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1、10申请公布号CN102339081A43申请公布日20120201CN102339081ACN102339081A21申请号201010231120422申请日20100715G05F1/1020060171申请人张永炬地址317000浙江省临海市东方大道605号台州学院317信箱申请人王韬周强72发明人张永炬王韬周强54发明名称一种高精度数控锯齿恒流源57摘要一种高精度数控锯齿恒流源，属于电工电子产品领域，它由V/I转换电路、前置放大电路、反馈电路和单片机系统组成。本锯齿恒流源利用V/I转换电路来实现电流的输出，并通过单片机控制D/A输出的电压来实现电流的控制，前置放大电路调理D/A输出的。
2、电压，使其满足V/I转换所需电压的要求，反馈电路再将输出的电流信息回馈到单片机，以实现闭环控制，由于所采用的单片机内置A/D模块和D/A模块，所以无需外加A/D和D/A电路。本发明具有成本较低、精度高、稳定性好等优点。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书4页附图3页CN102339094A1/2页21一种高精度数控锯齿恒流源，其特征在于它由V/I转换电路、前置放大电路、反馈电路和单片机系统组成；所述的V/I转换电路包括集成运算放大器A2、三极管Q1、Q2、可调电阻RW4、电阻R13、R14、R15、R16、R17、RP1、电容C7、C8、C9、C1。
3、0，它们对D/A输出的电压进行V/I转换以实现恒流输出，三极管Q1和Q2组成达林顿管对V/I转换得到的电流进行放大，以满足大电流输出的要求，RP1为取样电阻，作为A2的反馈输入；所述的前置放大电路包括集成运算放大器A1、可调电阻RW2、RW3、电阻R10、R11、R12，实现对D/A输出电压的负反馈放大，使其输出电压满足V/I转换所需的电压要求；所述的反馈电路包括集成运算放大器A3、可调电阻RW5、RW6、电阻R18、R19、R20、电容C11、C12，它将采样电阻上的电压调理成合适的电压反馈回A/D，从而实现整个系统的闭环控制，保证了输出电流的精确度和稳定度；所述的单片机系统包括单片机U1、。
4、液晶LCD1、晶振Y1、十口插座J1、按钮开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、可调电阻RW1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、电容C1、C2、C3、C4、C5、C6，键盘S2、S3、S4、S5、S6、S7用于相关功能和参数的设置，液晶用于显示相关信息，单片机内置的D/A模块输出V/I转换所需的电压，单片机内置的A/D模块实现对输出电流的测量和监控。2根据权利要求1所述的一种高精度数控锯齿恒流源，其特征在于所述单片机系统中单片机U1采用C8051F020型单片机；系统的同步脉冲通过U1的76脚输出；A/D转换采用C8051F020单片机内置的A/D模块ADC0。
5、来实现，外部待测电压信号通过AIN00管脚进入ADC0；D/A转换采用C8051F020单片机内置的D/A模块DAC0来实现，并通过DAC0管脚向外输出D/A转换之后的电压；显示装置采用LCD1602型液晶来实现；键盘S2用于上升时间的设定、S3用于锯齿间隙时间设定、S4用于设置单个或周期输出、S5用于设置最大输出电流、S6、7用于相关参数的加减控制。3根据权利要求1所述的一种高精度数控锯齿恒流源，其特征在于所述前置放大电路采用集成运算放大器OP07实现电压的负反馈放大。D/A输出的电压跟可调电阻RW2两边的其中一脚相连，RW2另一边跟地相连，中间可调端跟电阻R11相连后再连入U1的3脚，电阻。
