過復位端經電阻和Vcc接通來實現。

鍵盤為8×2按鍵式鍵盤，當有按下時，向CpU申請中斷，CpU在中斷程序中讀取鍵盤編碼，作相應處理。0-9號按鍵用來輸入0.02～2A的預置電流，在輸出端輸出相對應的電流，10號按鍵為單片機手動復位清零鍵。

鍵盤/顯示接口電路：在設計鍵盤/顯示接口電路時，使用8279鍵盤/顯示控制器，它能實現對鍵盤的自動掃描，并對顯示器進行自動刷新。

4電路測試與分析

4.1測試方法

測試所用儀器：數字萬用表，外接220V交流電源，低頻毫伏表。測試方法框圖如圖4所示。圖中RL為負載電阻，RS為取樣電阻，0.5Ω。

用萬用表測1和2兩端的值為實測電流值；用低頻毫伏表測3和4兩端的值為輸出紋波電壓值。誤差百分率測試：為了比較測量值和真實值的誤差，我們在20～2000mA之間選定了六個值相比較，測量數據記錄如表1所示，誤差百分率計算公式為：

(2)

式中：I1為顯示值，I2為測量值。

圖4測試方法框圖