專利名稱：通過單片機(jī)控制的用于星載電場(chǎng)儀中的數(shù)控恒流源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電流恒流源電路，特別是涉及一種由單片機(jī)控制可輸出直流電流 的精密微電流恒流源電路，用于星載電場(chǎng)探測(cè)中對(duì)探測(cè)器探針施加恒流偏置的數(shù)控恒流源
直O(jiān)
背景技術(shù)：
空間電場(chǎng)是研究空間天氣學(xué)和空間環(huán)境一個(gè)很重要的參量，它的數(shù)值大小及其變 化涉及到太陽(yáng)活動(dòng)、雷暴活動(dòng)、地震活動(dòng)及大氣環(huán)境污染等。監(jiān)測(cè)電場(chǎng)、了解空間電狀態(tài)，可 以為太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)近地環(huán)境的影響、雷暴和地震預(yù)警提供直接的資料，提高對(duì)災(zāi)害性天氣的 預(yù)報(bào)能力，并為航天活動(dòng)提供空間電環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)。近20年來，在地面和衛(wèi)星上探測(cè)到了大量與地震相關(guān)的電磁異常信號(hào)，由于在地 面的觀測(cè)受到地域和觀測(cè)條件的限制，其觀測(cè)結(jié)果相對(duì)少，觀測(cè)結(jié)果受噪聲干擾大，有時(shí)甚 至被其他信號(hào)所掩蓋而難以識(shí)別，缺乏有意義的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。因此衛(wèi)星將是獲取空間電磁資 料并進(jìn)行地震預(yù)測(cè)研究的最為有效的工具。國(guó)際上目前已發(fā)射了以觀測(cè)地震和火山噴發(fā)過 程中相關(guān)的電磁場(chǎng)變化為目的的多顆地震衛(wèi)星，如COMPASS系列衛(wèi)星(俄羅斯),QuakeSat 衛(wèi)星(美國(guó))和DEMETER衛(wèi)星(法國(guó))等。在空間電場(chǎng)探測(cè)中，常采用雙探針測(cè)量方法，該方法是向空間伸出兩桿，在各自的 端頭安裝與其有電性絕緣的金屬球或金屬圓柱體作為探針即電場(chǎng)傳感器。當(dāng)兩探針上的電 位與其各自周圍等離子體的電位一致時(shí)，測(cè)量出兩探針之間的電位差除以兩探針之間的距 離就得到了沿伸桿方向的電場(chǎng)分量。在該測(cè)量方法中，由于探針被周邊等離子體所包圍，會(huì)產(chǎn)生等離子體鞘，該等離子 鞘的等效鞘電阻通常比較高，會(huì)嚴(yán)重影響探測(cè)的精度，為了解決這個(gè)問題，通常需要給探針 施加納安量級(jí)的微弱電流，來能降低該鞘電阻的阻抗，提高測(cè)量的精度。而且，給探針施加 恒流偏置，也可以使探針能更好的與其周邊等離子體電位保持一致。因此，壓控精密恒流源 電路是雙探針測(cè)量方法中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)測(cè)量需要，對(duì)恒流源提出以下要求可以根據(jù)單片機(jī)的輸出指令，輸出對(duì) 應(yīng)的恒定直流電流；電流的方向可以由控制信號(hào)確定；輸出電流最小為士 ΙΟηΑ，最大為 士 1. 28uA，步進(jìn)為IOnA ；恒流源的輸出負(fù)載應(yīng)為接地負(fù)載；應(yīng)能承受較大的變化的負(fù)載電 阻；輸出電流受供電電壓的影響??；電路的規(guī)模應(yīng)小，以方便安裝在探針的有限空間內(nèi)。由于現(xiàn)有的一些恒流源電路都存在以下問題輸出電流通常最小都在uA量級(jí)以 上，而一些專業(yè)的可以提供nA量級(jí)的專用恒流源電路都存在電路復(fù)雜，設(shè)備體積龐大的問 題，一些恒流源電路還需要高精度的參考電壓源，恒流源的輸出負(fù)載不是接地負(fù)載等等。比如，在“一種高精度數(shù)控直流電流源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”一文中介紹了一種數(shù)控恒流 源電路，該電路可以實(shí)現(xiàn)20mA-3000mA的可調(diào)電流輸出，該電路的特點(diǎn)為需要有高精度的 參考電壓源，對(duì)供電電壓的穩(wěn)定度要求較高，不能實(shí)現(xiàn)雙向恒流輸出。