專利名稱：一種高精度數(shù)控鋸齒恒流源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)控鋸齒恒流源電路，特別是涉及一種高精度數(shù)控鋸齒恒流源， 屬于電工電子產(chǎn)品領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，越來越多的行業(yè)都需要它們來提高或者測試相關(guān)產(chǎn)品的性能指標(biāo)。在其中一些領(lǐng)域需要提供鋸齒形的恒流源，或者作為控制信號或者作為測試信號，以實現(xiàn)某種功能或者測試某種效果，而且往往需要鋸齒形電流的相關(guān)參數(shù)是可調(diào)、可設(shè)定的。由于數(shù)控方式可以提供更精確地控制，所以越來越多的產(chǎn)品都往數(shù)控方向發(fā)展，在此也希望鋸齒恒流源的相關(guān)參數(shù)也通過數(shù)控方式來設(shè)定，而傳統(tǒng)的鋸齒恒流源往往參數(shù)不可設(shè)定，所以其功能非常單一，只能用于某種特定場合，或者采用模擬方式精度不高，無法滿足相關(guān)應(yīng)用需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高精度數(shù)控鋸齒恒流源，使鋸齒恒流源更具通用性， 為相關(guān)科學(xué)研究及產(chǎn)品測試提供較為實用的平臺。本發(fā)明實現(xiàn)上述目的所采取的技術(shù)方案是一種高精度數(shù)控鋸齒恒流源，它由V/ I轉(zhuǎn)換電路、前置放大電路、反饋電路和單片機(jī)系統(tǒng)組成；所述的V/I轉(zhuǎn)換電路包括集成運算放大器A2、三極管Ql、Q2、可調(diào)電阻Rff4,電阻R13、R14、R15、R16、R17、Rpl、電容C7、C8、 C9、C10，它們對D/A輸出的電壓進(jìn)行V/I轉(zhuǎn)換以實現(xiàn)恒流輸出，三極管Ql和Q2組成達(dá)林頓管對V/I轉(zhuǎn)換得到的電流進(jìn)行放大，以滿足大電流輸出的要求，RPl為取樣電阻，作為A2的反饋輸入；所述的前置放大電路包括集成運算放大器Al、可調(diào)電阻RW2、RW3、電阻R10、R11、 R12，實現(xiàn)對D/A輸出電壓的負(fù)反饋放大，使其輸出電壓滿足V/I轉(zhuǎn)換所需的電壓要求；所述的反饋電路包括集成運算放大器A3、可調(diào)電阻RW5、RW6、電阻R18、R19、R20、電容Cl 1、Cl2， 它將采樣電阻上的電壓調(diào)理成合適的電壓反饋回A/D，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的閉環(huán)控制，保證了輸出電流的精確度和穩(wěn)定度；所述的單片機(jī)系統(tǒng)包括單片機(jī)U1、液晶LCD1、晶振Υ1、十口插座 J1、按鈕開關(guān) 31、52、53、54、55、56、57、可調(diào)電阻冊1、電阻1 1、1 2、1 3、1 4、1 5、1 6、1 7、 R8、R9、電容Cl、C2、C3、C4、C5、C6，鍵盤S2、S3、S4、S5、S6、S7用于相關(guān)功能和參數(shù)的設(shè)置， 液晶用于顯示相關(guān)信息，單片機(jī)內(nèi)置的D/A模塊輸出V/I轉(zhuǎn)換所需的電壓，單片機(jī)內(nèi)置的A/ D模塊實現(xiàn)對輸出電流的測量和監(jiān)控。所述單片機(jī)系統(tǒng)中單片機(jī)Ul采用C8051F020型單片機(jī)；系統(tǒng)的同步脈沖通過Ul 的76腳輸出；A/D轉(zhuǎn)換采用C8051F020單片機(jī)內(nèi)置的A/D模塊ADCO來實現(xiàn)，外部待測電壓信號通過ΑΙΝΟ. 0管腳進(jìn)入ADCO ；D/A轉(zhuǎn)換采用C8051F020單片機(jī)內(nèi)置的D/A模塊DACO來實現(xiàn)，并通過DACO管腳向外輸出D/A轉(zhuǎn)換之后的電壓；顯示裝置采用IXD1602型液晶來實現(xiàn)；鍵盤S2用于上升時間的設(shè)定、S3用于鋸齒間隙時間設(shè)定、S4用于設(shè)置單個或周期輸出、 S5用于設(shè)置最大輸出電流、S6、7用于相關(guān)參數(shù)的加減控制。
