學(xué)位論文-—電子技術(shù)報(bào)告恒流源的設(shè)計(jì)

1、電了技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)院：核技術(shù)及自動(dòng)化工程學(xué)院專(zhuān) 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化摘要2第一章前言21 1電子技術(shù)簡(jiǎn)介 31. 2電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的目的和意義 31 3課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和步驟 4第二章電路設(shè)計(jì)52. 1Proteus ISIS 簡(jiǎn)介52.2設(shè)計(jì)原理和過(guò)程52.2.1用理想運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路 52.2.2用7805三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成恒流源 72.2.3用晶體管（穩(wěn)壓管）和理想運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路 .82.3實(shí)驗(yàn)器件82.4實(shí)驗(yàn)過(guò)程與數(shù)據(jù)分析 92. 4 . 1用理想運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路 92. 4 . 2 用7805三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成恒流源） 102. 4 .3用晶體管（穩(wěn)壓管）和理

2、想運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路 11總結(jié)12參考文獻(xiàn)1314恒流源的設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)運(yùn)用Proteus ISIS 軟件，設(shè)計(jì)恒流源電路，在電路圖上連接萬(wàn)用表進(jìn)行 仿真分析。恒流源，是一種能向負(fù)載提供恒定電流的電源裝置，它在外界電網(wǎng)電源產(chǎn) 生波動(dòng)和阻抗特性發(fā)生變化時(shí)仍能使輸出電流保持恒定。恒流源電路具有輸出電流恒定、溫度穩(wěn)定性好、直流電阻很小但等效交流輸出電阻卻很大等特點(diǎn)。恒流范圍大致 為1卩A-20A。它既可以為各種放大電路提供偏流以穩(wěn)定其靜態(tài)工作點(diǎn),又可以作為其有源負(fù)載，以提高放大倍數(shù)。并且在差動(dòng)放大電路、脈沖產(chǎn)生電路中也得到了廣泛應(yīng) 用，可分為直流穩(wěn)壓源，集成運(yùn)放恒流源。關(guān)鍵詞：Proteus IS

3、IS ;恒流源，萬(wàn)用表。The design of Enlargement of the circuitAbstractThe use of desig n Proteus ISIS software desig ned con sta nt curre nt source circuit, the circuit is connected to the multimeter simulation analysis. Constant current source, a constant current to the load to a power supply device, it is i

4、n the external power supply fluctuati ons and cha nges eve n whe n the impeda nee characteristic of the output curre nt rema ins con sta nt. Con sta nt curre nt source circuit with con sta nt output curre nt, good temperature stability, the DC resista nee equivale nt AC output resista nee is small b

5、ut has great features. Constant current range is approximately 1卩 A 20A. It canprovide a variety of amplificati on bias circuit to stabilize its quiesce nt operati ng point, but also as an active load, in order to in crease the magn ificati on. And in the differential amplifier circuit, a pulse gene

6、rating circuit has also been widely used, can be divided in to DC power source, in tegrated amplifier con sta nt curre nt source.Key words： Proteus ISIS; Multimeter,Co nsta nt curre nt source第一章 前言1.1電子技術(shù)簡(jiǎn)介現(xiàn)代電力電子技術(shù)(Modern Power Electronic Technique)主要以該領(lǐng)域中那些后 起的，目前最具發(fā)展前景的全控型電力電子器件如Power-MOSFET IGBT

