CN114285314B - 一种基于单片机控制的高稳定度脉冲电流源 - Google Patents

Abstract

本发明的一种基于单片机控制的高稳定度脉冲电流源属于电子设备技术领域，结构有处理器模块(1)、电流输出模块(2)、电流采样模块(3)、幅度测量模块(4)、幅度控制模块(5)、占空比测量模块(6)、模数转换模块(7)、数模转换模块(8)、输入模块(9)、显示模块(10)和前面板(11)。本发明基于单片机控制，利用反馈控制及电流补偿技术，实现脉冲恒流输出，具有输出脉宽和电流峰值稳定且可调等优点。

Description

一种基于单片机控制的高稳定度脉冲电流源

技术领域

本发明属于电子设备技术领域，特别涉及一种高稳定度脉冲电流源装置。

背景技术

电流源在LED驱动、激光器驱动、传感器驱动、各种辉光放电光源驱动等很多领域内都有重要的应用。大功率窄脉冲电流源尤其在半导体激光器驱动等方面有着更方便的应用。脉冲电流源是指能够在负载上产生幅度和脉冲宽度可控的电流脉冲。

在脉冲电流源中，脉冲高度(即峰值电流)、脉冲宽度、重复频率、上升时间、下降时间是衡量脉冲电流源性能的几个重要参数。脉冲电流源一般由脉冲触发电路、脉冲整形电路、功率驱动电路等部分构成，脉冲触发电路用来产生频率可调的信号源，目前技术比较成熟，由555定时器、多谐振荡器、压控振荡器等均可实现；脉冲整形电路用来将脉冲触发电路产生的信号整形成窄脉冲，由单稳态触发器构成的脉冲整形电路可以通过改变外接电阻电容改变脉冲宽度，实现ms或ns级的窄脉冲，但这种脉冲功率较小，难以实现对功率要求较大的负载进行电流驱动，功率驱动电路则将前级整形后的窄脉冲放大成功率较大的电流脉冲。

与本发明最接近的现有技术是申请人课题组的早期研究成果“用于半导体激光器的脉冲恒流源理论与技术研究(吉林大学.王晴.博士论文)”，该文献第3章公开了一种用于驱动半导体激光器的脉冲恒流源电路(参见原文图3.6)，该电路由脉冲触发电路、脉冲整形模块、功率输出模块构成，其中功率驱动模块由两级功率MOSFET构成。上述参考文献在用于驱动固定参数的半导体激光器时具有优异的性能，通过仿真及实验结果可以看出，在1欧姆的负载上可产生高达21A左右的峰值电流，通过调节末级的充放电电容C5，在10kHz的重复频率下可使输出脉冲宽度压缩到ns级别，且具有极短的上升下降时间。

然而上述参考文献的使用场合具有很大的局限性，当负载发生变化时，输出电流的高度会发生变化，当负载变化或调节重复频率时，均会影响输出电流的脉冲宽度。如果负载对脉冲宽度或脉冲高度的稳定性有较高要求时，这是非常不利的，因此，现有技术还需要进一步改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服背景技术中的不足，提供一种频率、幅度、脉宽稳定且均能独立调节的脉冲电流源装置。

本发明的技术问题通过以下技术方案解决：

一种基于单片机控制的高稳定度脉冲电流源，结构有处理器模块1、电流输出模块2、模数转换模块7、数模转换模块8、输入模块9、显示模块10和前面板11，其特征在于，结构还有电流采样模块3、幅度测量模块4、幅度控制模块5和占空比测量模块6，处理器模块1与输入模块9、显示模块10、数模转换模块8、模数转换模块7相连，数模转换模块8与电流输出模块2及幅度控制模块5相连，电流输出模块2与电流采样模块及幅度控制模块5相连，电流采样模块3与幅度测量模块4及占空比测量模块6相连，幅度测量模块4与幅度控制模块5、占空比测量模块6及模数转换模块7相连，占空比测量模块6与模数转换模块7相连，前面板11与输入模块9、显示模块10及电流输出模块3相连；

