數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源設(shè)計(jì)

1、韶關(guān)學(xué)院電子系韶關(guān)學(xué)院電子系數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源一、數(shù)控電壓源的原理一、數(shù)控電壓源的原理1.概念概念 ：直流輸出電壓的數(shù)值可進(jìn)行數(shù)字控制的電壓源：直流輸出電壓的數(shù)值可進(jìn)行數(shù)字控制的電壓源參數(shù)：參數(shù)：步進(jìn)間距：電壓最小的分辨率步進(jìn)間距：電壓最小的分辨率電壓范圍：直流電壓的輸出大小范圍電壓范圍：直流電壓的輸出大小范圍輸出電流：最大的輸出的電流，衡量帶負(fù)載能力輸出電流：最大的輸出的電流，衡量帶負(fù)載能力穩(wěn)波電壓：穩(wěn)波電壓：誤差誤差韶關(guān)學(xué)院電子系韶關(guān)學(xué)院電子系數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源一、數(shù)控電壓源的原理一、數(shù)控電壓源的原理2.實(shí)例：實(shí)例：設(shè)計(jì)并制作一個(gè)簡(jiǎn)易數(shù)控

2、穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)并制作一個(gè)簡(jiǎn)易數(shù)控穩(wěn)壓電源 要求：要求：a. 輸出電壓：輸出電壓：0V到到+10V/DC可調(diào)，步進(jìn)為可調(diào)，步進(jìn)為0.1V，誤差的絕對(duì)，誤差的絕對(duì)值小于值小于1%； b. 最大輸出電流：最大輸出電流：1A； c. 電壓調(diào)整率小于電壓調(diào)整率小于1%（輸入電壓變化范圍（輸入電壓變化范圍+3V+12V，滿，滿載）；載）； d. 負(fù)載調(diào)整率小于負(fù)載調(diào)整率小于1%（輸出電壓為（輸出電壓為+9V，負(fù)載電流變化范，負(fù)載電流變化范圍圍0.1A1A）；）； e. 紋波電壓（峰紋波電壓（峰-峰值）小于輸出電壓的峰值）小于輸出電壓的0.5%（滿載時(shí)）；（滿載時(shí)）； 韶關(guān)學(xué)院電子系韶關(guān)學(xué)院電子系數(shù)控電壓源與

3、數(shù)控電流源數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源1 DA轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電壓數(shù)控轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電壓數(shù)控refNVDVout2思考題：思考題：1.假如假如Vout的電壓范圍為的電壓范圍為05V，如何通過(guò)電，如何通過(guò)電路轉(zhuǎn)換，變?yōu)槁忿D(zhuǎn)換，變?yōu)?V5V范圍范圍2.如何利用如何利用AD轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電壓幅度程控？轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電壓幅度程控？轉(zhuǎn)換器位數(shù)轉(zhuǎn)換器位數(shù)N對(duì)輸出電壓分辨率的影響？對(duì)輸出電壓分辨率的影響？韶關(guān)學(xué)院電子系韶關(guān)學(xué)院電子系數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源1 DA轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電壓數(shù)控轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電壓數(shù)控韶關(guān)學(xué)院電子系韶關(guān)學(xué)院電子系數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源inNVDVout21 DA轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電壓

4、數(shù)控轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電壓數(shù)控韶關(guān)學(xué)院電子系韶關(guān)學(xué)院電子系數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源利用利用DA轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的數(shù)控電源電壓輸出，存在輸出電轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的數(shù)控電源電壓輸出，存在輸出電流小、帶負(fù)載能力差的缺點(diǎn)。流小、帶負(fù)載能力差的缺點(diǎn)。1 DA轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電壓數(shù)控轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電壓數(shù)控韶關(guān)學(xué)院電子系韶關(guān)學(xué)院電子系數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源R3作用？作用？反饋的類型？反饋的類型？調(diào)節(jié)電阻調(diào)節(jié)電阻R3可以運(yùn)放的放大倍數(shù)?？梢赃\(yùn)放的放大倍數(shù)。AU(空空)-(R3+R2)/R1電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋1 DA轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電壓數(shù)控轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電壓數(shù)控韶關(guān)學(xué)院電子系韶關(guān)學(xué)院電子系數(shù)控電壓源與