7、MCT PIC等為背景，介紹它們的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、主要參數(shù)、應(yīng)用特點(diǎn)，以及器件應(yīng)用中 的驅(qū)動(dòng)、保護(hù)等基本問(wèn)題，分別介紹在硬PWM開(kāi)關(guān)和軟PWM開(kāi)關(guān)條件下的各類(lèi)變換電路，如DC-DC,DC-AC, AC-AC, AC-DC等變換電路的基本原理、電路特點(diǎn)、波形分析和 各種負(fù)載對(duì)電路工作的影響分析和初步設(shè)計(jì)、計(jì)算。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生熟悉各 種電力電子器件的特 性和使用方法，掌握各種變換電路的結(jié)構(gòu)、工作原理和控制方法， 獲得電力電子技術(shù)必要的基本理論、基本分析方法以及基本技能，為從事與電力電子 技術(shù)應(yīng)用相關(guān)的工程技術(shù)工作和科學(xué)研究打下一定的基礎(chǔ)。電子技術(shù)不僅大量用于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中的交直流輸變電

8、裝置，更廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域中各種電機(jī)的交直流調(diào)速， 材料加工領(lǐng)域中各種加熱電源(如中高頻 感 應(yīng)加熱電源、焊接電源等)的能量輸出控制等。隨著技術(shù)的發(fā)展，以電壓驅(qū)動(dòng)的各種 全控型高頻大功率器件及其功率模塊相繼出現(xiàn)，這為制造各種小巧輕便、性能穩(wěn)定的高效率和高品質(zhì)高頻開(kāi)關(guān)電源提供了條件，這類(lèi)電源目前廣泛用于各種通訊設(shè)備、 計(jì)算機(jī)乃至各類(lèi)家電產(chǎn)品。1. 2電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的目的和意義運(yùn)用已基本掌握的具有不同功能的單元電路的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試方法，在單元電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出具有不同用途和一定工程意義的電子裝置。深化所學(xué)理論知識(shí)，培養(yǎng)綜合運(yùn)用能力，增強(qiáng)獨(dú)立分析與解決問(wèn)題的能力。 訓(xùn)練培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真

9、的工 作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度，為以后從事電子電路設(shè)計(jì)和研制電子產(chǎn)品打下初步基礎(chǔ)。讓學(xué)生初步掌握電子線路的試驗(yàn)、設(shè)計(jì)方法。即學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)要求和性能參數(shù)， 查閱文獻(xiàn)資料，收集、分析類(lèi)似電路的性能，并通過(guò)組裝調(diào)試等實(shí)踐活動(dòng)，使電路達(dá) 到性能指標(biāo)。課程設(shè)計(jì)為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)實(shí) 踐，而課程設(shè)計(jì)的著眼點(diǎn)是讓學(xué)生開(kāi)始從理論學(xué)習(xí)的軌道上逐漸引向?qū)嶋H運(yùn)用，從已 學(xué)過(guò)的定性分析、定量計(jì)算的方法，逐步掌握工程設(shè)計(jì)的步驟和方法，了解科學(xué)實(shí)驗(yàn) 的程序和實(shí)施方法，同時(shí)，課程設(shè)計(jì)報(bào)告的書(shū)寫(xiě)，為今后從事技術(shù)工作撰寫(xiě)科技報(bào)告 和技術(shù)資料打下基礎(chǔ)。1. 3課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和步驟我們組的設(shè)計(jì)題目為恒流源

10、，主要是運(yùn)用 Proteus ISIS軟件設(shè)計(jì)電路。設(shè)計(jì)一個(gè) 電子電路系統(tǒng)時(shí)，首先必須明確系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)，根據(jù)任務(wù)進(jìn)行方案選擇，然后對(duì)方 案中的各部分進(jìn)行單元的設(shè)計(jì)、 參數(shù)計(jì)算和器件選擇，最后將各部分連接在一起，畫(huà) 出一個(gè)符合設(shè)計(jì)要求的完整系統(tǒng)電路圖。1. 設(shè)計(jì)任務(wù)分析對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行具體分析，充分了解系統(tǒng)的性能、指標(biāo)內(nèi)容及要求，以便明確系統(tǒng)應(yīng)完成的任務(wù)。2. 方案論證這一步的工作要求是把系統(tǒng)的任務(wù)分配給若干個(gè)單元電路，并畫(huà)出一個(gè)能表示 各單元功能的整機(jī)原理框圖。3. 方案實(shí)現(xiàn)單元電路設(shè)計(jì)：?jiǎn)卧娐肥钦麢C(jī)的一部分，只有把各單元電路設(shè)計(jì)好才能提高整體設(shè)計(jì)水 平。每個(gè)單元電路設(shè)計(jì)前都需明確本單