在“數(shù)控恒流源設(shè)計(jì)” 中提到了一種恒流源設(shè)計(jì)，但是該設(shè)計(jì)輸出電流精度取決于采樣電阻，對(duì)于微弱的小電流，需要有高阻值的精密電阻，使得設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服已有恒流源輸出電流大，電路復(fù)雜，體積龐大等不能滿足 電場(chǎng)探測(cè)需要的問題，從而提供一種由單片機(jī)控制的nA量級(jí)的恒流輸出，采用了正負(fù)兩套 恒流源電路，可以用控制信號(hào)來控制負(fù)載上的電流方向，實(shí)現(xiàn)雙向恒流輸出的通過單片機(jī) 控制的用于星載電場(chǎng)儀中的數(shù)控恒流源裝置。該裝置輸出電流精度與供電電壓無關(guān)，不需 要高精度的參考電壓源，降低了電路的復(fù)雜度和成本。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的通過單片機(jī)控制的用于星載電場(chǎng)儀中的數(shù)控恒流源裝置(如圖2)， 包括一恒流源控制電路1和正向恒流源電路3 ；其特征在于，還包括負(fù)向恒流源電路4、 第一電流方向選擇開關(guān)2和第二電流方向選擇開關(guān)5 ；其中，所述的恒流源控制電路1的控制電壓輸出端與所述的電流方向選擇開關(guān)2 電連接，該恒流源控制電路1的電流方向控制輸出端同時(shí)接所述的第一電流方向選擇開關(guān) 2和所述的第二電流方向選擇開關(guān)5的控制端；所述的第一電流方向選擇開關(guān)2的輸出端 S1A與所述的正向恒流源電路3的輸入端相連，所述的第一電流方向選擇開關(guān)2的輸出端 S1B與所述的負(fù)向恒流源電路4的輸入端相連；所述的正向恒流源電路3的輸出端與所述 的第二電流方向選擇開關(guān)5的輸入端S2A電連接，所述的負(fù)向恒流源電路4的輸出端與所 述的第二電流方向選擇開關(guān)5的輸入端S2B電連接，所述的第二電流方向選擇開關(guān)5的輸 出端接負(fù)載。在上述的技術(shù)方案中，所述的恒流源控制電路1由單片機(jī)1-5、數(shù)模轉(zhuǎn)換器1-6、三 個(gè)運(yùn)算放大器以及一個(gè)2選1模擬開關(guān)1-8組成；其中，所述的單片機(jī)1-5與數(shù)模轉(zhuǎn)換器 1-6電連接，所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器1-6與第一運(yùn)算放大器1-7電連接；第一運(yùn)算放大器1-7的 輸出端1-1與2選1模擬開關(guān)1-8的輸入端電連接，該第一運(yùn)算放大器1-7的輸出端1-1 與電阻R7的1-4端電連接，所述的第二運(yùn)算放大器1-9與電阻R7、R8構(gòu)成反向電路，該第二 運(yùn)算放大器1-9的輸出端1-2與所述的2選1模擬開關(guān)1-8的輸入端S3B電連接；該2選 1模擬開關(guān)1-8的輸出端與第三運(yùn)算放大器1-10的輸入端電連接，所述的第三運(yùn)算放大器 1-10的輸出端VCC_input與第一電流方向選擇開關(guān)2電連接。在上述的技術(shù)方案中，所述的單片機(jī)1-5的輸出口 1-3 (即圖2中的P1. 0)的輸出 信號(hào)輸入到2選1模擬開關(guān)1-8的控制端，還同時(shí)輸入到第一電流方向選擇開關(guān)2和與第 一電流方向選擇開關(guān)5的信號(hào)控制端。在上述的技術(shù)方案中，所述的第一電流方向選擇開關(guān)2和第二電流方向選擇開關(guān) 5分別為一個(gè)2選1模擬開關(guān)。在上述的技術(shù)方案中，所述的第一電流方向選擇開關(guān)2、第二電流方向選擇開關(guān) 5、所述的正向恒流源電路3以及所述的負(fù)向恒流源電路4共同構(gòu)成了恒流源電路；其中，所 述的第一電流方向選擇開關(guān)2的兩個(gè)輸出端(S1A，S2A)分別和所述的正向恒流源電路3、 所述的負(fù)向恒流源電路4電連接。在上述的技術(shù)方案中，所述的正向恒流源電路3由第一級(jí)恒流源3-1和第二級(jí)恒
