一种高精度恒流源的设计与分析

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浅谈高精度可调恒流源的设计

恒流源在现代检测计量领域中发挥了极其重要的作用。

在浙江虎王公司开发的“线缆自动化检测设备”系统中，恒流源是重要的组成部分。

只有开发出精度高、输出功率大、可调范围广的高精度恒流源，“线缆自动化检测设备”才能满足“精准、快速、智能地检测各类线缆”的技术要求。

因此，本文着重探讨该系统中高精度可调恒流源的设计问题。

一、系统设计高精度可调恒流源主要由两部分组成：一是电流源主电路，二是控制电路。

其中主控电路主要由两块场效应管产生输出所需的大电流，控制电路主要由ＰＷＭ控制芯片ＳＧ３５２５及运放构成闭环负反馈。

系统结构图如图１所示。

图1恒流源主电路由整流滤波、ＭＯＳ管驱动、电流输出等三部分电路模块组成。

其中ＭＯＳ管驱动电路如图２所示，图中开关管Ｑ１、Ｑ４是电压驱动全控型ＭＯＳＦＥＴ，具有输入阻抗高、驱动电路简单、驱动功率小、开关速度快及安全工作区大等优点。

半桥式逆变电路一个桥臂由开关管Ｑ１、Ｑ４组成，另一个桥臂由电容Ｃ６、Ｃ９组成。

通过调节开关管的占空比，就能改变变压器二次侧整流输出平均电压Ｖｏ，经全波变换和电感去噪后，对外输出电流。

图2场效应管选择２ＳＫ２６４８型芯片，它的最大漏极电流９　Ａ，最大功耗１５０Ｗ。

由于流过场效应管的电流较大，场效应管的发热比较严重，为保证恒流源的可靠工作，可以给场效应管加装合适大小的散热片。

恒流源控制电路由信号采样、比较放大、ＰＷＭ控制、推挽等电路模块组成，是稳定恒流输出、提高调节精度的关键所在，控制环节的好坏直接影响电路的整体性能。

如图３所示，本设计采用以ＳＧ３５２５芯片为核心的恒频脉宽调制控制方式。

ＳＧ３５２５芯片的脚５和脚７间串联一个电阻Ｒｄ，可以在较大范围内调节死区时间。

ＳＧ３５２５的振荡频率可表示为：式中ＣＴ，ＲＴ分别是与脚５、脚６相连的振荡器的电容和电阻，Ｒｄ是与脚７相连的放电端电阻值。

取值分别为浅谈高精度可调恒流源的设计文/高建强李　博1(0.73)sT T dfC R R=+ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ812011 3ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ2011 382２２００ｐ、１０ｋ、１５０，即频率为６１ｋｈｚ。

基于单片机的高性能数控恒流源设计与实现

基于单片机的高性能数控恒流源设计与实现作者：夏桂书来源：《数字技术与应用》2013年第04期摘要：基于高性能恒流源在现代智能检测领域的广泛应用，论文设计了一种具有高精度和高稳定性的数控恒流源。

通过键盘输入设定输出电流值，由AT89C51编程实现控制和显示，利用DAC转换输出模拟电压，再由运放OPA340控制达林顿管TIP132输出电流。

反馈电阻上的电压值由A/D转换送至单片机处理，单片机再对输出电流进行实时调整，使电流更加稳定。

实测结果表明：本系统在输出电流为10mA～2000mA的范围内，绝对误差为1mA，在50mA以上输出时偏差小于1%，负载调整率优于0.1%。

关键词：数控恒流源单片机 OPA340 TIP132 DAC7512中图分类号：TM932 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0002-02电源技术作为一门工程技术，有着极强的实践性与广阔的应用领域[1]。