11、元電路的任務(wù)，詳細(xì)擬訂出單元電路的性能指標(biāo)，與前后級(jí)之間的關(guān)系，分析電路的組成形式。具體設(shè)計(jì)時(shí)，可以模仿成熟的先進(jìn) 電路，也可以進(jìn)行創(chuàng)新或改進(jìn)，但都必須保證性能要求。而且，不僅單元電路本身要 設(shè)計(jì)合理，各單元電路間也要相互配合，注意各部分的輸入信號(hào)、輸出信號(hào)和控制信 號(hào)的關(guān)系。器件選擇：集成電路的選擇：由于集成電路可以實(shí)現(xiàn)很多單元電路甚至整機(jī)電路的功能， 所以選用集成電路來(lái)設(shè)計(jì)單元電路和總體電路既方便又靈活，它不僅使系統(tǒng)體積縮 小，而且性能可靠，便于調(diào)試及運(yùn)用，在設(shè)計(jì)電路時(shí)頗受歡迎。集成電路有模擬集成 電路和數(shù)字集成電路。國(guó)內(nèi)外已生出大量集成電路，其器件的型號(hào)、原理、功能、特征可查閱有關(guān)手冊(cè)。

12、選擇的集成電路不僅要在功能和特性上實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案，而且要滿 足功耗、電壓、速度、價(jià)格等多方面的要求。4. 電路仿真：在完成電路的初步設(shè)計(jì)后，可以用仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真。仿真可以對(duì) 電路的邏輯關(guān)系、電壓、電流、波形等進(jìn)行分析，方便排除電路故障。節(jié)省硬件的調(diào) 試時(shí)間，節(jié)省電子元器件的開(kāi)銷(xiāo)。5. 安裝調(diào)試：安裝與調(diào)試過(guò)程應(yīng)按照先局部后整機(jī)的原則，根據(jù)信號(hào)的流向逐塊調(diào)試， 使各功能塊都要達(dá)到各自技術(shù)指標(biāo)的要求，然后把它們連接起來(lái)進(jìn)行統(tǒng)調(diào)和系統(tǒng)測(cè) 試。調(diào)試包括調(diào)整與測(cè)試兩部分，調(diào)整主要是調(diào)節(jié)電路中可變?cè)骷蚋鼡Q器件，使之達(dá)到性能的改善。測(cè)試是采用電子儀器測(cè)量相關(guān)點(diǎn)的數(shù)據(jù)與波形，以便準(zhǔn)確判斷設(shè)計(jì)電路的性

13、能。裝配前必須對(duì)元器件進(jìn)行性能參數(shù)測(cè)試。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的不同，有時(shí) 需進(jìn)行印制電路板設(shè)計(jì)制作，并在印制電路板上進(jìn)行裝配調(diào)試。第二章電路設(shè)計(jì)2. 1 Proteus ISIS 簡(jiǎn)介Proteus ISIS是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Win dows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路。它不僅具 有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。還是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，將單 片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合，還能提供軟件調(diào)試功能，具有全速、單步、設(shè)置 斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)。2. 2 設(shè)計(jì)原理和過(guò)程基