5、數(shù)控電流源數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源2 穩(wěn)壓芯片實(shí)現(xiàn)電壓數(shù)控穩(wěn)壓芯片實(shí)現(xiàn)電壓數(shù)控25. 1*)1 (*25. 1*)1 (11RRRIRRVoWWadjWIadj小于小于100uA改變改變RW可以改變輸出的電壓可以改變輸出的電壓韶關(guān)學(xué)院電子系韶關(guān)學(xué)院電子系數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源2 穩(wěn)壓芯片實(shí)現(xiàn)電壓數(shù)控穩(wěn)壓芯片實(shí)現(xiàn)電壓數(shù)控韶關(guān)學(xué)院電子系韶關(guān)學(xué)院電子系數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源3 PWM實(shí)現(xiàn)電壓數(shù)控實(shí)現(xiàn)電壓數(shù)控PWM0，VOUT=0VPWM=100%,VOUT最大輸出最大輸出R1、R2、C1、C2有什么作用？有什么作用？低通濾波低通濾波運(yùn)放有什么作用？運(yùn)放有什么

6、作用？阻抗變換，起緩沖作用阻抗變換，起緩沖作用韶關(guān)學(xué)院電子系韶關(guān)學(xué)院電子系數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源三種方法實(shí)現(xiàn)的數(shù)控電壓源的優(yōu)缺點(diǎn)分析：三種方法實(shí)現(xiàn)的數(shù)控電壓源的優(yōu)缺點(diǎn)分析：uDA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器u穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓芯片uPWM用用DA轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的數(shù)控電壓的系統(tǒng)結(jié)果：轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的數(shù)控電壓的系統(tǒng)結(jié)果： 微處理器微處理器 DA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 射極跟隨器射極跟隨器 AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 鍵盤鍵盤 顯示顯示韶關(guān)學(xué)院電子系韶關(guān)學(xué)院電子系數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源數(shù)控電流源數(shù)控電流源數(shù)控電壓數(shù)控電壓V/I轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換韶關(guān)學(xué)院電子系韶關(guān)學(xué)院電子系數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源

7、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)1.基本要求基本要求1)輸出電流范圍：輸出電流范圍：2002000mA。2)可設(shè)置并顯示輸出電流給定值，要求輸出電流與給定值偏差可設(shè)置并顯示輸出電流給定值，要求輸出電流與給定值偏差的絕對(duì)值的絕對(duì)值 給定值的給定值的1+10 mA。3)具有具有”+”、”-”步進(jìn)調(diào)整功能，步進(jìn)步進(jìn)調(diào)整功能，步進(jìn) 10mA。4)改變負(fù)載電阻，輸出電壓在改變負(fù)載電阻，輸出電壓在10V以內(nèi)變化時(shí)以內(nèi)變化時(shí),要求輸出電流變要求輸出電流變化的絕對(duì)值化的絕對(duì)值 輸出電流值的輸出電流值的1+10 mA。 5)紋波電流紋波電流 2mA。6)自制電源。自制電源。韶關(guān)學(xué)院電子系韶關(guān)學(xué)院電子系數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源數(shù)控

8、電壓源與數(shù)控電流源方案一：開(kāi)關(guān)調(diào)整型方案一：開(kāi)關(guān)調(diào)整型恒流源，如圖恒流源，如圖3-14所示，所示，電源電源Ui(交流或直流交流或直流)通過(guò)通過(guò)開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)S和濾波回路向負(fù)載和濾波回路向負(fù)載提供電流。這個(gè)電流也流提供電流。這個(gè)電流也流過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電阻過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電阻RS，而放大，而放大器器A將將RS上的電壓降上的電壓降IogRS和基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)電壓US比較，比較，并對(duì)電子開(kāi)關(guān)并對(duì)電子開(kāi)關(guān)S進(jìn)行控制進(jìn)行控制以保持輸出電流以保持輸出電流Io的穩(wěn)定。的穩(wěn)定。韶關(guān)學(xué)院電子系韶關(guān)學(xué)院電子系數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源方案二：連續(xù)調(diào)整型恒流源，方案二：連續(xù)調(diào)整型恒流源，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-1