所述前置放大電路采用集成運算放大器0P07實現(xiàn)電壓的負(fù)反饋放大。D/A輸出的電壓跟可調(diào)電阻RW2兩邊的其中一腳相連，RW2另一邊跟地相連，中間可調(diào)端跟電阻Rll相連后再連入Ul的3腳，電阻RlO —端跟地相連，另一端跟電阻R12的一個管腳和Al的2腳相連，R12的另一端跟Al的6腳相連。所訴V/I轉(zhuǎn)換電路中的集成運算放大器A2采用0P07，三極管Ql采用9012，Q2采用TIP127并將其安裝在大面積散熱片上。電壓通過電阻R13輸入到A2的2腳，R15的兩端分別跟A2的2腳和Ql的發(fā)射極及R17相連，R17的另一腳跟電源相連，Ql的基極和Q2 的發(fā)射極相連，Ql和Q2的集電極相連后跟負(fù)載RL相連，Q2的基極跟R16相連，R16的另一端跟A2的6腳相連，負(fù)載RL的另一端跟R14和采用電阻Rpl相連，Rpl另一端跟地相連， R14另一端跟A2的3腳相連，Ql、Q2組成電流放大電路。所訴V/I轉(zhuǎn)換電路中的C7和C8、C9和C10、反饋電路中的Cll和C13各自并聯(lián)在一起分別跟電源和地相連，以實現(xiàn)濾波，其中C7、C9、C12選用瓷片電容，C8、CIO、Cll采用電解電容。所訴反饋電路中的集成運算放大器A3采用0P07。取樣電阻Rpl上的電壓通過電阻R18流入A3的3腳，電阻R20的一端跟A3的2腳和R19的一端相連，R19的另一端跟地相連，R20的另一端跟A3的6腳相連，從而共同組成了負(fù)反饋放大電路?？烧{(diào)電阻RW6的兩端分別跟A3的6腳和地相連，RW5中間的可調(diào)端跟單片機(jī)Ul的ΑΙΝΟ. 0相連，它實現(xiàn)對放大之后的電壓進(jìn)行調(diào)理，使其滿足A/D轉(zhuǎn)換的要求。所述的單片機(jī)模塊中寫有控制程序，它還包括機(jī)殼，液晶顯示電路中的顯示屏和鍵盤分別嵌裝在機(jī)殼上，所述各模塊都在一個電路板上制作完成，所述電路板安裝在機(jī)殼內(nèi)。本發(fā)明的有益效果是，使鋸齒恒流源的精度、穩(wěn)定性得到提高，大大降低了成本， 并且采用數(shù)控的方式使使用變得更為方便。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。圖2是單片機(jī)系統(tǒng)電路原理圖。圖3是前置放大電路原理圖。圖4是V/I轉(zhuǎn)換電路原理圖。圖5是反饋電路原理圖。圖6是鋸齒形電流輸出示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明是一種高精度數(shù)控鋸齒恒流源，它由單片機(jī)系統(tǒng)、前置放大電路、V/I轉(zhuǎn)換電路和反饋電路組成。圖2所示為單片機(jī)系統(tǒng)，它主要實現(xiàn)上升時間、鋸齒間隙時間和最大輸出電流的參數(shù)設(shè)置顯示以及單個或周期鋸齒電流輸出的功能設(shè)定、D/A輸出、A/D采樣監(jiān)控。其中Ul 為C8051F020型單片機(jī)，Si、R2、R3、C3和C4組成的是復(fù)位電路，當(dāng)系統(tǒng)運行不正常時通過按動Sl按鈕開關(guān)來復(fù)位；C5、C6和Yl組成晶振電路，提供系統(tǒng)時鐘；J1、R1作為C8051F020 在線調(diào)試和下載的接口電路；S2、S3、S4、S5、S6、S7、R4、R5、R6、R7、R8、R9組成按鍵電路， 當(dāng)按動按鍵時，跟單片機(jī)相連的腳上就會產(chǎn)生由高到低的電平變換，由此來檢測按鍵是否按下，并實現(xiàn)相關(guān)參數(shù)設(shè)置和功能設(shè)定；LCD1、Rffl組成顯示電路，顯示當(dāng)前設(shè)定的恒流值， IXDl采用IXD1602型液晶顯示器，Rffl作為液晶背光亮暗的調(diào)節(jié)電阻。