6、R10一端跟地相连，另一端跟电阻R12的一个管脚和A1的2脚相连，R12的另一端跟A1的6脚相连。4根据权利要求1所述的一种高精度数控锯齿恒流源，其特征在于所诉V/I转换电路中的集成运算放大器A2采用OP07，三极管Q1采用9012，Q2采用TIP127并将其安装在大面积散热片上。电压通过电阻R13输入到A2的2脚，R15的两端分别跟A2的2脚和Q1的发射极及R17相连，R17的另一脚跟电源相连，Q1的基极和Q2的发射极相连，Q1和Q2的集电极相连后跟负载RL相连，Q2的基极跟R16相连，R16的另一端跟A2的6脚相连，负载RL的另一端跟R14和采用电阻RP1相连，RP1另一端跟地相连，R14。
7、另一端跟A2的3脚相连，Q1、Q2组成电流放大电路。5根据权利要求1所述的一种高精度数控锯齿恒流源，其特征在于所诉V/I转换电路中的C7和C8、C9和C10、反馈电路中的C11和C13各自并联在一起分别跟电源和地相连，以实现滤波，其中C7、C9、C12选用瓷片电容，C8、C10、C11采用电解电容。6根据权利要求1所述的一种高精度数控锯齿恒流源，其特征在于所诉反馈电路中的集成运算放大器A3采用OP07。取样电阻RP1上的电压通过电阻R18流入A3的3脚，电阻R20的一端跟A3的2脚和R19的一端相连，R19的另一端跟地相连，R20的另一端跟A3权利要求书CN102339081ACN102339。
8、094A2/2页3的6脚相连，从而共同组成了负反馈放大电路。可调电阻RW6的两端分别跟A3的6脚和地相连，RW5中间的可调端跟单片机U1的AIN00相连，它实现对放大之后的电压进行调理，使其满足A/D转换的要求。7根据权利要求2所述的一种高精度数控锯齿恒流源，其特征在于所述的单片机模块中写有控制程序，它还包括机壳，液晶显示电路中的显示屏和键盘分别嵌装在机壳上，所述各模块都在一个电路板上制作完成，所述电路板安装在机壳内。权利要求书CN102339081ACN102339094A1/4页4一种高精度数控锯齿恒流源技术领域0001本发明涉及一种数控锯齿恒流源电路，特别是涉及一种高精度数控锯齿恒流源，。
9、属于电工电子产品领域。背景技术0002随着电子技术的迅猛发展，越来越多的行业都需要它们来提高或者测试相关产品的性能指标。在其中一些领域需要提供锯齿形的恒流源，或者作为控制信号或者作为测试信号，以实现某种功能或者测试某种效果，而且往往需要锯齿形电流的相关参数是可调、可设定的。由于数控方式可以提供更精确地控制，所以越来越多的产品都往数控方向发展，在此也希望锯齿恒流源的相关参数也通过数控方式来设定，而传统的锯齿恒流源往往参数不可设定，所以其功能非常单一，只能用于某种特定场合，或者采用模拟方式精度不高，无法满足相关应用需求。发明内容0003本发明的目的在于提供一种高精度数控锯齿恒流源，使锯齿恒流源更具。
10、通用性，为相关科学研究及产品测试提供较为实用的平台。0004本发明实现上述目的所采取的技术方案是一种高精度数控锯齿恒流源，它由V/I转换电路、前置放大电路、反馈电路和单片机系统组成；所述的V/I转换电路包括集成运算放大器A2、三极管Q1、Q2、可调电阻RW4、电阻R13、R14、R15、R16、R17、RP1、电容C7、C8、C9、C10，它们对D/A输出的电压进行V/I转换以实现恒流输出，三极管Q1和Q2组成达林顿管对V/I转换得到的电流进行放大，以满足大电流输出的要求，RP1为取样电阻，作为A2的反馈输入；所述的前置放大电路包括集成运算放大器A1、可调电阻RW2、RW3、电阻R10、R11。
11、、R12，实现对D/A输出电压的负反馈放大，使其输出电压满足V/I转换所需的电压要求；所述的反馈电路包括集成运算放大器A3、可调电阻RW5、RW6、电阻R18、R19、R20、电容C11、C12，它将采样电阻上的电压调理成合适的电压反馈回A/D，从而实现整个系统的闭环控制，保证了输出电流的精确度和稳定度；所述的单片机系统包括单片机U1、液晶LCD1、晶振Y1、十口插座J1、按钮开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、可调电阻RW1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、电容C1、C2、C3、C4、C5、C6，键盘S2、S3、S4、S5、S6、S7用于相关功能和参数的设。