5流源3-2兩部分組成，其中，所述的第一級(jí)恒流源電路3-1是由第四運(yùn)算放大器U3A與N溝 道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管Q3以及電阻禮構(gòu)成；其中，第一電流方向選擇開關(guān)2的S1A輸出端接第四 運(yùn)算放大器U3A的同相輸入端，第四運(yùn)算放大器U3A的負(fù)相輸入端同時(shí)與電阻禮溝道 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管Q3的源級(jí)電連接；第四運(yùn)算放大器U3A的輸出端直接接N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 Q3的柵極，N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管Q3漏極與第五運(yùn)算放大器U3B的同相輸入端和電阻R3電 連接；所述的第二級(jí)恒流源電路3-2是由第五運(yùn)算放大器U3B、P溝道M0S場(chǎng)效應(yīng)管Q4 與電阻R2、R3構(gòu)成；第五運(yùn)算放大器U3B的負(fù)相輸入端同時(shí)與電阻R2及P溝道M0S場(chǎng)效應(yīng) 管Q4的源級(jí)電連接，第五運(yùn)算放大器U3B的輸出端直接與P溝道M0S場(chǎng)效應(yīng)管Q4的柵極 電連接，P溝道M0S場(chǎng)效應(yīng)管Q4的漏極接第二電流方向選擇開關(guān)5的輸入端S2A。在上述的技術(shù)方案中，所述的負(fù)向恒流源電路4由第一級(jí)恒流源4-1和第二級(jí)恒 流源4-2兩部分組成，第一級(jí)恒流源4-1是由第六運(yùn)算放大器U4A與P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 Q1以及電阻禮構(gòu)成；第二級(jí)恒流源電路4-2是由第七運(yùn)算放大器U4B、N溝道M0S場(chǎng)效應(yīng)管 Q2與電阻R5、R6構(gòu)成；其中，第一電流方向選擇開關(guān)2的S1B輸出端接第六運(yùn)算放大器U3A 的同相輸入端，第六運(yùn)算放大器U3A的負(fù)相輸入端同時(shí)與電阻R4及P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管Q1 的源級(jí)電連接；第六運(yùn)算放大器U4A的輸出端直接接P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管Q1的柵極，P溝 道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管Q1漏極與第七運(yùn)算放大器U4B的同相輸入端和電阻R6電連接；第七運(yùn)算 放大器U4B的負(fù)相輸入端同時(shí)與電阻R5及N溝道M0S場(chǎng)效應(yīng)管Q2的源級(jí)電連接，第七運(yùn) 算放大器U4B的輸出端直接與N溝道M0S場(chǎng)效應(yīng)管Q2的柵極電連接，N溝道M0S場(chǎng)效應(yīng)管 Q2的漏極接第二電流方向選擇開關(guān)5的輸入端S2B。在上述的技術(shù)方案中，所述的第二電流方向選擇開關(guān)5的輸出端接負(fù)載。本發(fā)明相對(duì)于已有技術(shù)具有的有益效果本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了由單片機(jī)控制的nA量級(jí)的恒流輸出，輸出電流精度與供電電壓無 關(guān)，對(duì)供電電壓的穩(wěn)定度要求不高；不需要高精度的參考電壓源，降低了電路的復(fù)雜度和成 本；采用了正負(fù)兩套恒流源電路，可以用控制信號(hào)來控制負(fù)載上的電流方向，實(shí)現(xiàn)雙向恒流 輸出；該恒流源分為兩級(jí)的方式，使得僅僅使用很常見的精密電阻，即可實(shí)現(xiàn)nA級(jí)微弱電 路輸出；并且其負(fù)載為接地負(fù)載，電路規(guī)模小，很方便安裝在探針中。其優(yōu)點(diǎn)如下1.由于采用單片機(jī)輸出的控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的nA量級(jí)精密恒流輸出；2.由于采用了兩套恒流源電路，并使用了電流方向選擇開關(guān)來選擇電流方向，因 此，電流方向的改變可以很方便的由電流方向控制信號(hào)加以控制，實(shí)現(xiàn)雙向恒流輸出；3.由于恒流源電路的特別設(shè)計(jì)，使得輸出電流精度與供電電壓無關(guān)，對(duì)供電電壓 的穩(wěn)定度要求不高；不需要高精度的參考電壓源，降低了電路的復(fù)雜度和成本；4.設(shè)計(jì)將恒流源分為兩級(jí)的方式，使得僅僅使用很常見的精密電阻，即可實(shí)現(xiàn)nA 級(jí)微弱電路輸出；5.負(fù)載為接地負(fù)載，電路可承受較大的負(fù)載阻抗變化；6.電路規(guī)模小，能很方便的安裝在探針中。