C8051F020型單片機(jī)內(nèi)置多個A/D、D/A模塊，在此分別采用ADCO和DACO模塊，兩者的基準(zhǔn)電壓都采用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，單片機(jī)將按鍵設(shè)定的數(shù)值發(fā)送給DACO進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換， 并從單片機(jī)的DACO腳輸出相應(yīng)的電壓。本鋸齒恒流源輸出的電流值范圍為20mA到2A，而 DACO腳輸出的電壓值無法滿足20mA到2A范圍V/I轉(zhuǎn)換所需的電壓值，所以無法將DACO 腳直接跟V/1轉(zhuǎn)換電路相連，中間必須加一級前置放大電路以對DACO腳輸出的電壓進(jìn)行放大、調(diào)理。RIO、RlU R12、Rff2, Rff3, Al共同構(gòu)成了負(fù)反饋型前置放大電路，如圖3所示，Al 采用0P07型集成運算放大器，R10、R12確定放大倍數(shù)，RW2構(gòu)成一個分壓電路，調(diào)節(jié)輸入電壓范圍，從而使放大后的電壓滿足相關(guān)參數(shù)要求，RW3為調(diào)零電阻，使Al在零輸入時保證輸出也為零。經(jīng)過前置放大調(diào)理之后的電壓被送入以A2、Q1、Q2為核心的V/I轉(zhuǎn)換電路，如圖4 所示，該電壓經(jīng)過電阻R13流入A2的3腳，A2的輸出經(jīng)過串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)R14、R16、RL正反饋回A2的3腳，經(jīng)過串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)R15、R16負(fù)反饋回A2的2腳從而實現(xiàn)V/I轉(zhuǎn)換電路，取樣電阻RPl的一端和R14、RL的一端相連，另一端跟地相連，RL為負(fù)載電阻。由于通過V/ I轉(zhuǎn)換得到的電流值無法達(dá)到2A，所以在其后加了由Ql、Q2組成的電流放大電路，Ql采用 9012先對電流進(jìn)行初級放大，Q2采用TIP127，Ql的基極電流直接流入Q2的射極，從而實現(xiàn)電流的再次放大，以達(dá)到2A的要求。在此負(fù)載的兩端分別跟18V電源的正極和Q1、Q2的集電極相連，所以Ql、Q2上流過的集電極電流之和即為負(fù)載上的電流值。電容C7、C8和C9、 ClO各自組成濾波電路，從而增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，RW4作為A2的調(diào)零電阻，使A2在零輸入時保證輸出也為零。在前面的電路中我們已經(jīng)實現(xiàn)恒流輸出，但是輸出的電流值是否就是我們設(shè)定的值，精度是否達(dá)到要求，或者電路有沒有可能發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象造成電流值偏離，這些都還不能進(jìn)行識別，為了實現(xiàn)這些我們在此加了反饋檢測電路，從而使整個系統(tǒng)成為一個閉環(huán)系統(tǒng)，增加系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。這里我們將取樣電阻上的Vback電壓進(jìn)行反饋以檢測當(dāng)前電流值，單片機(jī)利用其內(nèi)置的A/D模塊ADCO來實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，獲取Vback電壓值，但是 Vback電壓值跟ADCO的基準(zhǔn)電壓值不匹配，所以在此加上反饋電路對Vback電壓進(jìn)行調(diào)理， 如圖5所示。Vback經(jīng)過電阻R18進(jìn)入A3的3腳，R20將U3的2腳和6腳連接起來，R19 分別跟A2的2腳和地相連，它們共同組成了一個負(fù)反饋放大電路，可調(diào)電阻RW6將U3輸出的電壓分壓后傳給單片機(jī)的ΑΙΝΟ. 0腳。通過反饋電路的調(diào)理后，Vback的電壓值將滿足相關(guān)要求。