所述的电流输出模块2的结构为，电阻R1的一端与电容C2的一端相连，且与场效应管Q1的栅极相连，电阻R1的另一端与电容C2的另一端相连，作为电流输出模块2的一个输入端，记为端口P2-in1，端口P2-in1与处理器模块1相连，处理器模块1输出的脉冲电压通过电流输出模块2放大成大功率的电流脉冲；场效应管Q1的源极接地，漏极接电阻R2的一端和场效应管Q2的栅极，电阻R2的另一端与电容C1的一端及场效应管Q2的源极相连，作为电流输出模块2的第二个输入端，记为端口P2-in2，与幅度控制模块5的输出端相连，电容C1的另一端接地，场效应管Q2的漏极与电阻R3的一端及电容C3的一端相连，电阻R3的另一端接地，电容C3的另一端与电阻R4的一端以及二极管D1的阴极相连，作为电流输出模块的一个输出端，记为端口P2-out1，与前面板11上的电流输出接口1109的正极相连，电阻R4的另一端作为电流输出模块2的第三个输入端，记为端口P2-in3，与数模转换模块8相连，二极管D1的阳极接地，取样电阻Rs的一端接地，另一端作为电流输出模块2的第二个输出端，记为端口P2-out2，与电流采样模块3的输入端相连，还与前面板11上的电流输出接口1109的负极相连；其中场效应管Q1的N型场效应管，场效应管Q2是P型场效应管；

所述的电流采样模块3的结构为，运放U1A的同相输入端作为电流采样模块3的输入端，记为端口P3-in，与电流输出模块2的端口P2-out2相连，运放U1A的反相输入端与电阻R5的一端、电阻R6的一端及电阻R7的一端相连，电阻R6的另一端与运放U1A的输出端相连，作为电流采样模块3的输出端，记为端口P3-out，与幅度测量模块4及占空比测量模块6相连；电阻R5的另一端与电阻R8的一端、电阻R10的一端以及运放U1B的反相输入端相连，电阻R10的另一端与运放U1B的同相输入端相连且接地，电阻R8的另一端与可调电阻R9的一端相连，可调电阻R9的另一端与电阻R7的另一端及运放U1B的输出端相连；

所述的幅度测量模块4的结构为，二极管D2的阳极作为幅度测量模块4的输入端，记为端口P4-in，与电流采样模块3的端口P3-out相连，二极管D2的阴极与电容C4的一端、电阻R11的一端及运放U2A的同相输入端相连，电阻R11的另一端与电容C4的另一端均接地，运放U2A的反相输入端与输出端相连，作为幅度测量模块4的输出端，记为端口P4-out，与幅度控制模块5相连，且与占空比测量模块6相连，同时还与模数转换模块7相连；

所述的幅度控制模块5的结构为，电阻R17的一端作为幅度控制模块5的一个输入端，记为端口P5-in1，与数模转换模块8相连，电阻R17的另一端与运放U3B的反相输入端及电阻R18的一端相连，电阻R18的另一端与运放U3B的输出端及运放U3A的反相输入端相连，电阻R19的一端作为幅度控制模块5的输入端，记为端口P5-in2，与幅度测量模块4的端口P4-out相连，电阻R19的另一端与电阻R21的一端及运放U3B的同相输入端相连，电阻R21的另一端接地，电容C5的一端和电阻R12的一端均接地，电容C5的另一端与运放U2B的同相输入端及运放U3A的同相输入端相连，电阻R12的另一端与电阻R13的一端、电阻R14的一端及运放U2B的反相输入端相连，电阻R14的另一端与电阻R15的一端、电阻R16的一端及运放U2B的输出端相连，电阻R15的另一端与电阻R13的另一端均接+12V电源，电阻R16的另一端接运放U3A的同相输入端，运放U3A的输出端与N型场效应管Q3的栅极相连，场效应管Q3的漏极接电源VPP，源极接电感L1的一端及二极管D4的阴极，二极管D4的阳极接地，电感L1的另一端接电容C6的一端，作为幅度控制模块5的输出端，记为端口P5-out，与电流输出模块的端口P2-in2相连，电容C6的另一端接地；