14、本的恒流源電路主要是由輸入級(jí)和輸出級(jí)構(gòu)成，輸入級(jí)提供參考電流，輸出級(jí) 輸出需要的恒定電流。 構(gòu)成恒流源電路的基本原則:恒流源電路就是要能夠提供一個(gè)穩(wěn)定的電流以保證其它電路穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)。即 要求恒流源電路輸出恒定電流，因此作為輸出級(jí)的器件應(yīng)該是具有飽和輸出電流的伏 安特性。這可以采用工作于輸出電流飽和狀態(tài)的BJT或者M(jìn)OSFE來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了保證輸出晶體管的電流穩(wěn)定，就必須要滿足兩個(gè)條件：a）其輸入電壓要穩(wěn)定一一輸入級(jí)需要是恒壓源；b）輸出晶體管的輸出電阻盡量大（最好是無(wú)窮大）一一 輸出級(jí)需要是恒流源。 對(duì)于輸入級(jí)器件的要求：因?yàn)檩斎爰?jí)需要是恒壓源，所以可以采用具有電壓飽和伏安特性的器件來(lái)作為輸

15、入級(jí)。一般的pn結(jié)二極管就具有這種特性一一指數(shù)式上升的伏安特性；另外，把增 強(qiáng)型MOSFE的源-漏極短接所構(gòu)成的二極管，也具有類(lèi)似的伏安特性一一拋物線式上 升的伏安特性。在IC中采用二極管作為輸入級(jí)器件時(shí)，一般都是利用三極管進(jìn)行適當(dāng)連接而成 的集成二極管，因?yàn)檫@種二極管既能夠適應(yīng) IC工藝，又具有其特殊的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于這 些三極管，要求它具有一定的放大性能，這才能使得其對(duì)應(yīng)的二極管具有較好的恒壓 性能。 對(duì)于輸出級(jí)器件的要求：如果采用BJT，為了使其輸出電阻增大，就需要設(shè)法減小 Evarly效應(yīng)（基區(qū)寬度 調(diào)制效應(yīng)），即要盡量提高Early電壓。如果采用MOSFET為了使其輸出電阻增大，就需要設(shè)法

16、減小其溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng) 和襯偏效應(yīng)。因此，這里一般是選用長(zhǎng)溝道 MOSFET而不用短溝道器件。2. 2.1用理想運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路電路如上圖，此電路是同相輸入電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。V1是4V的輸入電壓，導(dǎo)線4與導(dǎo)線1之間是輸出電壓V0,導(dǎo)線1與導(dǎo)線0之間是反饋電壓Vf，R3是負(fù)載 電阻RL,R2是反饋電阻Rf。由理想運(yùn)放特性可知：Vf V1,IL=lf ,則l0=IL=lf=Vf/Rf V1/Rf ,即：I0=V1/Rf （2）。若 VI、Rf 一定，IO=Vi/Rf （2）也是定值。當(dāng)負(fù)載電 阻RL增大（在一定范圍內(nèi)）時(shí)，輸出電流I0=IL=If會(huì)減小。但是由于引入了負(fù)反饋， 電路會(huì)自動(dòng)

17、調(diào)整，使輸出電流增大回到設(shè)定值。由公式（2）可知，當(dāng)V1值固定，改變Rf就會(huì)輸出一個(gè)電流。這樣恒流源的 電流輸出就可根據(jù)需要設(shè)定了。缺點(diǎn)：現(xiàn)實(shí)中理想運(yùn)放難以實(shí)現(xiàn)這種情況適用于理論實(shí)驗(yàn)教學(xué)或者在精度低的恒流源場(chǎng)合中實(shí)現(xiàn)。2. 2.2 用7805三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成恒流源電路如上圖所示，V1是9V的輸入電壓，由于采用7805三端集成穩(wěn)壓器導(dǎo)線4 與導(dǎo)線0 （或2）之間是5V的固定輸出電壓V0, R1是負(fù)載電阻，導(dǎo)線0上的電流為 靜態(tài)電流I0 （萬(wàn)用表3所示電流）。最后的輸出電流I=V0/R1+I0=I1+I0，V0/R1的電 流I1是萬(wàn)用表2所示電流。所以最終只要改變負(fù)載電阻 R1的值就能改變輸出電