經(jīng)過以上電路后就可以實現(xiàn)恒流輸出，為了實現(xiàn)所需鋸齒電流輸出，要通過S2、 S3、S4、S5、S6、S7按鍵來設(shè)定如圖6所示的相關(guān)參數(shù)上升時間ti、鋸齒間隙時間tp和最大輸出電流Imax的參數(shù)設(shè)置以及單個或周期鋸齒電流輸出的功能設(shè)定。如果要設(shè)定上升時間ti，首先按下S2使系統(tǒng)處于ti參數(shù)設(shè)定狀態(tài)，然后再通過按動S6、S7來實現(xiàn)相關(guān)值的加減以達(dá)到目標(biāo)值，最后再按S2鍵退出；如果要設(shè)定鋸齒間隙時間tp，首先按下S3使系統(tǒng)處于tp參數(shù)設(shè)定狀態(tài)，然后再通過按動S6、S7來實現(xiàn)相關(guān)值的加減以達(dá)到目標(biāo)值，最后再按S3鍵退出；如果要設(shè)定最大輸出電流Imax，首先按下S4使系統(tǒng)處于Imax參數(shù)設(shè)定狀態(tài)，然后再通過按動S6、S7來實現(xiàn)相關(guān)值的加減以達(dá)到目標(biāo)值，最后再按S4鍵退出；如果要設(shè)定單個或周期鋸齒電流輸出，首先按下S5使系統(tǒng)處于該功能設(shè)定狀態(tài)，然后再通過按動S6、S7來實現(xiàn)相關(guān)狀態(tài)的切換，最后再按S5鍵退出。設(shè)置完相關(guān)參數(shù)和功能后，系統(tǒng)就會按照設(shè)定在RL上輸出鋸齒形電流，并在Ul的76腳輸出一個同步脈沖。
權(quán)利要求
1.一種高精度數(shù)控鋸齒恒流源，其特征在于它由V/I轉(zhuǎn)換電路、前置放大電路、反饋電路和單片機(jī)系統(tǒng)組成；所述的V/I轉(zhuǎn)換電路包括集成運算放大器A2、三極管Ql、Q2、可調(diào)電阻 Rff4,電阻 R13、R14、R15、R16、R17、Rpl、電容 C7、C8、C9、C10,它們對 D/A 輸出的電壓進(jìn)行V/I轉(zhuǎn)換以實現(xiàn)恒流輸出，三極管Ql和Q2組成達(dá)林頓管對V/I轉(zhuǎn)換得到的電流進(jìn)行放大，以滿足大電流輸出的要求，RPl為取樣電阻，作為A2的反饋輸入；所述的前置放大電路包括集成運算放大器Al、可調(diào)電阻RW2、Rff3,電阻RIO、Rl 1、R12，實現(xiàn)對D/A輸出電壓的負(fù)反饋放大，使其輸出電壓滿足V/I轉(zhuǎn)換所需的電壓要求；所述的反饋電路包括集成運算放大器A3、可調(diào)電阻RW5、RW6、電阻R18、R19、R20、電容Cl 1、Cl2，它將采樣電阻上的電壓調(diào)理成合適的電壓反饋回A/D，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的閉環(huán)控制，保證了輸出電流的精確度和穩(wěn)定度；所述的單片機(jī)系統(tǒng)包括單片機(jī)U1、液晶IXD1、晶振Y1、十口插座J1、按鈕開關(guān)S1、S2、 S3、S4、S5、S6、S7、可調(diào)電阻 RW1、電阻 R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、電容 C1、C2、C3、C4、 C5、C6，鍵盤S2、S3、S4、S5、S6、S7用于相關(guān)功能和參數(shù)的設(shè)置，液晶用于顯示相關(guān)信息，單片機(jī)內(nèi)置的D/A模塊輸出V/I轉(zhuǎn)換所需的電壓，單片機(jī)內(nèi)置的A/D模塊實現(xiàn)對輸出電流的測量和監(jiān)控。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度數(shù)控鋸齒恒流源，其特征在于所述單片機(jī)系統(tǒng)中單片機(jī)Ul采用C8051F020型單片機(jī)；系統(tǒng)的同步脈沖通過Ul的76腳輸出；A/D轉(zhuǎn)換采用C8051F020單片機(jī)內(nèi)置的A/D模塊ADCO來實現(xiàn)，外部待測電壓信號通過ΑΙΝΟ. 