所述的占空比测量模块6的结构为，运放U4A的同相输入端作为占空比测量模块6的一个输入端，记为端口P6-in1，与电流采样模块3的端口P3-out相连，运放U4A的反相输入端与电阻R27的一端及电阻R28的一端相连，电阻R28的另一端接地，电阻R27的另一端作为占空比测量模块6的另一个输入端，记为端口P6-in2，与幅度测量模块4的端口P4-out相连，运放U4A的输出端与二极管D6的阴极以及二极管D5的阴极相连，二极管D6的阳极接地，二极管D5的阳极接电阻R26的一端及电感L2的一端，电阻R26的另一端与热敏电阻R24的一端及运放U4B的输出端相连，热敏电阻R24的另一端与运放U4B的反相输入端及电阻R23的一端相连，电阻R23的另一端接地，运放U4B的同相输入端与电阻R22的一端、电容C7的一端及电容C8的一端相连，电阻R22的另一端及电容C7的另一端均接地，电容C8的另一端与电阻R25的一端相连，电阻R25的另一端与运放U4B的输出端相连，电感L2的另一端与电容C9的一端相连，电容C9的另一端与电阻R30的一端以及二极管D7的阳极相连，电阻R30的另一端接地，二极管D7的阴极与运放U5A的同相输入端、电阻R29的一端及电容C10的一端相连，电阻R29的另一端及电容C10的另一端均接地，运放U5A的反相输入端与输出端相连，作为占空比测量模块6的输出端，记为端口P6-out，与模数转换模块7相连；

所述的数模转换模块7和模数转换模块8属于现有技术，数模转换模块7将单片机输出的数字信号转换成模拟电压信号用于给相应模块提供控制电压；模数转换模块8将幅度测量模块5和占空比测量模块6的测量结果转换成数字信号再传送至处理器模块1；

所述的输入模块9和显示模块10属于现有技术，输入模块9可以是任何能为前面板11提供操作按键或旋钮以实现对处理器的工作参数进行控制的电路，显示模块10可以是任何能为前面板11上的液晶屏和指示灯提供显示驱动，用于将系统的参数进行显示的电路。

所述的处理器模块1优选STC89C51单片机。

所述的前面板11可按常规习惯设计，也可按以下结构设计，结构包括液晶屏1101、电源开关1102、显示模块切换按钮1103、脉冲峰值指示灯1104、脉冲频率指示灯1105、脉冲宽度指示灯1106、参数调节旋钮1107、电流输出指示灯1108和电流输出接口1109。

有益效果：

1、本发明通过输出电流采样结果动态控制末级场效应管的供电电压，使输出电流峰值不受负载变化的影响，实现真正的脉冲恒流输出。

2、本发明通过在电流输出模块中增加电流补偿支路，抵消负载变化或频率变化时引起的末级电流充放电时间常数的变化，使输出电流脉冲宽度恒定。

3、本发明设计了具有超高输入阻抗的电流采样模块和超低输出阻抗的幅度测量模块，以实现对超窄电流脉冲的采样并将电流幅度无损失地转换成直流电压信号。

4、本发明巧妙地利用幅度测量模块的结果和电流采样模块的结果，实现对输出电流占空比的精确测量，再由处理器模块结合频率计算出脉宽值，当不同场合对脉宽的定义不同时，可方便地通过调节可变电阻，快速实现电路的重新匹配。

附图说明：

图1是本发明整体结构框图。

图2是电流输出模块的原理电路图。

图3是电流采样模块的原理电路图。

图4是幅度测量模块的原理电路图。

图5是幅度控制模块的原理电路图。

图6是占空比测量模块的原理电路图。

图7是前面板的一种布局示意图。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明各部分电路的具体结构和工作原理。附图中所标参数为各实施例的优选电路参数，但本发明的保护范围不受限于这些参数。

实施例1系统整体结构及整体工作过程

如图1所示，系统结构有处理器模块1、电流输出模块2、电流采样模块3、幅度测量模块4、幅度控制模块5、占空比测量模块6、模数转换模块7、数模转换模块8、输入模块9、显示模块10和前面板11，处理器模块1与输入模块9、显示模块10、数模转换模块8、模数转换模块7相连，数模转换模块8与电流输出模块2及幅度控制模块5相连，电流输出模块2与电流采样模块及幅度控制模块5相连，电流采样模块3与幅度测量模块4及占空比测量模块6相连，幅度测量模块4与幅度控制模块5、占空比测量模块6及模数转换模块7相连，占空比测量模块6与模数转换模块7相连，前面板11与输入模块9、显示模块10及电流输出模块3相连。

