出;若采用手动输出功能，电流以输入参数的设置来恒定。
【附图说明】
[0023]图1为本发明的组成架构图。
[0024]图2为本发明的恒流电路图。
[0025] 图3为本发明的控制方法流程图。
[0026] 图4为本发明特种恒流源的总电路图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。
[0028] 实施例
[0029] 如图1所示，本发明提供的一种专用于半导体材料高温热电性能测量的特种恒流 源，所述硬件电路包括核心控制电路、基于运算放大器的电流串联负反馈电路、基于M0S管 的恒流源电路、选档电路、基准电压产生电路、ADC转换电路和电流换向电路。
[0030] 如图1所示，所述核心控制电路用于信号的通讯与底层的硬件控制;所述基于运算 放大器的电流串联负反馈电路用于小电流输出，电流输出范围为10uA-lmA;所述基于M0S管 的恒流源电路用于大电流输出，电流输出范围为ImA-lOOmA;所述选档电路，用于才采样电 阻的选取;所述基准电压产生电路，用于可调基准电压的产生;所述ADC转换电路用于采集 电压数据。
[0031] 如图2所示，所述基于运算放大器的电流串联负反馈电路，以U1运算放大器为核 心，U1的正输入端接基准电压产生电路的输出，U1的输出端接被测材料的其中一端，被测材 料的另一端接入电流检测仪器，U1的负输入端接采样电阻R1与电流检测仪器的另一端，而 采样电阻R1的另一端接地。
[0032] 所述基于运算放大器的电流串联负反馈电路输出的电流由基准电压和采样电阻 决定，其电流计算公式为：I_0UT = V_0UT/R1，式中的V_0UT为基准电压，R1为采样电阻。
[0033] 所述基于运算放大器的电流串联负反馈电路输出的电流受基准电压、采样电阻和 运算放大器供电电压影响；由公式I_0UT = V_0UT/R1可知，采样电阻R1不变的前提下，基准 电压V_0UT输出值越小，产生的电流值越小;而基准电压不变的前提下，采样电阻取值越小， 输出的电流就越大;此外，运算放大器输出端的输出电压是有一定限制的，输出值不能超过 运算放大器的供电电压，而运算放大器的输出端电压是由采样电阻与负载电阻串联的阻值 乘以输出电流得到，因此在电流一定的情况下，运算放大器的工作电压越高，可检测的范围 越大。
[0034] 所述基于运算放大器的电流串联负反馈电路的输出电流受运算放大器的限制，电 流输出值有一定的范围，高于10mA电流时，基于运算放大器的电流串联负反馈电路不能完 成恒定电流的输出，所述基于M0S管的恒流源在原理上与基于运算放大器的电流串联负反 馈电路相似，但却不受运算放大器输出电流的影响，完全可以实现1A以上的电流输出。 [0035]如图2所示，所述基于M0S管的恒流源的运算放大器U2正输入端接基准电压，而负 输入端接采样电阻R3，输出端接电阻R2的一端，R2的另一端接M0S管的栅极，M0S管的源极接 采样电路与运算放大器的负端，采样电阻R3的另一端接地，直流电源通过电流检测仪器接 到负载的一端，负载另一端接M0S管的漏极。
[0036]所述基于M0S管的恒流源输出的电流由基准电压和采样电阻决定，其电流计算公 式为：I_0UT = V_0UT/R3，式中的V_0UT为基准电压，R3为采样电阻。
[0037]所述基于M0S管的恒流源输出的电流受基准电压、采样电阻和直流电压影响；原理 与基于运算放大器的电流串联负反馈电路相似。
[0038]本实施例的一种专用于半导体材料高温热电性能测量的特种恒流源总电路图如 图4所示：
[0039]所述基于运算放大器的电流串联负反馈电路由高精度运算放大器0P07和电阻组 成。
[0040] 所述基于M0S管的恒流源电路由运算放大器0P07、rcD4N60大功率M0S管和电阻组 成。
[0041 ] 所述选档电路由2-4译码器74HC139、低导通电阻的TS5A3166芯片和精密采样电阻 组成。
[0042] 所述基准电压产生电路由14位高精度的DAC8311芯片。
[0043] 所述ADC转换电路有16位高精度、可编程的ADC7705芯片组成。
[0044]所述电流换向电路由光耦与继电器组成。
[0045]所述基准电压产生电路与ADC转换电路以SPI的方式与核心控制电路相连。
[0046] 所述选档电路采用的ISL84684芯片与74HC139芯片。
