電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告--恒流源的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要2</b></p><p><b>　　第一章 前言2</b></p><p>　　1．1電子技術(shù)簡(jiǎn)介3</p><p>　　1．2電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的目的和意義3</p>

2、<p>　　1．3 課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和步驟4</p><p>　　第二章 電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　2．1 Proteus ISIS簡(jiǎn)介5</p><p>　　2．2 設(shè)計(jì)原理和過(guò)程5</p><p>　　2．2.1 用理想運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路5</p><p>　　2．2.

3、2 用7805三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成恒流源7</p><p>　　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……………………………….8</p><p>　　2．3 實(shí)驗(yàn)器件8</p><p>　　2．4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程與數(shù)據(jù)分析9</p><p>　　2．4．1 用理想運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路9</p>

4、<p>　　2．4．2 用7805三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成恒流源）10</p><p>　　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11</p><p><b>　　總結(jié)12</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)13</b></p><p><b>

5、;　　恒流源的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　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

6、交流輸出電阻卻很大等特點(diǎn)。恒流范圍大致為1µA～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。</p><p>　　關(guān)鍵詞：Proteus ISIS；恒流源，萬(wàn)用表。</p><p>　　The design of Enlargement of

7、the circuit</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The use of design Proteus ISIS software designed constant current source circuit, the circuit is connected to the multimeter simulation

8、analysis. Constant current source, a constant current to the load to a power supply device, it is in the external power supply fluctuations and changes even when the impedance characteristic of the output current remains

9、 constant. Constant current source circuit with constant output current, good temperature stability, the DC resistance equivalent AC output resi</p><p>　　Key words: Proteus ISIS; Multimeter,Constant current

10、source</p><p><b>　　第一章 前言</b></p><p><b>　　1．1電子技術(shù)簡(jiǎn)介</b></p><p>　　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、IGB

11、T、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

12、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)。</p><p>　　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

13、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。</p><p>　　1．2電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的目的和意義</p><p>　　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

14、養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(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)。</p><p>　　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

15、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)。 </p><p>　　1．3 課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和步驟</p><p>　　我們組的設(shè)計(jì)題目為恒流源，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

16、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。</p><p>　　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)：

17、 單元電路是整機(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)

18、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)</p><p><b>　　第二章 電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2．1 Prote

19、us ISIS簡(jiǎn)介</p><p>　　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Windows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

20、等的當(dāng)前狀態(tài)。</p><p>　　2．2 設(shè)計(jì)原理和過(guò)程</p><p>　　基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。</p><p>　?、贅?gòu)成恒流源電路的基本原則：</p><p>　　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，

21、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)OSFET來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　為了保證輸出晶體管的電流穩(wěn)定，就必須要滿(mǎn)足兩個(gè)條件：a）其輸入電壓要穩(wěn)定——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）——輸出級(jí)需要是恒流源。</p><p>　?、趯?duì)于輸入級(jí)器件的要求：</p><p&g

22、t;　　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)作為輸入級(jí)。一般的pn結(jié)二極管就具有這種特性——指數(shù)式上升的伏安特性；另外，把增強(qiáng)型MOSFET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——拋物線式上升的伏安特性。</p><p>　　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

23、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。</p><p>　　③對(duì)于輸出級(jí)器件的要求：</p><p>　　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。</p><p>　　如果采用MOSFET，為了使其輸出電阻增大，就需要設(shè)法減小其溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)和襯偏效

24、應(yīng)。因此，這里一般是選用長(zhǎng)溝道MOSFET ，而不用短溝道器件。</p><p>　　2．2.1用理想運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路</p><p>　　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=If，則I0=IL=If=V

25、f/Rf≈V1/Rf，即：I0=V1/Rf（2）。若V1、Rf一定，I0=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)調(diào)整，使輸出電流增大回到設(shè)定值。</p><p>　　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。</p><p>　　缺點(diǎn)：現(xiàn)實(shí)中理想

26、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)。</p><p>　　2．2.2 用7805三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成恒流源</p><p>　　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+