圖1是本發(fā)明的通過單片機(jī)控制的用于星載電場(chǎng)儀中的數(shù)控恒流源裝置組成框圖
圖2是本發(fā)明的裝置中恒流源控制電路的電路原理圖
卜恒流源控制電路2一第一電流方向選擇開關(guān)
3—2正向第二級(jí)恒流源4一l負(fù)向第一級(jí)恒流源
本實(shí)施例的單片機(jī)卜5可以使用至少要能輸出9位的數(shù)字信號(hào)單片機(jī)，例如型號(hào)為80(3l的單片機(jī)。該單片機(jī)卜5給出一個(gè)8位的數(shù)字信號(hào)(Po．o—Po．7)，表示了一個(gè)電壓值，將Po．o—Po．7信號(hào)輸出端口分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器卜6的數(shù)字信號(hào)輸入端(Do—D7)相連，于是模數(shù)轉(zhuǎn)換器卜6將由單片機(jī)卜5送來的數(shù)字電壓值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的正的模擬電壓信號(hào)，經(jīng)由第一運(yùn)算放大器卜7的輸出端卜l輸出。第一運(yùn)算放大器卜7的輸出端卜l接到2選l模擬開關(guān)卜8的輸入端S3A，同時(shí)與電阻R7的卜4端電連接。第二運(yùn)算放大器卜9與電阻R，、L構(gòu)成反向電路，輸出卜2接到2選l模擬開關(guān)卜8輸入端S3B。2選l模擬開關(guān)卜8的輸出端接到第三運(yùn)算放大器卜lo的輸入端，第三運(yùn)算放大器卜lo連接成電壓跟隨電路方式，第三運(yùn)算放大器卜lo的輸出端VCC—input接電流方向選擇開關(guān)2。單片機(jī)卜5的輸出口卜3(即圖2中的P1．o)的輸出信號(hào)為電流方向控制信號(hào)C。NTR。L，該電流方向控制信號(hào)信號(hào)輸入到2選l模擬開關(guān)卜8的控制端，還同時(shí)輸入到第一電流方向選擇開關(guān)2和與第一電流方向選擇開關(guān)5的信號(hào)控制端。由于2選l模擬開關(guān)卜8的控制引腳上為高電平時(shí)，將引腳D3與S3A引腳導(dǎo)通，當(dāng)該控制引腳上為低電平時(shí)，將引腳D3與S3B引腳導(dǎo)通。于是，當(dāng)電流方向控制信號(hào)C。NTR。L為高電平時(shí)，輸出的控制電壓VCC—input為正的模擬電壓，使得后續(xù)恒流源電路一fjJ-PA輸出正向電流；當(dāng)C。NTR。L為低電平時(shí)，輸出的控制電壓VCC—input為負(fù)的模擬電壓，使得后續(xù)恒流源電路百J-PA輸出負(fù)向電流。
本實(shí)施例的第一電流方向選擇開關(guān)2和第二電流方向選擇開關(guān)5采用市場(chǎng)上購(gòu)買的2選l模擬開關(guān)卜8，但要求漏電流要小于lnA的即可。
恒流源控制電路l的控制電壓輸出端(VCC—input)接到電流方向選擇開關(guān)2的信號(hào)輸入端，恒流源控制電路l的電流方向控制端C。NTR。L同時(shí)接電流方向選擇開關(guān)2和電流方向選擇開關(guān)5的控制輸入端。于是，可以由所述的電流方向控制控制端C。NTR。L來同時(shí)控制電流方向選擇開關(guān)2和電流方向選擇開關(guān)5的導(dǎo)通方向，實(shí)現(xiàn)正向電流通路和負(fù)向電流通路的選擇。