0管腳進(jìn)入ADCO ；D/A轉(zhuǎn)換采用C8051F020單片機(jī)內(nèi)置的D/A模塊DACO來實現(xiàn)，并通過DACO管腳向外輸出D/A轉(zhuǎn)換之后的電壓；顯示裝置采用LCD1602型液晶來實現(xiàn)；鍵盤S2用于上升時間的設(shè)定、S3用于鋸齒間隙時間設(shè)定、S4用于設(shè)置單個或周期輸出、S5用于設(shè)置最大輸出電流、S6、7用于相關(guān)參數(shù)的加減控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度數(shù)控鋸齒恒流源，其特征在于所述前置放大電路采用集成運算放大器0P07實現(xiàn)電壓的負(fù)反饋放大。D/A輸出的電壓跟可調(diào)電阻RW2兩邊的其中一腳相連，RW2另一邊跟地相連，中間可調(diào)端跟電阻Rll相連后再連入Ul的3腳，電阻RlO —端跟地相連，另一端跟電阻R12的一個管腳和Al的2腳相連，R12的另一端跟Al 的6腳相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度數(shù)控鋸齒恒流源，其特征在于所訴V/I轉(zhuǎn)換電路中的集成運算放大器A2采用0P07，三極管Ql采用9012，Q2采用TIP127并將其安裝在大面積散熱片上。電壓通過電阻R13輸入到A2的2腳，R15的兩端分別跟A2的2腳和Ql 的發(fā)射極及R17相連，R17的另一腳跟電源相連，Ql的基極和Q2的發(fā)射極相連，Ql和Q2的集電極相連后跟負(fù)載RL相連，Q2的基極跟R16相連，R16的另一端跟A2的6腳相連，負(fù)載 RL的另一端跟R14和采用電阻Rpl相連，Rpl另一端跟地相連，R14另一端跟A2的3腳相連，Q1、Q2組成電流放大電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度數(shù)控鋸齒恒流源，其特征在于所訴V/I轉(zhuǎn)換電路中的C7和C8、C9和C10、反饋電路中的Cll和C13各自并聯(lián)在一起分別跟電源和地相連， 以實現(xiàn)濾波，其中C7.C9.C12選用瓷片電容，C8、ClO、Cll采用電解電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度數(shù)控鋸齒恒流源，其特征在于所訴反饋電路中的集成運算放大器A3采用0P07。取樣電阻Rpl上的電壓通過電阻R18流入A3的3腳，電阻R20的一端跟A3的2腳和R19的一端相連，R19的另一端跟地相連，R20的另一端跟A3的6腳相連，從而共同組成了負(fù)反饋放大電路?？烧{(diào)電阻RW6的兩端分別跟A3的6腳和地相連，RW5中間的可調(diào)端跟單片機(jī)Ul的ΑΙΝΟ. 0相連，它實現(xiàn)對放大之后的電壓進(jìn)行調(diào)理， 使其滿足A/D轉(zhuǎn)換的要求。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高精度數(shù)控鋸齒恒流源，其特征在于所述的單片機(jī)模塊中寫有控制程序，它還包括機(jī)殼，液晶顯示電路中的顯示屏和鍵盤分別嵌裝在機(jī)殼上，所述各模塊都在一個電路板上制作完成，所述電路板安裝在機(jī)殼內(nèi)。
全文摘要
一種高精度數(shù)控鋸齒恒流源，屬于電工電子產(chǎn)品領(lǐng)域，它由V/I轉(zhuǎn)換電路、前置放大電路、反饋電路和單片機(jī)系統(tǒng)組成。本鋸齒恒流源利用V/I轉(zhuǎn)換電路來實現(xiàn)電流的輸出，并通過單片機(jī)控制D/A輸出的電壓來實現(xiàn)電流的控制，前置放大電路調(diào)理D/A輸出的電壓，使其滿足V/I轉(zhuǎn)換所需電壓的要求，反饋電路再將輸出的電流信息回饋到單片機(jī)，以實現(xiàn)閉環(huán)控制，由于所采用的單片機(jī)內(nèi)置A/D模塊和D/A模塊，所以無需外加A/D和D/A電路。本發(fā)明具有成本較低、精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。
文檔編號G05F1/10GK102339081SQ201010231120
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者周強, 張永炬, 王韜 申請人:周強, 張永炬, 王韜