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直流可调恒流源设计 2013年3月 直流可调恒流源设计 学生：徐乐 指导教师：王留留 电气信息工程学院自动化专业 1课程设计的任务与要求 1.1 课程设计的任务 设计一个直流可调恒流源电路。通过调节线性电位器，产生可控恒定电流，当固定时产 生恒定电流。 1.2 课程设计的要求 设计一个简易可调恒流源产生电路，满足日常生活对恒定电流的需要 (1)输入 (AC):U=220V,f=50HZ。 (2)输出电流稳定，在一定范围可调。 (3)设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。 (4)自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量。 (5)在Multisim软件上画出电路图，并仿真和调试，并测试其主要性能参数。 1.3 课程设计的研究基础 电子技术基础(模电部分) 变压器、整流电路、滤波电路、稳压芯片、镜像电流源的工作原理 2 直流可调恒流源系统方案制定 2.1 方案提出 方案一 (1)电网提供交流220V(有效值)频率为50Hz 的电压，要获得低压直流输出，首先 必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。 (2)降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大。 (3)脉动大的直流电压经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉， 保留其直流成份。 (4)滤波后的直流电压，再通过稳压经可调恒流源电路，便可得到可调的恒定直流 电流输出，供给负载RL。 方案二 (1)将交流电220v 电压转化为可调恒压源输出。包括降压器、整流电路、滤波稳 压芯片、取样电路。 (2)电压电流转换电路。 (3)两电路整合，将220v 电压转化为可调恒流源。 2.2 方案论证 第一种方案是直接设计直流可调恒流源电路，只有一个电路。第二种方案是通过电压电 流转换电路，将两个电路整合，要设计的电路比较多。第一种方案比较简单，通过比较选 择第一种方案。 3 直流可调恒流源系统方案设计 3.1各单元模块功能介绍及电路设计 直流恒流电源是一种将220V交流电转换成恒流输出的直流电的装置，它需 要变压、整流、滤波、恒流四个环节才能完成。 一般由电源变压器、整流滤波稳压电路 及恒流电路所组成，基本框图如下： 负 载 整 流 整 流 滤 波 恒流 图1 系统框图 (1)电源变压器：它的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流 电压。变压器的变比由变压器的副边确定，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n, 式 中 n是变压器的效率。 (2)整流电路：利用单向导电元件，将50HZ的正弦交流电变换成脉动的直流电路。 第 1 页 图2 整流电路图 (3)滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分滤除。滤波电路滤除 较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整 流滤波，桥式整流滤波等。 V1 T1 220 Vrms 220 Vrms 50 .Hz 0iǎ 1B4B42 图3 滤波电路图 (4)稳压电路：虽然整流滤波电路能将正弦交流电压变换为较为平滑的直流电压，但 是， 一方面，由于输出电压平均值取决于变压器副边电压有效值，所以当电网 电压波动时，输出电压平均值将随之产生相应的波动；另一方面，由于整流滤 波电路内阻的存在，当负载变化时，内阻上的电压将产生相反的变化，于是输 出电压平均值也将随之产生相反的变化。因此，整流滤波电路输出电压会随着 电网电压的波动而波动，随着负载电阻的变化而变化。为了获得稳定性好的直 流电压，必须采取稳压措施。 第 2 页 220 220 Vrms 50 Hz 0iǎ 图 4 稳压电路图 (5)镜像电流源[1]:电源 Vcc通过电阻 R 和 VT1产生一个基准电流 I ref, 然后通过镜像电流源在VT2 的集电极得到相应的Ic2, 作为提供给某个放大器的偏 置电流。 Ib1 Ib2 Ib(3-1)Ic1 Ic2 Ic(3-2) Ic1 Ic2 Iref 2Ib Iref 2(Ic2/)(3-3)Ic2 Iref [1 (12/)](3-4) 当 β2时，可得： Ic2 Iref [Vcc Ubel] R(3-5) 由于输出恒流Ic2 和基准电流基本相同他们如同镜 像的关系所以这种恒流电路称为镜像电流源。 第 3 页 50% C1 1mF R2 200 图 5 镜像电流源电路图 3.2电路参数的计算及元器件的选择 (1)变压器副边电压U2: 要求输出电压范围为1.25V-15V,所以Uomin 1.25VUomax 15V 因为Ui Uomax (Ui Uo)min,Ui Uomin (Ui Uo)max(3-6) 其中： (Ui Uomax)min 1.2V,(Ui Uomi