本實(shí)施例的正向恒流源電路3如圖3中的虛線框3所示，該正向恒流源電路3的組成第四運(yùn)算放大器U3A、第五運(yùn)算放大器U3B、N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管Q3、P溝道M0S場(chǎng)效 應(yīng)管Q4以及電阻禮，1 2，1 3共同組成了正向恒流源電路3。其中，第四運(yùn)算放大器U3A、N溝 道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管Q3和電阻禮構(gòu)成第一級(jí)恒流源3-1，運(yùn)放的輸出直接接N溝道結(jié)型場(chǎng)效 應(yīng)管Q3的柵極，N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管Q3的源級(jí)接電阻禮，N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管Q3的漏極 接U3B的正向輸入端和電阻R3上。于是第一級(jí)恒流源的電流由輸入電壓與電阻禮來確定，
該電流為A =。第五運(yùn)算放大器U3B、P溝道M0S場(chǎng)效應(yīng)管Q4和電阻R2，R3構(gòu)成
了第二級(jí)恒流源3-2。運(yùn)放的輸出直接接P溝道M0S場(chǎng)效應(yīng)管Q4的柵極，P溝道M0S場(chǎng)效 應(yīng)管Q4的漏極接電流方向選擇開關(guān)5的輸入端S2A，于是，第二級(jí)恒流源的電流可以得到
h=—叩擬。所選用的電阻均應(yīng)為精密電阻，以保i正電流精度。正
電壓vcc直接與電阻r2，r3連接，以實(shí)現(xiàn)輸出正向電流。本實(shí)施例的負(fù)向恒流源電路4如圖3中的虛線框4所示，該負(fù)向恒流源電路4的
組成第六運(yùn)算放大器U4A、第七運(yùn)算放大器U4B、P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管Ql、N溝道M0S場(chǎng)效
應(yīng)管Q2以及電阻禮，1 5，1 6共同組成了負(fù)向恒流源電路4。其中，第六運(yùn)算放大器U4A、P溝
道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管Q1和電阻R4構(gòu)成第一級(jí)恒流源4-1，第七運(yùn)算放大器U4B、N溝道M0S場(chǎng)效
應(yīng)管Q2和電阻R5，R6構(gòu)成了第二級(jí)恒流源4-2。第六運(yùn)算放大器U4A的輸出直接接P溝道
結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管Q1的柵極，P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管Q1的源級(jí)接電阻R4，P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管Q1
的漏極接第七運(yùn)算放大器U4B的正向輸入端和電阻R6上。于是第一級(jí)恒流源的電流由輸入
電壓與電阻R4來確定，該電流為A =~°第七運(yùn)算放大器U4B、N溝道M0S場(chǎng)效應(yīng)管
Q2和電阻R5，R6構(gòu)成了第二級(jí)恒流源4-2。第七運(yùn)算放大器U4B的輸出直接接N溝道M0S 場(chǎng)效應(yīng)管Q2的柵極，N溝道M0S場(chǎng)效應(yīng)管Q2的漏極接電流方向選擇開關(guān)5的輸入端S2A，
(r
于是，第二級(jí)恒流源的電流可以得到/4= -r- *h = —f^- YCCjn/^。所選用的電
VK5 ； \.K4 K5 J
阻均應(yīng)為精密電阻，以保證電流精度。負(fù)電壓VSC直接與電阻&，1 6連接，以實(shí)現(xiàn)輸出負(fù)向 電流。正向恒流源電路3和負(fù)向恒流源電路4的輸出端分別與電流方向選擇開關(guān)5的輸 入端電連接，由電流方向控制控制端CONTROL進(jìn)行控制，來選擇最終的輸出電流是正向電 流還是負(fù)向電流；電流方向選擇開關(guān)5的輸出端接負(fù)載。
權(quán)利要求
一種通過單片機(jī)控制的用于星載電場(chǎng)儀中的數(shù)控恒流源裝置，包括一恒流源控制電路(1)和正向恒流源電路(3)；其特征在于，還包括負(fù)向恒流源電路(4)、第一電流方向選擇開關(guān)(2)和第二電流方向選擇開關(guān)(5)；其中，所述的恒流源控制電路(1)的控制電壓輸出端與所述的電流方向選擇開關(guān)(2)電連接，該恒流源控制電路(1)的電流方向控制輸出端同時(shí)與所述的第一電流方向選擇開關(guān)(2)和所述的第二電流方向選擇開關(guān)(5)的控制端電連接；所述的第一電流方向選擇開關(guān)(2)的輸出端(S1A)與所述的正向恒流源電路(3)的輸入端電連接，所述的第一電流方向選擇開關(guān)(2)的輸出端(S1B)與所述的負(fù)向恒流源電路(4)的輸入端電連接；所述的正向恒流源電路(3)的輸出端與所述的第二電流方向選擇開關(guān)(5)的輸入端(S2A)電連接，所述的負(fù)向恒流源電路(4)的輸出端與所述的第二電流方向選擇開關(guān)(5)的輸入端(S2B)電連接；所述的第二電流方向選擇開關(guān)(5)的輸出端接負(fù)載。