18、流的 大小。2. 2.3用晶體管（穩(wěn)壓管）和理想運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路XMH24-_LV1 16VAD741CND1盤(pán)1N534腔R1 ,J札邑120+電路如上圖所示，D1是一個(gè)Vz=6V的穩(wěn)壓管，由上圖電路特性知運(yùn)放的 V+=Vz=6V 而運(yùn)放在電路中構(gòu)成的是一個(gè)電壓跟隨器，所以V- =V+=Vz=6V輸出電流 匸Vz/R1=6/R1，輸出電流如萬(wàn)用表1所示。所以最終只要改變 R1的阻值就能改變輸 出電流的大小了。2. 3. 實(shí)驗(yàn)器件:元件類(lèi)型型號(hào)主要參數(shù)單組數(shù)量變壓器帶中間抽頭16V, 40W1個(gè)二極管IN40024個(gè)獨(dú)石電容0.1 g F5個(gè)電解電容1000 g F, 25V2個(gè)100 g

19、 F, 25V3個(gè)三端穩(wěn)壓器LM78121個(gè)LM79121個(gè)LM78051個(gè)電源線帶插頭1條萬(wàn)能板17cm*22cm1個(gè)焊錫絲1.0mm2米單股導(dǎo)線0.3mm23米元件類(lèi)型型號(hào)主要參數(shù)單組數(shù)量三極管90134個(gè)穩(wěn)壓管5V2個(gè)獨(dú)石電容0.1 g F1個(gè)電解電容470 g F3個(gè)10g F1電阻2KQ2個(gè)100Q1個(gè)4.7KQ3個(gè)6.8 KQ2個(gè)15KQ2個(gè)20KQ1個(gè)10 KQ5個(gè)電位器27KQ1個(gè)100 KQ1個(gè)1KQ1個(gè)100Q1個(gè)10KQ1個(gè)運(yùn)算放大器LM358DIP封裝1個(gè)焊錫絲1.0mm2米單股導(dǎo)線0.3mm23米IC插座8pin1個(gè)萬(wàn)能板17cm*22cm1個(gè)2. 4實(shí)驗(yàn)過(guò)程與數(shù)據(jù)分

20、析2. 4. 1用理想運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路電流最小為0.1微安時(shí)，電阻R2=40兆歐，所以理論上的IO=4V/4OM=1OOnA仿 真測(cè)得10=100.023nA。電流最大為500mA時(shí)，電阻 R2=8歐，所以理論上的I0=4V/8=500mA，仿真測(cè)得 l0=499.969mA.會(huì)用表-XMM1萬(wàn)用表實(shí)驗(yàn)誤差比較小，大致上可以忽略不計(jì)。 可以采用此電路來(lái)設(shè)計(jì) 可調(diào)恒流源電路設(shè)計(jì)。2. 4. 2用7805三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成恒流源電流最小為0.1微安時(shí)，仿真測(cè)得ii=10=電流最大為500mA寸，仿真測(cè)得,I1=I0=由于靜態(tài)電流I0遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了恒流源可調(diào)范圍的最小電流了， 因此該電路不滿足原電路設(shè)計(jì)的要求。2. 4. 3用晶體管（穩(wěn)壓管）和理想運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路電流最小為0.1微安時(shí)，電阻R1=60兆歐，所以理論上的I0=6V/60M=100nA仿真測(cè)得10=100.034nA。電流最大為500mA寸，電阻R1=12歐,所以理論上的l0=6V/12=500mA, 仿真測(cè)得 I0=500.154mA.謗萬(wàn)庠丟-XMM1實(shí)驗(yàn)誤差較小，基本可以忽略不計(jì)，可以采用此電路來(lái)設(shè)計(jì) 可調(diào)恒流源電路。總結(jié)在本次實(shí)驗(yàn)中我們小組的題目是“放大電路”。這次課程設(shè)計(jì)讓我明白了很 多關(guān)于電力電子技術(shù)方面的知識(shí)，