12、置，液晶用于显示相关信息，单片机内置的D/A模块输出V/I转换所需的电压，单片机内置的A/D模块实现对输出电流的测量和监控。0005所述单片机系统中单片机U1采用C8051F020型单片机；系统的同步脉冲通过U1的76脚输出；A/D转换采用C8051F020单片机内置的A/D模块ADC0来实现，外部待测电压信号通过AIN00管脚进入ADC0；D/A转换采用C8051F020单片机内置的D/A模块DAC0来实现，并通过DAC0管脚向外输出D/A转换之后的电压；显示装置采用LCD1602型液晶来实现；键盘S2用于上升时间的设定、S3用于锯齿间隙时间设定、S4用于设置单个或周期输出、S5用于设置最大。
13、输出电流、S6、7用于相关参数的加减控制。说明书CN102339081ACN102339094A2/4页50006所述前置放大电路采用集成运算放大器OP07实现电压的负反馈放大。D/A输出的电压跟可调电阻RW2两边的其中一脚相连，RW2另一边跟地相连，中间可调端跟电阻R11相连后再连入U1的3脚，电阻R10一端跟地相连，另一端跟电阻R12的一个管脚和A1的2脚相连，R12的另一端跟A1的6脚相连。0007所诉V/I转换电路中的集成运算放大器A2采用OP07，三极管Q1采用9012，Q2采用TIP127并将其安装在大面积散热片上。电压通过电阻R13输入到A2的2脚，R15的两端分别跟A2的2脚和。
14、Q1的发射极及R17相连，R17的另一脚跟电源相连，Q1的基极和Q2的发射极相连，Q1和Q2的集电极相连后跟负载RL相连，Q2的基极跟R16相连，R16的另一端跟A2的6脚相连，负载RL的另一端跟R14和采用电阻RP1相连，RP1另一端跟地相连，R14另一端跟A2的3脚相连，Q1、Q2组成电流放大电路。0008所诉V/I转换电路中的C7和C8、C9和C10、反馈电路中的C11和C13各自并联在一起分别跟电源和地相连，以实现滤波，其中C7、C9、C12选用瓷片电容，C8、C10、C11采用电解电容。0009所诉反馈电路中的集成运算放大器A3采用OP07。取样电阻RP1上的电压通过电阻R18流入A。
15、3的3脚，电阻R20的一端跟A3的2脚和R19的一端相连，R19的另一端跟地相连，R20的另一端跟A3的6脚相连，从而共同组成了负反馈放大电路。可调电阻RW6的两端分别跟A3的6脚和地相连，RW5中间的可调端跟单片机U1的AIN00相连，它实现对放大之后的电压进行调理，使其满足A/D转换的要求。0010所述的单片机模块中写有控制程序，它还包括机壳，液晶显示电路中的显示屏和键盘分别嵌装在机壳上，所述各模块都在一个电路板上制作完成，所述电路板安装在机壳内。0011本发明的有益效果是，使锯齿恒流源的精度、稳定性得到提高，大大降低了成本，并且采用数控的方式使使用变得更为方便。附图说明0012图1是本发。
16、明的系统框图。0013图2是单片机系统电路原理图。0014图3是前置放大电路原理图。0015图4是V/I转换电路原理图。0016图5是反馈电路原理图。0017图6是锯齿形电流输出示意图。具体实施方式0018下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。0019如图1所示，本发明是一种高精度数控锯齿恒流源，它由单片机系统、前置放大电路、V/I转换电路和反馈电路组成。0020图2所示为单片机系统，它主要实现上升时间、锯齿间隙时间和最大输出电流的参数设置显示以及单个或周期锯齿电流输出的功能设定、D/A输出、A/D采样监控。其中U1为C8051F020型单片机，S1、R2、R3、C3和C4组成的是复位电路，。
17、当系统运行不正常时通过说明书CN102339081ACN102339094A3/4页6按动S1按钮开关来复位；C5、C6和Y1组成晶振电路，提供系统时钟；J1、R1作为C8051F020在线调试和下载的接口电路；S2、S3、S4、S5、S6、S7、R4、R5、R6、R7、R8、R9组成按键电路，当按动按键时，跟单片机相连的脚上就会产生由高到低的电平变换，由此来检测按键是否按下，并实现相关参数设置和功能设定；LCD1、RW1组成显示电路，显示当前设定的恒流值，LCD1采用LCD1602型液晶显示器，RW1作为液晶背光亮暗的调节电阻。0021C8051F020型单片机内置多个A/D、D/A模块，在。
