十个高jing度恒流源电路解析

出处:网络整理 发布于:2021-12-15 17:09:04

    高jing度恒流源电路图(一)

    采用集成运放构成的线性恒流源电路构成如图所示,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)&TImes;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。

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    高jing度恒流源电路图(二)

    一款高jing度恒流源电路如下图所示,在恒流电路与负载之间增设接地回路,这样在负载变化时电流能快速恢复稳定。A1和VT1构成电压/电流转换电路,可将地电平信号转换为后级恒流电路所需要的+15V电平,A2、VT2、VT3等构成标准的恒流电路,R1=R2,则I1=I2。VT5的基极由稳压二极管VS1提供+5V的稳定电压,则VT5的发射极电压不受负载变化的影响,保持为 5.7V。另外,由于共基极电路的发射极输入阻抗低,因此A2与VT2构成的恒流源不受负载变化的影响,处于理想的工作状态。

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    将下图所示的恒流源与开关电路组合,便可得到一个高jing度脉冲发生电路,如图5所示。多个这种电路可构成高jing度D/A转换器。VD2和VD3构成电平移动电路,VD1和VD4是肖特基二极管,构成开关电路。

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    高jing度恒流源电路图(三)

    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,SG3524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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    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。

    采用集成稳压器构成的开关恒流源电路构成如图所示。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10mA。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,MC7805用改变自身压差来维持通过负载的电流不变。

    RW的确定:RW的值可由RW=Uout/IL确定。因Uout=5V,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。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。

    研制仪器需要一个能在0到3兆欧姆电阻上产生1MA电流的恒流源,用UC3845结合12V蓄电池设计了一个,变压器采用彩色电视机高压包,其中L1用漆包线在原高压包磁心上绕24匝,L3借助原来高压包的一个线圈,L2借助高压包的高压部分。L3和LM393构成限压电路,限制输出电压过高,调节R10可以调节开路输出电压。

    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jing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

    硬件设计

    电路中调整管采用大功率场效应管IRF640。采用场效应管,更易于实现电压线性控制电流,既能满足输出电流达到2A的要求,也能较好地实现电压近似线性地控制电流。因为当场效应管工作于饱和区时,漏电流Id近似为电压Ugs控制的电流。即当Ud为常数时,满足:Id=f(Ugs),只要Ugs不变,Id就不变。在此电路中,R2为取样电阻,采用康铜丝绕制(阻值随温度的变化较小),阻值为0.35欧。运放采用OP-07作为电压跟随器,UI=Up=Un,场效应管Id=Is(栅极电流相对很小,可忽略不计)所以Io=Is=Un/R2=UI/R2。正因为Io=UI/R2,电路输入电压UI控制电流Io,即Io不随RL的变化而变化,从而实现压控恒流。同时,由设计要求可知:由于输出电压变化的范围U〈=10V,Iomax=2A,可以得出负载电阻RLmax=5欧。

    介绍了一种由基准电压源、集成运算放大器及复合管等组成的高jing度恒流源电路。详细分析了该电路的工作原理,公式推导证明了设计的正确性,并对实际应用中元器件的选取进行了说明。对所设计恒流源电路的性能进行了测试,测试结果表明,该电路jing度高,稳定性好,输出电流jing度相对误差的值。

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    本系统对电源有较高的要求。设计电源时既要保证电源的高稳定度,也要保证电源能输出大于2A的电流,故本系统采用三级管1264来扩流而且在使用电源时必须充分考虑电源的效率。电源电路如图所示,此电源电路采用了LM317和LM337,其输出电压是连续可调的,输出电压调到为+15V和-15V来供给硬件电路使用,其中-15V的电源是供运放使用的,不需要扩流;而+15V的电源的负载电流要求不低于2A,所以采用三级1264来扩流。另外用LM7805产生+5V的电压供凌阳SPCE061A单片机使用。

    线性恒流源、开关恒流源,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。SPCE061A单片机作为中央控制器,本系统有功能强、性能可靠、体积小、电路简单的特点。本系统小可步进1mA,jing度也比较高。输出电流范围较宽。,硬件部分中采样电阻的热稳定性要较好,硬件中的重心模块为压控恒流源,其重心元件采用场效应管其性能和稳定性均高于三极管。

    恒流源驱动电路负责驱动温度传感器Pt1000,将其感知的随温度变化的电阻信号转换成可测量的电压信号。本系统中,所需恒流源要具有输出电流恒定,温度稳定性好,输出电阻很大,输出电流小于0.5mA(Pt1000无自热效应的上限),负载一端接地,输出电流极性可改变等特点。

    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、恒流性能更高的优点。尤其在负载一端需要接地的场合,获得了广泛应用。所以采用图2所示的双运放恒流源。其中放大器UA1构成加法器,UA2构成跟随器,UA1、UA2均选用低噪声、低失调、高开环增益双极性运算放大器OP07。

    设图2中参考电阻Rref上下两端的电位分别Va和Vb,Va即为同相加法器UA1的输出,当取电阻R1=R2,R3=R4时,则Va=VREFx Vb,故恒流源的输出电流就为:

    由此可见该双运放恒流源具有以下显著特点:

    负载可接地;

    当运放为双电源供电时,输出电流为双极性;

    恒定电流大小通过改变输入参考基准VREF或调整参考电阻Rref0的大小来实现,很容易得到稳定的小电流和补偿校准。

    由于电阻的失配,参考电阻Rref0的两端电压将会受到其驱动负载的端电压Vb的影响。同时由于是恒流源,Vb肯定会随负载的变化而变化,从而就会影响恒流源的稳定性。显然这对高jing度的恒流源是不能接受的。所以R1,R2,R3,R4这4个电阻的选取原则是失配要尽量的小,且每对电阻的失配大小方向要一致。实际中,可以对大量同一批次的精密电阻进行筛选,选出其中阻值接近的4个电阻。


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