图2.1.3.7差动恒流源
2.2 总结各种恒流源特点
①由晶体管构成的恒流源 ,广泛地用作差动放大器的射极公共电阻 ,或作为放大 电路的有源负载 ,或作为偏流使用 ,也可以作为脉冲产生电路的充放电电流 ,由于晶 体管参数受温度变化影响 ,大多采用了温度补偿及稳压措施 ,或增强电流负反馈的深 度以进一步稳定输出电流 .
②场效应管恒流源较之晶体管恒流源 ,其等效内阻较小 ,但增大电流负反馈电
阻 ,场效应管恒流源会取得更好的效果 .且无需辅助电源 ,是一个纯两端网络 ,这种工作方式十分有用 ,可以用来代替任
意一个欧姆电阻 .通常 ,将场效应和晶体管配合使用 ,其恒流效果会更佳 .
③由于温度对集成运放参数影响不如对晶体管或场效应管参数影响之显著 ,由集成运放构成的恒流源具有稳定性
更好 ,恒流性能更高之优点 .尤其在负载一端需接地 ,要求大电流的场合 ,获得了广泛应用 .
④恒流源电路 ,既可以实现双极性控制 ,又可以实现差动控制 ,增强了其使用灵活性 .
2.3恒流源电路在实践中的应用
恒流源是能够向负载提供恒定电流的电源 ,因此恒流源的应用范围非常广泛 ,并且在许多情况下是必不可少的。例如在用通常的充电器对蓄电池充电时 ,随着蓄电池端电压的逐渐升高 ,充电电流就会相应减少。为了保证恒流充电 ,必须随时提高充电器的输出电压 ,但采用恒流源充电后就可以不必调整其输出电压 ,从而使劳动强度降低 ,生产效率得到了提高。恒流源还被广泛用于测量电路中 ,例如电阻器阻值的测量和分级 ,电缆电阻的测量等 ,且电流越稳定 ,测量就越准确。恒流源的设计方法有多种 ,最简单的恒流电路是 FET或恒流二极管 ,但其电流值有限且稳定度也较差。分别论述线性恒流源、开关恒流源和集成稳压器恒流源电路的结构原理及特点。
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2.3.1采用集成运放构成的线性恒流源
电路构成如图2.3.1所示 ,两个运放 (一片 324)构成比较放大环节 , BG1、BG2三极管构成调整环节 , RL 为负载电阻 , RS为取样电阻 , RW为电路提供基准电压。工作原理 :如果由于电源波动使 Uin降低 ,从而使负载电流减小时 ,则取样电压 US必然减小 ,从而使取样电压与基准电压的差值 (US- Uref)必然减小。由于 UIA为反相放大器 ,因此其输出电压
Ub=(R5/R4)×Ua 必然升高 ,从而通过调整环节使 US升高恢复到原来的稳定值 ,保证了 US的电压稳定 ,从而使电流稳定。当 Uin升高时 ,原理与前类同 ,电路通过闭环反馈系统使 US下降到原来的稳定值 ,从而使电流恒定。调整 RW,则改变 Uref,可使电流值在 0～ 4A
之间连续可调。
IL=R2×Uref/[(R2+R3)×RS]
图2.3.1 采用集成运放的线性恒流源
2.3.2采用开关电源的开关恒流源 电路构成如图2.3.2所示。 BG1为开关管 ,BG2为驱动管 , RL 为负载电阻 , RS为取样电
阻 , SG35 24为脉宽调制控制器 , L1、E2、E3、E4为储能元件 , RW提供基准电压 Uref。
图2.3.2采用开关电源的开关恒流源工作原理 :减小开关器件的导通损耗和开关损耗是提高电路效率的关键。为此 ,器件选择饱和压降小、频率特性好的开关三极管和肖特基续流二极管。
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图 2.3.2 采用开关电源的开关恒流源
扼流圈 L1的磁芯上再绕一个附加线圈 ,利用电磁反馈降低开关三极管的饱和压降 ,并采用合理的结构设计 ,使电路的分布参数得到有效的控制。
当电源电压降低或负载电阻 RL 降低时 ,则取样电阻 RS 上的电压也将减少 ,则SG3524的 12、13管脚输出方波的占空比增大 ,从而使 BG1导通时间变长 ,使电压 U0回升到原来的稳定值。 BG1关断后 ,储能元件L1、E2、E3、E4保证负载上的电压不变。当输入电源电压增大或负载电阻值增大引起 U0增大时 ,原理与前类同 ,电路通过闭环反馈系统使