处理器模块1给电流输出模块提供一个占空比小于50％的脉冲电压信号，电流输出模2块将脉冲电压信号放大成大功率的窄脉冲电流信号输出到负载，电流采样模块3负责对流过负载的电流进行采样，并通过幅度测量模块4将峰值电流测量出来以直流电压的方式提供给幅度控制模块5，并由模数转换模块7转换成数字信号提供给处理器模块1，幅度控制模块5根据幅度测量模块4输出的结果自动调整电流输出模块2中末级场效应管的供电电压，以实现最终流过负载的电流峰值恒定且可控，占空比测量模块6根据幅度测量模块4和电流采样模块3输出的结果测量出输出电流的占空比，并通过模数转换模块7转换成数字信号提供给处理器模块1，处理器模块1根据占空比和频率(频率由单片机本身控制)计算出输出电流的脉宽，根据计算结果控制数模转换模块8输出合适的模拟电压至电流输出模块2，以便自动调整电流输出模块2中的电流补偿支路的电流，实现稳定电容的充放电时间，进而达到稳定输出电流脉宽的目的，前面板11用于调节并显示系统重要参数，并提供电流输出接口。输入模块9实现为前面板11操作按键或旋钮提供驱动电路，以实现对处理器模块1的参数输入，显示模块10为前面板11上的液晶屏和指示灯提供显示驱动，用于将系统的参数进行显示。

实施例2电流输出模块及其工作原理

所述的电流输出模块2的结构如图2所示，电阻R1的一端与电容C2的一端相连，且与场效应管Q1的栅极相连，电阻R1的另一端与电容C2的另一端相连，作为电流输出模块2的一个输入端，记为端口P2-in1，端口P2-in1与处理器模块1相连，处理器模块1输出的脉冲电压通过电流输出模块2放大成大功率的电流脉冲；场效应管Q1的源极接地，漏极接电阻R2的一端和场效应管Q2的栅极，电阻R2的另一端与电容C1的一端及场效应管Q2的源极相连，作为电流输出模块2的第二个输入端，记为端口P2-in2，与幅度控制模块5的输出端相连，电容C1的另一端接地，场效应管Q2的漏极与电阻R3的一端及电容C3的一端相连，电阻R3的另一端接地，电容C3的另一端与电阻R4的一端以及二极管D1的阴极相连，作为电流输出模块的一个输出端，记为端口P2-out1，与前面板11上的电流输出接口1109的正极相连，电阻R4的另一端作为电流输出模块2的第三个输入端，记为端口P2-in3，与数模转换模块8相连，二极管D1的阳极接地，取样电阻Rs的一端接地，另一端作为电流输出模块2的第二个输出端，记为端口P2-out2，与电流采样模块3的输入端相连，还与前面板11上的电流输出接口1109的负极相连；其中场效应管Q1的N型场效应管，场效应管Q2是P型场效应管。

电流输出模块2负责将处理器模块1提供的窄脉冲电压信号放大成大功率的电流窄脉冲信号，输出至负载，结合附图2，电阻R1和电容C2构成脉冲加速器，使输出脉冲的上升沿进一步陡化，场效应管Q1、Q2构成阶梯驱动的两级放大电路，使输出功率得到大幅度的提升，触发脉冲到来时，场效应管Q2导通，电容C3左侧电位等于端口P2-in2提供的电压电位，由于电容两端电压不能突变，导致C3右侧电位瞬间被拉高到也等于端口P2-in2提供的电压电位，端口P2-out1和端口P2-out2之间接负载，则负载两侧产生电位差，进而产生由左向右的电流，随着电容C3的反向充电，C3左右两侧电位差逐渐拉大，由于左侧电位受端口P2-in2的控制保持不变，因此右侧电位逐渐降低至0，负载两侧不再有电位差，也不再有电流，这一过程实现了在负载上产生脉冲电流的目的，产生的脉冲电流峰值受端口P2-in2处电压及负载+取样电阻Rs的共同控制，脉冲宽度受电容C3的反向充电时间常数控制，单回路中，充电时间常数由回路中的电容和电阻的乘积决定，因此，当负载变化时，必然会引起时间常数的变化，进而改变输出电流的脉宽，本发明预留了由R4构成的补偿电流支路，时间常数变成由电容C3和流过C3的电流决定，而流过C3的电流由负载支路和补偿支路的电流共同决定(电容C3右侧电位被拉高的期间二极管D1处于截止状态，可看作没有电流)，因此电阻R4构成的补偿支路的电流可以平衡当负载支路电流变化时引起的充电时间常数的变化，使输出电流的脉冲宽度恒定。