2.按權(quán)利要求1所述的通過單片機(jī)控制的用于星載電場(chǎng)儀中的數(shù)控恒流源裝置，其特 征在于，所述的恒流源控制電路(1)由單片機(jī)(1-5)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(1-6)、三個(gè)運(yùn)算放大器以 及一個(gè)2選1模擬開關(guān)(1-8)組成；其中，所述的單片機(jī)(1-5)與數(shù)模轉(zhuǎn)換器(1-6)電連 接，所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(1-6)與第一運(yùn)算放大器(1-7)電連接；第一運(yùn)算放大器(1-7)的輸 出端(1-1)與2選1模擬開關(guān)(1-8)的輸入端電連接，該第一運(yùn)算放大器(1-7)的輸出端 (1-1)與電阻R7的一端(1-4)電連接，所述的第二運(yùn)算放大器(1-9)與電阻R7、R8構(gòu)成反 向電路，該第二運(yùn)算放大器(1-9)的輸出端(1-2)與所述的2選1模擬開關(guān)(1-8)的輸入 端(S3B)電連接；該2選1模擬開關(guān)(1-8)的輸出端與第三運(yùn)算放大器(1-10)的輸入端電 連接，所述的第三運(yùn)算放大器(1-10)的輸出端(VCCjnput)與第一電流方向選擇開關(guān)(2) 電連接。
3.按權(quán)利要求1所述的通過單片機(jī)控制的用于星載電場(chǎng)儀中的數(shù)控恒流源裝置，其特 征在于，所述的單片機(jī)(1-5)的輸出口(1-3)的輸出信號(hào)輸入到2選1模擬開關(guān)(1-8)的 控制端，還同時(shí)輸入到第一電流方向選擇開關(guān)(2)和與第一電流方向選擇開關(guān)(5)的信號(hào) 控制端。
4.按權(quán)利要求1所述的通過單片機(jī)控制的用于星載電場(chǎng)儀中的數(shù)控恒流源裝置，其特 征在于，所述的第一電流方向選擇開關(guān)(2)和第二電流方向選擇開關(guān)(5)分別為一個(gè)2選 1模擬開關(guān)。
5.按權(quán)利要求1所述的通過單片機(jī)控制的用于星載電場(chǎng)儀中的數(shù)控恒流源裝置，其特 征在于，所述的第一電流方向選擇開關(guān)(2)、第二電流方向選擇開關(guān)(5)、所述的正向恒流 源電路⑶以及所述的負(fù)向恒流源電路⑷共同構(gòu)成了恒流源電路；其中，所述的第一電流 方向選擇開關(guān)(2)的兩個(gè)輸出端分別和所述的正向恒流源電路(3)、所述的負(fù)向恒流源電 路(4)電連接。
6.按權(quán)利要求1所述的通過單片機(jī)控制的用于星載電場(chǎng)儀中的數(shù)控恒流源裝置，其特 征在于，所述的正向恒流源電路(3)由第一級(jí)恒流源(3-1)和第二級(jí)恒流源(3-2)兩部分 組成，第一級(jí)恒流源電路(3-1)是由第四運(yùn)算放大器(U3A)與N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(Q3)以 及電阻R1構(gòu)成；第二級(jí)恒流源電路(3-2)是由第五運(yùn)算放大器(U3B)、P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管 (Q4)與電阻R2、R3構(gòu)成；其中，第一電流方向選擇開關(guān)(2)的輸出端(SlA)接第四運(yùn)算放大 器(U3A)的同相輸入端，第四運(yùn)算放大器(U3A)的負(fù)相輸入端同時(shí)與電阻溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(Q3)的源級(jí)電連接；第四運(yùn)算放大器(U3A)的輸出端直接接N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 (Q3)的柵極，N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(Q3)漏極與第五運(yùn)算放大器(U3B)的同相輸入端和電阻 R3電連接；第五運(yùn)算放大器(U3B)的負(fù)相輸入端同時(shí)與電阻溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管(Q4) 的源級(jí)電連接，第五運(yùn)算放大器(U3B)的輸出端直接與P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管(Q4)的柵極電 連接，P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管(Q4)的漏極接第二電流方向選擇開關(guān)(5)的輸入端(S2A)。
7.按權(quán)利要求1所述的通過單片機(jī)控制的用于星載電場(chǎng)儀中的數(shù)控恒流源裝置，其特 征在于，所述的負(fù)向恒流源電路(4)由第一級(jí)恒流源(4-1)和第二級(jí)恒流源(4-2)兩部分 組成，第一級(jí)恒流源(4-1)是由第六運(yùn)算放大器(U4A)與P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(Ql)以及 電阻R4構(gòu)成；第二級(jí)恒流源電路(4-2)是由第七運(yùn)算放大器(U4B)、N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管 (Q2)與電阻R5、R6構(gòu)成；其中，第一電流方向選擇開關(guān)⑵的輸出端(SlB)接第六運(yùn)算放大 器(U3A)的同相輸入端，第六運(yùn)算放大器(U3A)的負(fù)相輸入端同時(shí)與電阻R4及P溝道結(jié)型 場(chǎng)效應(yīng)管(Ql)的源級(jí)電連接；第六運(yùn)算放大器(U4A)的輸出端直接接P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 (Ql)的柵極，P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(Ql)漏極與第七運(yùn)算放大器(U4B)的同相輸入端和電阻 R6電連接；第七運(yùn)算放大器(U4B)的負(fù)相輸入端同時(shí)與電阻溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管(Q2) 的源級(jí)電連接，第七運(yùn)算放大器(U4B)的輸出端直接與N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管(Q2)的柵極電 連接，N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管(Q2)的漏極接第二電流方向選擇開關(guān)(5)的輸入端(S2B)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過單片機(jī)控制的用于星載電場(chǎng)儀中的數(shù)控恒流源裝置，包括恒流源控制電路與電流方向選擇開關(guān)電連接，該恒流源控制電路輸出的電流方向控制端同時(shí)與第一電流方向選擇開關(guān)和第二電流方向選擇開關(guān)電連接；第一電流方向選擇開關(guān)與正向恒流源電路電連接，第一電流方向選擇開關(guān)與負(fù)向恒流源電路電連接；正向恒流源電路與第二電流方向選擇開關(guān)電連接，負(fù)向恒流源電路與第二電流方向選擇開關(guān)電連接，第二電流方向選擇開關(guān)的輸出端接負(fù)載。該數(shù)控恒流源裝置根據(jù)單片機(jī)輸出指令，輸出對(duì)應(yīng)的恒定直流電流，其電流最小達(dá)nA量級(jí)；電流方向由控制信號(hào)確定，實(shí)現(xiàn)正負(fù)方向的恒流輸出，且對(duì)負(fù)載的阻抗變化承受力強(qiáng)，電路規(guī)模小，便于在空間環(huán)境中使用。
文檔編號(hào)G05B19/042GK101872206SQ200910082660
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者于世強(qiáng), 劉波, 姜秀杰, 滿峰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心