恒流源又叫電流源、穩流源，它是能夠向負載提供恒定電流的電源，理想的恒流源具有以下特點：電流不因負載變化而變化；不因環境變化而變化；內阻為無窮大。本課題以LM317H芯片為核心控制器，通過電位器來調節電壓值大小，產生可調恒定電流，當保持電位器位置恒定時，可以輸出一定范圍內的恒定電流。

雖然它在精度和穩定度上與高質量的直流可調恒流源有一定的差距，但在一般情況下誤差仍在允許范圍內，且結構簡單，成本低。本次實驗利用Mutisim仿真、模擬電子技術以及焊接技術，完成了從理論分析到實際測量的一系列過程。最終經過不斷的實物與仿真調試，我們設計出一種整流濾波的電路，基本具備直流恒流電源的功能。

1

系統方案

1.1

系統方案的論證與選擇

方案一：

將20V直流電源接入電路，利用LM317的正電壓穩壓功能，負反饋調節輸出的電流，達到恒流直流源的功能。

方案二：

1．電網提供交流220V(有效值)頻率為50Hz的電壓，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網電壓降低獲得所需要交流電壓。

2．降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大。

方案三：

1． 通過二腳插頭連接電網提供的有效值為220V，頻率為50Hz的交流電壓，同時通過連接匝數比為13：1的變壓器，減壓形成電壓有效值為17V左右的交流電。

2． 降壓后的交流電壓，通過橋式整流電路變成單向直流電。橋式整流電路為四個整流二極管首尾相接，通過二極管的單向導電性，使其形成方向不變的直流電。

3． 經過橋式整流后的電路，為橋式整流信號，電壓輸出極不穩定，我們在后面加入了濾波電路，即在輸出電路兩端并聯電容，濾去頻率較高的波形，形成較為穩定的直流輸出信號。

4． 經過濾波電路后的穩定直流電壓，通過集成穩壓芯片LM317與反饋端接口ADJ使電位器兩端的電壓保持恒定，因此得到穩定的電流輸出，此時通過調節電位器的阻值，通過歐姆定律，可以得到不同大小的恒定電流。

5.恒定的電流，輸出給電流型負載，發光二極管，通過二極管的明亮程度變化，來判斷輸出電流的大小；同時，為了判斷電流是否恒定并且盡量不影響芯片兩端電壓，我們串聯了一個1.5Ω的電阻，通過測量電阻兩端電壓來獲得電流的數值。

方案比較：

1、方案三通過二腳插頭直接連接220V交流電，不僅提高了實用價值，而且更方便恒流直流源的使用。

2、相比于方案二，方案三添加了濾波電路，得到了更加穩定的直流輸入電壓，使芯片工作環境更加穩定。從而能更好地實現穩流效果。

3、方案三用發光二極管作為負載，效果更加直觀，同時根據二極管的明亮程度，判斷電路電流變化，通過測量較小電阻兩端電壓變化，可以判斷電路電流是否恒定。

綜上所述，我們選擇方案三。

方案原理：

1、變壓器原理：當變壓器一次側施加交流電壓U1，流過一次繞組的電流為I1,則該電流在鐵芯中會產生交變磁通，使一次繞組和二次繞組發生電磁聯系，根據電磁感應原理，交變磁通穿過這兩個繞組就會感應出電動勢，其大小與繞組匝數以及主磁通的最大值成正比，繞組匝數多的一側電壓高，繞組匝數少的一側電壓低，當變壓器二次側開路，即變壓器空載時，一二次端電壓與一二次繞組匝數成正比，即U1/U2=N1/N2,但初級與次級頻率保持一致，從而實現電壓的變化。

2、橋式整流原理：通過二極管的單向導通性，能夠得到半波整流的電信號，連接四個同樣的整流二極管通過特定的接線，能夠得到穩定的直流全波整流信號，即可實現交流電到直流電的轉變。

3、電容濾波原理：接在直流電源的正、負極之間，以濾除直流電源中不需要的交流成分，使直流電變平滑。其工作原理是整流電壓高于電容電壓時電容充電，當整流電壓低于電容電壓時電容放電，在充放電的過程中，使輸出電壓基本穩定。

4、LM317工作原理：LM317是應用最為廣泛的電源集成電路之一，它不僅具有固定式三端穩壓電路的最簡單形式，又具備輸出電壓可調的特點。LM317是可調節3端正電壓穩壓器，在輸出電壓范圍1.2伏到37伏時能夠提供超過1.5安的電流。LM317的Vout由電阻R1和RP1決定，其Vout＝1.25×（1+RP1/R1）。我們知道，LM317的Vout端與Adj端（調整端）之間有一個1.25V的固定電壓，在我們的電路中，ADJ端的電阻為零，則通過ADJ的反饋調節功能能夠使R1兩端電壓始終穩定在1.25V，通過調節R1阻值的大小，即可通過歐姆定律，得到恒定的電流輸出，即I=1.25/R1.