27、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流的大小。</p><p>　　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</p><p>　　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I=Vz/R1=6/R1，輸出

28、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。</p><p>　　2．3． 實(shí)驗(yàn)器件：</p><p>　　2．4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程與數(shù)據(jù)分析</p><p>　　2．4．1 用理想運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路</p><p>　　電流最小為0.1微安時(shí)，電阻R2=40兆歐，所以理論上的I0=4V/40M=100nA，仿真測(cè)

29、得I0=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I0=499.969mA.</p><p>　　實(shí)驗(yàn)誤差比較小，大致上可以忽略不計(jì)?？梢圆捎么穗娐穪?lái)設(shè)計(jì)可調(diào)恒流源電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　2．4．2 用7805三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成恒流源</p><p>　　電流最小為0.1微安時(shí)，仿真測(cè)得&l

30、t;/p><p><b>　　I1=</b></p><p><b>　　I0=</b></p><p>　　電流最大為500mA時(shí)，仿真測(cè)得,</p><p><b>　　I1=</b></p><p><b>　　I0=</b>&l

31、t;/p><p>　　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(mǎn)足原電路設(shè)計(jì)的要求。</p><p>　　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</p><p>　　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I0=100.034nA。電流最大為500mA時(shí)，電阻R1=12歐，

32、所以理論上的I0=6V/12=500mA,仿真測(cè)得I0=500.154mA.</p><p>　　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。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　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)，尤其是在課本中沒(méi)有完

33、全介紹的。要完成這次課程設(shè)計(jì)，關(guān)靠書(shū)本知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以我查閱了很多的書(shū)籍，并且也通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查到了很多相關(guān)的知識(shí)，為這次課程設(shè)計(jì)做了很多幫助。</p><p>　　對(duì)于課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，首先要做的應(yīng)是對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容的理論理解，在理論充分理解的基礎(chǔ)上，才能做好課程設(shè)計(jì)，才能設(shè)計(jì)出性能良好的電路。整流電路中，基本元件的選擇是最關(guān)鍵的，開(kāi)關(guān)器件和觸發(fā)電路選擇的好，對(duì)整流電路的性能指標(biāo)影響很大。</p><

34、;p>　　設(shè)計(jì)過(guò)程中，我明白了恒流源電路的重要性以及電路設(shè)計(jì)方法的多樣性。這次的課程設(shè)計(jì)是我設(shè)計(jì)時(shí)間最長(zhǎng)的一次，也是收獲最大的一次。讓我們明白團(tuán)隊(duì)合作以及分工合作的重要性。</p><p>　　這次設(shè)計(jì)中，我也遇到了一些困難：</p><p>　　1.當(dāng)電流較小時(shí)（如nA級(jí)電流），對(duì)所要求的電阻值很大，達(dá)到兆歐級(jí)別，這種級(jí)別電阻在集成電路中很難實(shí)現(xiàn)，在市場(chǎng)上很難買(mǎi)到，這就對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了

35、一定的麻煩。</p><p>　　2.實(shí)驗(yàn)中某些儀器的參數(shù)容易受溫度等外界因素的影響（如BJT的放大系數(shù)等）。</p><p>　　另外通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)文檔的編排也有了一定的掌握，這對(duì)于以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)及工作需要都有很大的幫助，在完成課程設(shè)計(jì)的同時(shí)我也在復(fù)習(xí)一遍模電這門(mén)課程，把以前一些沒(méi)弄懂的問(wèn)題這次弄明白了一部分，當(dāng)然沒(méi)有全部。</p><p>　　整個(gè)課程設(shè)

36、計(jì)過(guò)程中，由于理論知識(shí)的缺乏，以及對(duì)課程設(shè)計(jì)的不熟悉，課程設(shè)計(jì)還有很多不足之處，在以后的課程設(shè)計(jì)中，希望能有所改善。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)[M]，李大軍 唐穎主編。</p><p>　　[2] 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分[M].高等教育出版社，康華光主編。2005版<