[0047] 所述基于运算放大器的电流串联负反馈电路与基于M0S管的恒流源电路以 ISL84684芯片作为选择开关与基准电压产生电路相连。
[0048] 所述核心控制电路负责底层硬件的控制，控制基准电压产生电路的产生时序和控 制ADC转换的配置。
[0049] 所述基于运算放大器的电流串联负反馈电路和基于M0S管的恒流源电路通过采样 电阻将输出电流转换为电压，并将电压反馈到运算放大器与基准电压比较，从而实现电流 的恒定。
[0050] 所述选档电路用于采样电阻的选择，基于M0S管的恒流源电路的恒流范围为1mA-100mA，档数分为3个，分别是33 Ω、1〇〇 Ω和330 Ω ;而基于运算放大器的电流串联负反馈电 路恒流范围为ΙΟμΑ-lmA，档数分为3个，分别是2ΚΩ、20ΚΩ和200ΚΩ。
[0051 ] 所述基准电压产生电路输出范围为1~4V，增量为0.1 V。
[0052]所述电流换向电路采用光耦控制继电器来完成电流的换向；同时必须管理好控制 信号，不能存在两个方向同时导通的特殊情况，因此需要对控制信号做安全保护，即在换向 过程中，先同时关闭两个方向的通路，然后再打开其中一条通路。
[0053]如图3所示，所述离散增量式PID调节子模块用于稳定基准电压的输出，并逼近于 用户设定的基准电压目标值;所述换向子模块用于硬件电流换向的控制;所述自动切换子 模块用于两恒流源的自动切换与输出电流的自动控制;所述核心控制子模块用于各硬件芯 片的驱动。
[0054]所述离散增量式PID电压调节子模块用于基准电压调节，利用离散增量式PID算法 计算输出值与目标值的偏移量，并加上本次的输出值作为修正后的输出值，作为下一次的 基准电压输出，从而稳定基准电压的输出，并逼近基准电压目标值。
[0055] 所述换向子模块用于判断是否符合换向的要求，若符合换向时间的设定，则将原 控制信号同时拉低，延迟一定时间后，对原控制信号进行取反操作，若不符合换向时间，则 保持原来的控制信号。
[0056] 所述自动切换子模块用于判断是否执行自动输出的功能，若执行自动输出，则实 现两个恒流源的自动切换，电流输出设定在ΙΟμΑ-lmA内，则采用基于运算放大器的电流串 联负反馈电路，电流输出设定在lmA-100mA内，则采用基于M0S管的恒流源电路。
[0057] 所述核心控制子模块以一个大循环作为主体，子模块初始化后，先进行换向电路 的判断;接着是换向控制信号的分离与输出；然后是自动输出的判断，若是采用自动输出， 则自动切换两个恒流源，并自动控制电流的输出，电流是阶段性的恒定;若采用手动输出， 则先选择恒流源电路，即选择输出小电流1 ΟμΑ-lmA，还是选择输出大电流1mA-100mA，手动 输出的电流是以输入参数来恒定的;在恒流源选择后，进行采样电阻的选择，并对采样电阻 的数值进行分离与输出。值得注意的是，选择自动输出后，采样电阻是自动变化的，与用户 输入值无关;接着是将调节后的基准电压数据输出，并产生相应的基准电压值;最后是将 ADC转换电路采集的电压存入寄存器中，为下一次循环准备，ADC转换电路采集的电压数据 为基准电压输出值和采样电阻电压值。
[0058]所述半导体材料高温热电性能测量用的特种恒流源的工作流程如下：
[0059] 1、用户通过按键输入调节参数、换向时间、采样电阻与基准电压目标值；
[0060] 2、通过判断换向时间，判断电路是否需要切换电流的流经方向；若不需要，则保持 原方向不变;若需要，则进行换向的具体操作;无论换向与否，判断后都需要将控制信号进 行分离，并查找相应的操作值，最后输出相应操作值；
[0061] 3、自动输出或手动输出的选择，若选择自动输出，两个恒流源电路自动切换，并实 现输出电流的自动控制;若选择了手动输出，则需要人为选择恒流源电路，并人为设定输出 的电流值，若选择自动输出，则直接跳至步骤5;
[0062] 4、若选择手动输出，判断恒流源电路的选择，若选择基于运算放大器的电流串联 负反馈电路，则输出小电流，范围为ΙΟμΑ-lmA;若选择基于M0S管的恒流源电路，则输出大电 流，范围为ImA-lOOmA;
[0063] 5、读取寄存器中上一次ADC转换得出的数据结果，并通过离散增量式PID算法修正 基准电压这一次的输出值，还要对修正后的基准电压数值进行分离、转换处理，转换成基准 电压产生电路可接受的数据，最后是将数据输出至基准电压产生电路中产生具体的基准电 压；