实施例3电流采样模块和幅度测量模块及其工作原理

所述的电流采样模块3的结构如图3所示，运放U1A的同相输入端作为电流采样模块3的输入端，记为端口P3-in，与电流输出模块2的端口P2-out2相连，运放U1A的反相输入端与电阻R5的一端、电阻R6的一端及电阻R7的一端相连，电阻R6的另一端与运放U1A的输出端相连，作为电流采样模块3的输出端，记为端口P3-out，与幅度测量模块4及占空比测量模块6相连；电阻R5的另一端与电阻R8的一端、电阻R10的一端以及运放U1B的反相输入端相连，电阻R10的另一端与运放U1B的同相输入端相连且接地，电阻R8的另一端与可调电阻R9的一端相连，可调电阻R9的另一端与电阻R7的另一端及运放U1B的输出端相连。

所述的幅度测量模块4的结构为，二极管D2的阳极作为幅度测量模块4的输入端，记为端口P4-in，与电流采样模块3的端口P3-out相连，二极管D2的阴极与电容C4的一端、电阻R11的一端及运放U2A的同相输入端相连，电阻R11的另一端与电容C4的另一端均接地，运放U2A的反相输入端与输出端相连，作为幅度测量模块4的输出端，记为端口P4-out，与幅度控制模块5相连，且与占空比测量模块6相连，同时还与模数转换模块7相连。

电流采样模块3由两个运放构成互补式放大结构，且具有非常高的输入阻抗，用于对流过取样电阻Rs(在电流输出模块中)的电流进行无干扰取样，将脉冲电流信号变成特性相同的脉冲电压信号，可调电阻R9可微调电流采样模块的传输系数，幅度测量模块4提取脉冲的峰值并转换成直流电压信号以方便幅度控制模块5和占空比测量模块6使用。

实施例4幅度控制模块及其工作原理

所述的幅度控制模块5的结构为，电阻R17的一端作为幅度控制模块5的一个输入端，记为端口P5-in1，与数模转换模块8相连，电阻R17的另一端与运放U3B的反相输入端及电阻R18的一端相连，电阻R18的另一端与运放U3B的输出端及运放U3A的反相输入端相连，电阻R19的一端作为幅度控制模块5的输入端，记为端口P5-in2，与幅度测量模块4的端口P4-out相连，电阻R19的另一端与电阻R21的一端及运放U3B的同相输入端相连，电阻R21的另一端接地，电容C5的一端和电阻R12的一端均接地，电容C5的另一端与运放U2B的同相输入端及运放U3A的同相输入端相连，电阻R12的另一端与电阻R13的一端、电阻R14的一端及运放U2B的反相输入端相连，电阻R14的另一端与电阻R15的一端、电阻R16的一端及运放U2B的输出端相连，电阻R15的另一端与电阻R13的另一端均接+12V电源，电阻R16的另一端接运放U3A的同相输入端，运放U3A的输出端与N型场效应管Q3的栅极相连，场效应管Q3的漏极接电源VPP，源极接电感L1的一端及二极管D4的阴极，二极管D4的阳极接地，电感L1的另一端接电容C6的一端，作为幅度控制模块5的输出端，记为端口P5-out，与电流输出模块的端口P2-in2相连，电容C6的另一端接地。