U0下降到原来的稳定值 ,从而达到稳定负载电流 IL 的目的。 2.3.3采用集成稳压器构成的开关恒流源
电路构成如图2.3.3所示。MC7805为三端固定式集成稳压器 ,RL 为负载电阻 ,RW为可调电阻器。
工作原理 :固定式集成稳压器工作在悬浮状态 ,在输出端 2和公共端 3之间接入一电位器 RW,从而形成一固定恒流源。调节RW,可以改变电流的大小 ,其输出电流为 :IL=( Uout/RW) +Iq式中 Iq 为 MC7805的静态电流 ,小于 10m A。当 RW较小即输出电流较大时 ,可以忽略 Iq。当负载电阻 RL 变化时 ,MC7 8 05用改变自身压差来维持通过负载的电流不变。
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图2.3.3 采用集成稳压器构成的开关恒流源采样电位器
RW 的确定 :RW 的值可由 RW=Uout/IL 确定。因 Uout=5 V,IL=0.5～ 2A,因此确定的
取值范围为2.5～ 10Ω。
输出电压和负载变化范围的确定 :根据设计要求 ,本例的输出电压 U0=10V。由于恒流源的输出电流可调范围为 0.5～ 2A,因此相应的负载变化范围为 5～ 20Ω。
以上几种恒流源结构简单 ,可靠性高 ,调整方便 ,在科研中已得到了应用。其中线性恒流源适用于蓄电池的恒流放电 ,开关恒流源适用于蓄电池的恒流充电 ,集成稳压器构成的恒流源适用于电阻测量等。
2. 4单片机控制的数控直流恒流源
采用凌阳16位SPCE061A单片机。此单片机功能较强、兼容性好、性价比高；具有体积小、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗小以及具有较高的数据处理和运算能力，系统最高时钟频率可达49MHz，运行速度快；详细软硬件设计,系统的系统框图如图2.4.1，
系统工作原理为：当有键盘按键对电流值进行预置时，SPCE061A单片机把所预置的数
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值送到液晶显示器显示，同时作为电流源的给定值，并输出相应的数字信号，通过D/A转换，使数字信号变成模拟电流信号，此电流信号经I/V模块转换成相应的电压信号，此电压信号经过压控恒流元件场效应管IRF640来产生相应的电流值，场效应管的漏极电流即为恒流源的实际输出电流。场效应管的漏极电流近似于源极电流，源极电流经过采样电阻后转化为电压信号，凌阳SPCE061A单片机采集此信号,作出相应的调整处理后输出显示，作为电流源的自测表的输出值。系统的硬件连接图如图2.4.2。
图2.4.2 系统硬件连接图
如图2.4.1，本系统硬件电路主要包括：凌阳SPCE061A单片机最小系统、键盘与显示电路、I-V模块、压控恒流源电路、电源电路等。下面分别说明各个电路模块。
（1）数模、模数转换器设计
根据系统要求计算，D/A最少必须达到11位。凌阳单片机SPCE061A内部集成有两个10位D/A和七路10位A/D可供使用。10位D/A的精度是1/1024，而题目要求输出电流2A的时候步进值为1mA,即精度至少为1/2000。考虑到SPCE061A有两个内部集成的10位电流型输出D/A，若把两个10位D/A并联使用，步进时交替加1或减1，则精度可达到1/2048，即相当于一个11位D/A的精度，完全满足要求，又节约了外部
硬件资源，可大大提高整个系统的性价比。 （2）压控恒流源电路设计
压控恒流源是系统的重要组成部分，它的功能是用电压来控制电流的变化，由于系统对输出电流大小和精度的要求比较高，所以选好压控恒流源电路显得特别重要。
采用如下电路：
电路原理图如图2.4.3所示。该恒流源电路由运算放大器、大功率场效应管Q1、采样电阻R2、负载电阻RL等组成1、硬件设计
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恒流源电路探讨 - 图文