5、負載電路原理：在負載電路上，為了避免調節電流時，純電阻負載上所分得的電壓大幅波動，使芯片兩端的壓降隨之波動，我們使用了一個較小的電阻與多個電流型負載發光二極管作為我們的負載，這樣既能使電流調解時，電壓波動盡可能小，同時還能通過二級管的明亮程度更加直觀地看到電路中電流的變化。

2

系統理論分析與計算

2.1

恒流源系統理論的分析

交流電壓通過變壓，整流，濾波，得到穩定的直流電壓輸出給LM317，通過反饋電路使可調電位器兩端電壓始終保持恒定，輸出電流即I=U/R1。在負載的一定變化范圍內，可以保持電電流的恒定。

2.2

相關參數的計算

使用匝數比為10：1的變壓器，將220V交流電壓將為22V交流電，通過整流器，得到22V直流電，通過4個330uF的并聯形成一個大電容，得到較好的濾波效果與穩定的輸出電壓，LM317的反饋的=電壓為1.25V，最后通過調節電位器得到的恒定電流I=1.25/R。

3

電路與程序設計

3.1

電路的設計

3.1.1

系統總體框圖

3.1.2

電路原理圖

4

測試方案與測試結果

4.1

測試方案

將可調電位器的電阻逆時針旋轉到最大值，將負載（發光二極管與較小電阻）兩端的導線連接到電流源的兩個輸出端口，接通220V交流電，二極管亮起，緩緩降低可調電位器的阻值，二極管的亮度緩慢增大，表示電路中的電流在緩慢增大，通過測量較小電阻兩端的電壓，即可計算出電路中的電流大小。將負載改為100Ω精調滑動變阻器，將電流表串聯進電路，緩慢調節滑動變阻器的電阻，觀察電流表的示數時候變化，即可判斷電路中的電流是否在一定范圍內恒定。

4.2

測試條件與儀器

220V交流電壓，萬用表

4.3

測試結果及分析

4.3.1

系統方案

4.3.2

測試分析與結論

通過調節電位器阻值大小將通過負載的穩定電流調節為260mA，調節負載電阻阻值觀察負載電流與負載電壓的變化情況。由上表數據可看出，若負載阻值在一定范圍內發生變化，負載電流變化量微小。負載電壓與負載電流的比值也滿足歐姆定律U/I=R。

綜上所述：所測電流具備了直流恒流源的基本功能。

5

心得體會

在實驗之前要根據實驗要求，確定好基本方案，參閱與實驗有關的文獻，了解實驗原理。確定好需要哪些元器件，繪制好框圖和電路圖，計算每一部分的元件參數,在仿真電路圖中設置好參數，通過仿真,觀測數據，調試使元件數值達到要求。比較實際實驗結果和理論的結果，分析誤差原因，找出解決的方法，盡可能地減小誤差，得出實驗結果與理論值相似的數據。

通過這次的課程設計，我了解了直流可調恒流源電路的組成和工作原理，通過計算參數，選擇合適的元器件來設計電路，此次課程設計用到了模擬電路的知識，將書本上的知識真正地用到實際電路設計中。此外我還學習了此次課程設計用到的仿真軟件Multisim仿真軟件直觀的捕獲界面、簡潔明了的操作、強大的分析測試幫助我們順利地完成實驗。

在實踐的過程中，我們自主設計，自主購買零件，自主焊接，在過程中，我們遇到了不少困難，比如沒有我們需要的零件規格，焊接各條電路上均有內阻影響，精調滑動變阻器功率不夠，可調電位器最小阻值太大，無法調節到更大電流，都對我們實驗產生了影響，但在這個過程中，我們學會了運用已學的知識進行解決，盡可能減小其對我們的影響。

附錄一：電路原理圖