9、5所示，所示，其中其中A是放大器，它的一個(gè)是放大器，它的一個(gè)輸入端接基準(zhǔn)電壓輸入端接基準(zhǔn)電壓US，另，另一個(gè)輸入端加入反饋電壓一個(gè)輸入端加入反饋電壓IogRS，由于放大器的作用，由于放大器的作用，最終使輸出電流在標(biāo)準(zhǔn)電阻最終使輸出電流在標(biāo)準(zhǔn)電阻RS上的壓降和基準(zhǔn)電壓近上的壓降和基準(zhǔn)電壓近似相等，因此得到，由此可似相等，因此得到，由此可見(jiàn)，連續(xù)調(diào)整型恒流源的輸見(jiàn)，連續(xù)調(diào)整型恒流源的輸出電流僅由基準(zhǔn)電壓和標(biāo)準(zhǔn)出電流僅由基準(zhǔn)電壓和標(biāo)準(zhǔn)電阻決定，而與電源電壓和電阻決定，而與電源電壓和負(fù)載變化無(wú)關(guān)。負(fù)載變化無(wú)關(guān)。 韶關(guān)學(xué)院電子系韶關(guān)學(xué)院電子系數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源方案三：組合調(diào)整型

10、恒流源，方案三：組合調(diào)整型恒流源，如圖如圖3-16所示。它將前兩所示。它將前兩種方案結(jié)合起來(lái)，綜合了種方案結(jié)合起來(lái)，綜合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，即在開(kāi)關(guān)調(diào)兩者的優(yōu)點(diǎn)，即在開(kāi)關(guān)調(diào)整穩(wěn)壓電路后緊接連續(xù)調(diào)整穩(wěn)壓電路后緊接連續(xù)調(diào)整型恒流源電路。這樣一整型恒流源電路。這樣一來(lái)，開(kāi)關(guān)電路輸出的脈沖來(lái)，開(kāi)關(guān)電路輸出的脈沖紋波經(jīng)后接的連續(xù)調(diào)整電紋波經(jīng)后接的連續(xù)調(diào)整電路調(diào)整后，最終輸出的電路調(diào)整后，最終輸出的電流十分穩(wěn)定，但系統(tǒng)也更流十分穩(wěn)定，但系統(tǒng)也更加復(fù)雜。加復(fù)雜。韶關(guān)學(xué)院電子系韶關(guān)學(xué)院電子系數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源電流源方案電流源方案韶關(guān)學(xué)院電子系韶關(guān)學(xué)院電子系數(shù)控電壓源與數(shù)控電流源數(shù)控電壓源與

11、數(shù)控電流源恒流源電路恒流源電路恒流源電路由比較放大器、調(diào)整管、負(fù)載和采樣電阻恒流源電路由比較放大器、調(diào)整管、負(fù)載和采樣電阻4部分組部分組成成 RL為負(fù)載，為負(fù)載，RS為采樣電阻，場(chǎng)效應(yīng)晶體管為采樣電阻，場(chǎng)效應(yīng)晶體管IRFP為調(diào)整管，為調(diào)整管，LM358為比較放大器，采用一個(gè)穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定場(chǎng)效應(yīng)晶體管為比較放大器，采用一個(gè)穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定場(chǎng)效應(yīng)晶體管的的Ugs，起到保護(hù)調(diào)整管的作用。，起到保護(hù)調(diào)整管的作用。LM358用正負(fù)用正負(fù)12V供電，調(diào)供電，調(diào)整管整管IRFP用獨(dú)立電源正用獨(dú)立電源正18V供電，以滿足其大功率的要求。輸供電，以滿足其大功率的要求。輸出電壓不大于出電壓不大于10V，輸出電流范圍最大為，輸出電流范圍最大為2000mA，所以負(fù)載，所以負(fù)載RL在在05之間，采樣電阻之間，采樣電阻RS如前所述取如前所述取0.1。從采樣電阻。從采樣電阻R