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数控直流电流源
一、设计任务和技术要求
1.设计一个数控直流电流源。
2.输出电流0~99mA,手动步进1mA增、减可调,误差不大于0.01mA。
3.具有输出电流大小的数码显示。
4.负载供电电压+12V,负载等效阻值100Ω。
5.电路应具有对负载驱动电流较好的线性控制特性。
6.设计电路工作的直流供电电源电路。
二、系统原理概述
本设计要求设计出一个数控的直流电源,并且输出电流为0~99mA,可以手动控制增减。在此采用数模转换的原理,只要产生与0~99mA电流相对应的数字量(我们取数字量为0~99),再使用D/A转换器转换为模拟电压量,最后再用V/I转换器将电压量转换为与电压量相对应的电流量即可。为控制输出电流手动步进为1mA增、减可调,我们只要保证数字量(0~99)——电压量(0~9.9V)——电流量(0~99mA)相对应,通过控制数字量手动增减步进为1可调即可。
电压—电流转换单元手动增减数字量产生单元综上,整个系统的原理框图如图一所示:
电压—电流转换单元
手动增减数字量产生单元
D/A转换与精度调节单元
数码显示单元
直流稳压电源电路单元
图一系统原理框图
三、方案论证
1.直流稳压电源电路单元
小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成。如图二所示:
整流
整流电路
稳压电路
变压器
负载
滤波电路
图二稳压电源组成示意图
方案一:输出可调的开关电源
开关电源的功能元件工作在开关状态,因而效率高,输出功率大;且容易实现短路保护与过流保护,但是电路比较复杂,设计繁琐,在低输出电压时开关频率低,纹波大,稳定度极差,因此在本设计中不适合此方案。
方案二:由固定式三端稳压器组成
由固定式三端稳压器(7805、7812、7912)输出脚V0、输入脚Vi和接地脚GND组成,它们的输入端接电容可以进一步滤波,输出端接电容可以改善负载的瞬间影响,并且此电路也比较稳定,实现简单。
因此在此采用方案二,电路原理图如图三所示:
C
C
1
2
312U1
3
12
VINVOUTGND
3D3D178L05
3
D3
D1
C30.
C30.1uF
470uF0.33uF
4D2D4
4
1
12
VINVOUTGND
1
13
C6C4C5
C6
C4
470uF0.33uF0.1uF
470uF
0.33uF
5
D7D5
D7
6
C7C9C8
C7
C9
470uF0.33uF0.1uF
470uF
0.33uF
D872
D8
7
23
GND
VV
INOUT
U37912
图三固定三端式直流稳压电源电路
2.手动增减数字量产生单元
方案一:74LS163为可预置的4位二进制同步加法计数器。采用两片74LS163运用反馈清零或者反馈置数法构成十进制计数器,再将两片73LS163构成2位十进制加法计数器。电路结构较为简单,实现方便,电路图如图四所示。但由于要求电流值增、减可调,而此方法只实现增可调,减可调无法实现,所以不采用此方案。
+5V
U1
S1 9
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