运放U2B及外围电阻电容构成三角波发生器，运放U3B构成减法器，将端口P5-in2的电压信号(由幅度测量模块4提供，反映输出电流的峰值)端口P5-in1的参考电压(由数模转换模块8提供，其大小由处理器模块1通过输入模块9设定)进行减法运算，运算结果再与上述三角波在运放U3A中进行比较，以产生驱动场效应管Q3的PWM波，当系统受某种影响输出电流峰值变大时，减法器输出的电压变高，U3A输出的PWM波的占空比变小，VPP提供的电源被转换成了更低的电压，由端口P5-out提供给电流输出模块2的端口P2-in2，进而抑制了输出电流峰值的变大，反之亦然，实现了输出电流峰值的恒定，电源VPP的大小可根据需要在+12V～+200V范围内容选择。如果人为想改变输出电流峰值时，只需要通过输入模块9改变处理器模块1输出至数模转换模块8的数字量，即可改变端口P5-in1的参考电压，即可让输出电流峰值恒定在另一个设定的大小。

实施例5占空比测量模块及稳定脉宽的原理

所述的占空比测量模块6的结构如图6所示，运放U4A的同相输入端作为占空比测量模块6的一个输入端，记为端口P6-in1，与电流采样模块3的端口P3-out相连，运放U4A的反相输入端与电阻R27的一端及电阻R28的一端相连，电阻R28的另一端接地，电阻R27的另一端作为占空比测量模块6的另一个输入端，记为端口P6-in2，与幅度测量模块4的端口P4-out相连，运放U4A的输出端与二极管D6的阴极以及二极管D5的阴极相连，二极管D6的阳极接地，二极管D5的阳极接电阻R26的一端及电感L2的一端，电阻R26的另一端与热敏电阻R24的一端及运放U4B的输出端相连，热敏电阻R24的另一端与运放U4B的反相输入端及电阻R23的一端相连，电阻R23的另一端接地，运放U4B的同相输入端与电阻R22的一端、电容C7的一端及电容C8的一端相连，电阻R22的另一端及电容C7的另一端均接地，电容C8的另一端与电阻R25的一端相连，电阻R25的另一端与运放U4B的输出端相连，电感L2的另一端与电容C9的一端相连，电容C9的另一端与电阻R30的一端以及二极管D7的阳极相连，电阻R30的另一端接地，二极管D7的阴极与运放U5A的同相输入端、电阻R29的一端及电容C10的一端相连，电阻R29的另一端及电容C10的另一端均接地，运放U5A的反相输入端与输出端相连，作为占空比测量模块6的输出端，记为端口P6-out，与模数转换模块7相连。

端口P6-in2输入的电流幅度值(由幅度测量模块4提供)被电阻R27、R28分压后得到电流的半峰值作为占空比的测量基准，端口P6-in1输入的电流取样信号(由电流采样模块提供)与测量基准进行比较，在运放U4A的输出端得到反映占空比的幅度为12V的开关信号，将运放U4B产生的1kHz的标准正弦信号进行斩波，L2、C9、R30构成的选频网络将低频部分选出，由傅立叶定理可知，被斩波再被选频后的信号的包络与开关信号的占空比成正比例关系，由二极管D7、电容C10、电阻R29及运放U5A构成的包络检波器将该包络解调后在端口P6-out得到反应占空比的直流电压信号，再由模数转换模块8转换成数字信号送入处理器模块1，处理器模块1根据频率值，计算出脉宽值。通常脉宽的测量是以信号的半峰值宽度为基准，但少数场景也有以0.7倍峰值或0.1倍峰值宽度为基准的，通过调节可变电阻R28改变其与R27的分压关系，就能方便地改变脉宽的测量基准。

由图1可知，输出电流的脉冲宽度受电容C3的反向充电时间常数控制，在常规电路中，没有由电阻R4构成的电流补偿支路，充电时间常数由负载回路中的电阻和电容C3的乘积决定，因此，当负载变化时，必然会引起时间常数的变化，进而改变输出电流的脉宽，本发明由R4构成的补偿电流支路，时间常数变成由电容C3和流过C3的电流决定，而流过C3的电流由负载支路和补偿支路的电流共同决定(电容C3右侧电位被拉高的期间二极管D1处于截止状态，可看作没有电流)，占空比测量模块6及模数转换模块7将数字化后的占空比测量结果输入给处理器模块1，处理器模块1将占空比的值与频率值相除得到实际输出电流的脉宽值，处理器1将实际的脉宽值与输入模块9设定的脉宽值相比较，当负载变化或外界干扰使输出电流的脉宽变大时，处理器模块1减小输出至数模转换模块7的数字量，使数模转换模块7输出至端口P2-in3的电压变小，由于该电压值本身设定成负值，因此端口P2-in3的电压变得“更负”，进而使电阻R4两端的电位差变大，流过R4的电流(由下到上)变大，电容C3的反向充电电流变大，时间常数变小，输出电流脉宽变小，因此当外界因素使脉宽变大时，这种反馈控制则使脉宽变大，总体效果是使脉宽驱于恒定，反之亦然。

