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数控直流电流源设计报告.docx

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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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