18、此分别采用ADC0和DAC0模块，两者的基准电压都采用内部基准电压，单片机将按键设定的数值发送给DAC0进行D/A转换，并从单片机的DAC0脚输出相应的电压。本锯齿恒流源输出的电流值范围为20MA到2A，而DAC0脚输出的电压值无法满足20MA到2A范围V/I转换所需的电压值，所以无法将DAC0脚直接跟V/1转换电路相连，中间必须加一级前置放大电路以对DAC0脚输出的电压进行放大、调理。R10、R11、R12、RW2、RW3、A1共同构成了负反馈型前置放大电路，如图3所示，A1采用OP07型集成运算放大器，R10、R12确定放大倍数，RW2构成一个分压电路，调节输入电压范围，从而使放大后的电压。
19、满足相关参数要求，RW3为调零电阻，使A1在零输入时保证输出也为零。0022经过前置放大调理之后的电压被送入以A2、Q1、Q2为核心的V/I转换电路，如图4所示，该电压经过电阻R13流入A2的3脚，A2的输出经过串联电阻网络R14、R16、RL正反馈回A2的3脚，经过串联电阻网络R15、R16负反馈回A2的2脚从而实现V/I转换电路，取样电阻RP1的一端和R14、RL的一端相连，另一端跟地相连，RL为负载电阻。由于通过V/I转换得到的电流值无法达到2A，所以在其后加了由Q1、Q2组成的电流放大电路，Q1采用9012先对电流进行初级放大，Q2采用TIP127，Q1的基极电流直接流入Q2的射极，从。
20、而实现电流的再次放大，以达到2A的要求。在此负载的两端分别跟18V电源的正极和Q1、Q2的集电极相连，所以Q1、Q2上流过的集电极电流之和即为负载上的电流值。电容C7、C8和C9、C10各自组成滤波电路，从而增加系统的稳定性，RW4作为A2的调零电阻，使A2在零输入时保证输出也为零。0023在前面的电路中我们已经实现恒流输出，但是输出的电流值是否就是我们设定的值，精度是否达到要求，或者电路有没有可能发生不稳定现象造成电流值偏离，这些都还不能进行识别，为了实现这些我们在此加了反馈检测电路，从而使整个系统成为一个闭环系统，增加系统的可靠性和稳定性。这里我们将取样电阻上的VBACK电压进行反馈以检测。
21、当前电流值，单片机利用其内置的A/D模块ADC0来实现A/D转换，获取VBACK电压值，但是VBACK电压值跟ADC0的基准电压值不匹配，所以在此加上反馈电路对VBACK电压进行调理，如图5所示。VBACK经过电阻R18进入A3的3脚，R20将U3的2脚和6脚连接起来，R19分别跟A2的2脚和地相连，它们共同组成了一个负反馈放大电路，可调电阻RW6将U3输出的电压分压后传给单片机的AIN00脚。通过反馈电路的调理后，VBACK的电压值将满足相关要求。0024经过以上电路后就可以实现恒流输出，为了实现所需锯齿电流输出，要通过S2、S3、S4、S5、S6、S7按键来设定如图6所示的相关参数上升时间。
22、TI、锯齿间隙时间TP和最大输出电流IMAX的参数设置以及单个或周期锯齿电流输出的功能设定。如果要设定上升时间TI，首先按下S2使系统处于TI参数设定状态，然后再通过按动S6、S7来实现相关值的加减以达到目标值，最后再按S2键退出；如果要设定锯齿间隙时间TP，首先按下S3使系说明书CN102339081ACN102339094A4/4页7统处于TP参数设定状态，然后再通过按动S6、S7来实现相关值的加减以达到目标值，最后再按S3键退出；如果要设定最大输出电流IMAX，首先按下S4使系统处于IMAX参数设定状态，然后再通过按动S6、S7来实现相关值的加减以达到目标值，最后再按S4键退出；如果要设定单个或周期锯齿电流输出，首先按下S5使系统处于该功能设定状态，然后再通过按动S6、S7来实现相关状态的切换，最后再按S5键退出。设置完相关参数和功能后，系统就会按照设定在RL上输出锯齿形电流，并在U1的76脚输出一个同步脉冲。说明书CN102339081ACN102339094A1/3页8图1图2说明书附图CN102339081ACN102339094A2/3页9图3图4说明书附图CN102339081ACN102339094A3/3页10图5图6说明书附图CN102339081A。