实施例6前面板

所述的前面板11可按常规习惯设计，也可按图7所示的结构设计，结构包括液晶屏1101、电源开关1102、显示模块切换按钮1103、脉冲峰值指示灯1104、脉冲频率指示灯1105、脉冲宽度指示灯1106、参数调节旋钮1107、电流输出指示灯1108和电流输出接口1109。

Claims (3)

1.一种基于单片机控制的高稳定度脉冲电流源，结构有处理器模块(1)、电流输出模块(2)、模数转换模块(7)、数模转换模块(8)、输入模块(9)、显示模块(10)和前面板(11)，其特征在于，结构还有电流采样模块(3)、幅度测量模块(4)、幅度控制模块(5)和占空比测量模块(6)，处理器模块(1)与输入模块(9)、显示模块(10)、数模转换模块(8)、模数转换模块(7)相连，数模转换模块(8)与电流输出模块(2)及幅度控制模块(5)相连，电流输出模块(2)与电流采样模块及幅度控制模块(5)相连，电流采样模块(3)与幅度测量模块(4)及占空比测量模块(6)相连，幅度测量模块(4)与幅度控制模块(5)、占空比测量模块(6)及模数转换模块(7)相连，占空比测量模块(6)与模数转换模块(7)相连，前面板(11)与输入模块(9)、显示模块(10)及电流输出模块(2)相连；

所述的电流输出模块(2)的结构为，电阻R1的一端与电容C2的一端相连，且与场效应管Q1的栅极相连，电阻R1的另一端与电容C2的另一端相连，作为电流输出模块(2)的一个输入端，记为端口P2-in1，端口P2-in1与处理器模块(1)相连，处理器模块(1)输出的脉冲电压通过电流输出模块(2)放大成大功率的电流脉冲；场效应管Q1的源极接地，漏极接电阻R2的一端和场效应管Q2的栅极，电阻R2的另一端与电容C1的一端及场效应管Q2的源极相连，作为电流输出模块(2)的第二个输入端，记为端口P2-in2，与幅度控制模块(5)的输出端相连，电容C1的另一端接地，场效应管Q2的漏极与电阻R3的一端及电容C3的一端相连，电阻R3的另一端接地，电容C3的另一端与电阻R4的一端以及二极管D1的阴极相连，作为电流输出模块的一个输出端，记为端口P2-out1，与前面板(11)上的电流输出接口（1109）的正极相连，电阻R4的另一端作为电流输出模块(2)的第三个输入端，记为端口P2-in3，与数模转换模块(8)相连，二极管D1的阳极接地，取样电阻Rs的一端接地，另一端作为电流输出模块(2)的第二个输出端，记为端口P2-out2，与电流采样模块(3)的输入端相连，还与前面板(11)上的电流输出接口（1109）的负极相连；其中场效应管Q1的N型场效应管，场效应管Q2是P型场效应管；

所述的电流采样模块(3)的结构为，运放U1A的同相输入端作为电流采样模块(3)的输入端，记为端口P3-in，与电流输出模块(2)的端口P2-out2相连，运放U1A的反相输入端与电阻R5的一端、电阻R6的一端及电阻R7的一端相连，电阻R6的另一端与运放U1A的输出端相连，作为电流采样模块(3)的输出端，记为端口P3-out，与幅度测量模块(4)及占空比测量模块(6)相连；电阻R5的另一端与电阻R8的一端、电阻R10的一端以及运放U1B的反相输入端相连，电阻R10的另一端与运放U1B的同相输入端相连且接地，电阻R8的另一端与可调电阻R9的一端相连，可调电阻R9的另一端与电阻R7的另一端及运放U1B的输出端相连；

