《常用控制电路》学习笔记——数控直流恒流源电路

书中该项目内容设计了一个从交流220V市电作为供电电源的恒流源电路，并且此电路可由加减计数器74LS193控制输出的电流大小。

目录

一、系统方案

二、各模块电路分析

整流滤波及稳压电路

数字量控制电路

数模转换电路

数控恒流源产生电路

三、电路仿真结果

四、番外

聊聊放大器的反馈电路

参考资料

---

一、系统方案

系统框图如图1-1所示。220V市电经过变压器与整流桥，转化为直流电，再利用稳压芯片产生稳定供电电压，作为恒流源电路供电部分。使用数字量控制电路与数模转换电路产生控制信号，并通过数模转换电路转换为模拟信号（电压）。由转换产生的电压控制稳压数控恒流源产生电路，得到期望的恒定输出电流。

图1-1 数控恒流直流源系统方案图

二、各模块电路分析

总体电路图如图2-1所示。电路可分为整流滤波稳压电源电路、数字量控制电路、数模转换电路以及数控恒流源产生电路四部分。接下来逐个分析。

图2-1 总体电路原理图

整流滤波及稳压电路

整流滤波及稳压电路如图2-2所示。其由带中心抽头的变压器、整流桥、电容滤波电路、三端电源稳压器（7812、7809、7909、7805）及滤波电容组成。

变压器首先将市电变压为电压较小的类正弦电，随后接入桥式整流电路整流为正负半周形成的直流电，随后由滤波电容C1-C4进行滤波。

滤波后由7812芯片产生+12V的电压继续输出，7809产生+9V电压，7909产生-9V电压，7805产生+5V电压用于后续电路的供电。（电路中各电容均为滤波作用）

 图2-2整流滤波初步稳压电源电路

数字量控制电路

数字量控制电路如图2-3所示。通过“ADD”与“DEC”按键操作74LS193完成加减技术与换算，并将数字结果从Q0~Q3口输出。

图2-3 数字量控制电路

数模转换电路

数模转换电路如图2-4所示。电路主要功能是将数字量通过DAC芯片转化成模拟量后输出到集成运算放大器产生电压输出。

图2-4 数模转换电路

74LS19产生的数字量作为DAC0832的输入，产生模拟量。74LS193的第0位和第1位产生的模拟量输出作为放大器LM324的负输入端电压，74LS193的第2位和第3位产生的模拟量输出作为放大器LM324的正输入端电压，运放将两电压相减产生最终输出OUT1。

数控恒流源产生电路

数字恒流源产生电路如图2-4所示。电路核心是集成运算放大器LM358和场效应管IRF840。

图2-4 数字恒流源产生电路

场效应管的源极端使用了一个电阻（R4）转化为电压，作为运放的负反馈输入。根据集成运算放大器的虚短原理，放大器的正端电压即为R4上端相等。这样使得场效应管能在可控范围导通，进而控制了电流。电流即为输出电压（IN2）/电阻R4。

三、电路仿真结果

电路仿真结果如图3-1到图3-4所示，四图分别为加减计数器输出0000、0011、0110、1100对应的放大器即电流输出，很遗憾我并未仿真出对应电流得到控制（我怀疑是场效应管栅极电阻过大导致，但是当我想要再次打开工程时发现我总是闪退...）。书中也没有对这一步的仿真进行说明，容我日后再更此文。

图3-1 0000对应仿真结果

图3-2 0011对应仿真结果

图3-3 0110对应仿真结果

图3-3 1100对应仿真结果

四、番外

聊聊放大器的反馈电路

使用放大器构成的反馈电路是电子控制的常用手段，书中本章节使用的电路控制就是一个典型的例子。

本例中的放大器将用场效应管的源极电压作为放大器的负反馈输入，将输出电压恒定为固定的值。本例中的控制框图如图4-1所示。电路以放大器为核心构成反馈环，放大器正端可看做系统的输入信号端，放大器负端可看做系统负反馈端，系统输出为MOS管栅-源极间的电流，系统输出通过近地端电阻R4转换电压会放大器构成反馈。

 

接下来我们以IN2电压输入增加微小量波动为例，说明负反馈工作原理：当放大器正端电压增加时，对应放大器输出端电压也应增加，此时栅极电压增加，则MOS导通幅度增加（mos管在半导通的状态下工作，此时电器特性可参考图4-2中的段），R4上端电压增加，放大器负端输入增加，负反馈增强。

图4-2 栅-源电压值图

参考资料

[1] 周润景,谢亚楠.常用控制电路设计及应用[M].北京:电子工业出版社,2017:9

[2] IRF840B/IRFS840B500V N-Channel MOSFET[M].Fairchild Semiconductor,November 2001