所述的幅度测量模块(4)的结构为，二极管D2的阳极作为幅度测量模块(4)的输入端，记为端口P4-in，与电流采样模块(3)的端口P3-out相连，二极管D2的阴极与电容C4的一端、电阻R11的一端及运放U2A的同相输入端相连，电阻R11的另一端与电容C4的另一端均接地，运放U2A的反相输入端与输出端相连，作为幅度测量模块(4)的输出端，记为端口P4-out，与幅度控制模块(5)相连，且与占空比测量模块(6)相连，同时还与模数转换模块(7)相连；

所述的幅度控制模块(5)的结构为，电阻R17的一端作为幅度控制模块(5)的一个输入端，记为端口P5-in1，与数模转换模块(8)相连，电阻R17的另一端与运放U3B的反相输入端及电阻R18的一端相连，电阻R18的另一端与运放U3B的输出端及运放U3A的反相输入端相连，电阻R19的一端作为幅度控制模块(5)的输入端，记为端口P5-in2，与幅度测量模块(4)的端口P4-out相连，电阻R19的另一端与电阻R21的一端及运放U3B的同相输入端相连，电阻R21的另一端接地，电容C5的一端和电阻R12的一端均接地，电容C5的另一端与运放U2B的同相输入端及运放U3A的同相输入端相连，电阻R12的另一端与电阻R13的一端、电阻R14的一端及运放U2B的反相输入端相连，电阻R14的另一端与电阻R15的一端、电阻R16的一端及运放U2B的输出端相连，电阻R15的另一端与电阻R13的另一端均接+12V电源，电阻R16的另一端接运放U3A的同相输入端，运放U3A的输出端与N型场效应管Q3的栅极相连，场效应管Q3的漏极接电源VPP，源极接电感L1的一端及二极管D4的阴极，二极管D4的阳极接地，电感L1的另一端接电容C6的一端，作为幅度控制模块(5)的输出端，记为端口P5-out，与电流输出模块的端口P2-in2相连，电容C6的另一端接地；

所述的占空比测量模块(6)的结构为，运放U4A的同相输入端作为占空比测量模块(6)的一个输入端，记为端口P6-in1，与电流采样模块(3)的端口P3-out相连，运放U4A的反相输入端与电阻R27的一端及电阻R28的一端相连，电阻R28的另一端接地，电阻R27的另一端作为占空比测量模块(6)的另一个输入端，记为端口P6-in2，与幅度测量模块(4)的端口P4-out相连，运放U4A的输出端与二极管D6的阴极以及二极管D5的阴极相连，二极管D6的阳极接地，二极管D5的阳极接电阻R26的一端及电感L2的一端，电阻R26的另一端与热敏电阻R24的一端及运放U4B的输出端相连，热敏电阻R24的另一端与运放U4B的反相输入端及电阻R23的一端相连，电阻R23的另一端接地，运放U4B的同相输入端与电阻R22的一端、电容C7的一端及电容C8的一端相连，电阻R22的另一端及电容C7的另一端均接地，电容C8的另一端与电阻R25的一端相连，电阻R25的另一端与运放U4B的输出端相连，电感L2的另一端与电容C9的一端相连，电容C9的另一端与电阻R30的一端以及二极管D7的阳极相连，电阻R30的另一端接地，二极管D7的阴极与运放U5A的同相输入端、电阻R29的一端及电容C10的一端相连，电阻R29的另一端及电容C10的另一端均接地，运放U5A的反相输入端与输出端相连，作为占空比测量模块(6)的输出端，记为端口P6-out，与模数转换模块(7)相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于单片机控制的高稳定度脉冲电流源，其特征在于，所述的处理器模块(1)是STC89C51单片机。

3.根据权利要求1所述的一种基于单片机控制的高稳定度脉冲电流源，其特征在于，所述的前面板(11)的结构包括液晶屏(1101)、电源开关(1102)、显示模块切换按钮(1103)、脉冲峰值指示灯(1104)、脉冲频率指示灯(1105)、脉冲宽度指示灯(1106)、参数调节旋钮(1107)、电流输出指示灯(1108)和电流输出接口(1109)。