当今，电子设备被广泛应用于生活与工作中，而其供电电源质量也直接影响着电子设备的运行质量。

其中恒流源是指为负载提供恒定电流的电源，它被广泛用于精密测量、半导体器件性能测试、传感器供电、产生稳定磁场等，有着较为广阔的发展前景[2]。

本文使用AT89C51作为控制核心，使用软、硬件两种反馈调节方式，使其输出电流具有较高的准确性和稳定性。

1 系统原理介绍本设计可分为单片机系统部分、A/D转换电路、D/A转换电路、恒流电路等几部分组成。

AT89C51通过D/A转换芯片输出设置电流值对应的电压值[3]，经运放OPA340控制达林顿管TIP132输出电流。

电流反馈电阻上的电压值由A/D转换芯片交至单片机分析处理，单片机再对输出电流进行实时调整，使电流更加稳定[4]。

系统原理框图如图1所示。

2 硬件设计2.1 单片机系统单片机系统是该恒流源的核心模块，包括AT89C51单片机、振荡电路、复位电路等[5]。

主要负责读取键盘输入、电流值设设定、控制输出电流、控制LCD显示内容等。

基于单片机的恒流源设计

晶振电路电容选择的原则
（1）C1，C21，因为每一种晶振都有各自的特性，所以最好按制造厂商所提供的
数值选择外部元器件。
（2）在误差允许的区域内，C1和C2值都是越小，实现的功能就越精确，如果C1和C2值比正常数值大时，可能会使振荡器更加稳定，可是也会增加响应的时间。
TLC5615芯片的结构框图与特点
场效应晶体管作为主要组成部件的恒流电路，如图2所示。Rg1、Rg2分压，稳定G点电位。由于MOSFET的G电压被钳位.当流过MOSFET的电流有增大的趋势时，负反馈电阻上的压降增大，使MOSFET截止趋势增加，电流下降。同样的当流过MOSFET的电流有减小的趋势时，负反馈电阻上的压降降低，使MOSFET导通趋势增加，电流升高，从而达到恒定输出的作用。具体恒流输出Id如下：
图9：Urst电压时间曲线。
在本设计中采用了按键复位和上电复位的两种模式（如图8所示）上电复位完成系统初始化，同时增加的手动按键复位可以方便调试使用。
在单片机最小系统里晶振的作用是给单片机输入时钟信号，这个时钟信号就是单片机的工作速度。单片机工作的最小时间计量单位就是由这个晶振决定的。
图10晶振电路
基于单片机的恒流源设计
基于单片机的恒流源设计
摘要
恒流源在日常生活中扮演着重要的角色，很多电子设备需要做恒流源。恒流源的用途很丰富，它能够在脉冲或者差动放大电路中产生作用，同样也能够作为它的有源负载，又可以提供给放大电路偏流用来使它的静态功能工作点处于稳定。
---（1）
---（2）
---（3）
（1）晶体管恒流电路优点：无特殊的元件使得设计简单而且可行性较高，电流输出可以通过Rs控制。
（2）晶体管恒流电路优点：元器件本身差异造成不同管子的晶体管节电压Ube差距较

高精度程控恒流源系统设计

恒流源是电气系统中不可缺少的．它要求输出稳定、可控的电流，且对精度的要求也越来越高，原本由开关达林顿电路、开关电源等模拟电路实现的恒流源已经不能满足要求本系统基于自动控制中的闭环反馈原理．通过单片机对模数转换器采集的采样电阻反馈信号．再运用控制算法实时跟踪反馈信号来同步调节数模转换器输出调节电压．从而实现对输出电流的精确控制。本系统可以实现输出电流范围在１０ｍＡ至２０００ｍＡ、步进为ｌｍＡ的恒流源。在不同负载情况下，输出电流变化的绝对值小于或等于输出电流值的０．１％＋，一ｌｍＡ。本系统可以在工业或实验系统中作为恒流源使用由图可知：根据运放特性可得：＝
（ＷｕｈａｎＲａｉｌｗａｙＶｏｃａｔｉｏｎａｌａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，ＷｕｈａｎＨｕｂｅｉ，４３００２３，Ｃｈｉｎａ）
【Ａｂｓｔｒａｃｔ］ＡｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｗｈｉｃｈｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆＭＯＳＦＥＴａｎｄｐｒｅｃｉｓｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌａｍｐｌｉｉｆｅｒｓ，ｕｓｅｄ８９Ｃ５５ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｓＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
０职校论坛。

一种新型高精度高温度稳定性恒流源研究

一种新型高精度高温度稳定性恒流源研究作者：姜洪雨来源：《现代电子技术》2008年第14期摘要：研究一种应用混合集成电路技术实现的新型高精度和高温度稳定性的恒流源，以适应当前系统对恒流源高精度、高温度稳定性和较大电流的需求。

在详细分析电路结构和工作原理的基础上，讨论如何提高电路的精度和温度稳定性，并给出具体的解决方案，对关键部分给出了设计电路图，最后对采样电阻的设计和布线艺术给出了合理的方案。

投片测试分析表明：该设计安全可靠，达到高温度稳定性和高精度设计目标。

该电路具有较小的体积和较好的性能，满足型号系统的要求。

灵活的设计方式使其具有较好的使用价值和应用前景。

关键词：恒流源;电压基准;采样电阻;温度稳定性;误差放大器;温度补偿(Xi′an InstituteAbstract：Using the hybrid integrated circuit technology,a new type of constant current source with high[CD2]precision temperature stability to accommodate current constant current source of high accuracy,high temperature stability and larger current demand is studiedIn a detailed analysis of the structure and working principle circuit on the basis of circuit discussed how to improve the accuracy and temperature stability,and specific solutions are given on the key part of the design schematics,sampling resistor on the final design and layout art is a reasonable optionVote[CD2]test analysis show that:the design is safe,reliable,high temperature stability and achievehigh[CD2]precision design goalshe circuit has a smaller size and better performance to meet theKeywords：constant current source;voltage reference;sampling resistance;temperaturestab模拟电路里广泛包含基准源，且在许多系统电路里都是关键部件，它的电气特性将直接影响到整个系统的电气特性。

高精度4-20mA恒流源电路的设计

高精度4-20mA恒流源电路的设计[摘要] 4-20mA电流输出,在远程智能工业控制中占有重要的地位。

本设计提出的高精度可编程恒流源系统,以STC89C52单片机、AD421数模转换器为核心,经分析、处理后,可实现高精度的恒流输出,以为工业设备校准提供精密参考信号。

[关键词] 4-20mA电流恒流源AD421 单片机高精度1.引言恒流源是能够向负载提供恒定电流的电源,现代电子技术的广泛应用,促进了对恒流源的需求。

例如高精度恒流源在为智能仪器仪表的检测和为工业设计提供精密参考信号发挥了很好的作用。

本设计,提出了一种廉价的高精度可编程恒流源的设计方案,使用单片机作为系统的控制核心,通过16位电流输出型DA 转换器AD421输出电流信号。

在实际测试中,恒流输出精度表现出色,达到了设计得要求。

本设计具有如下优点:(1)电流可以由用户自行调整,并通过液晶显示器与用户交互;(2)经过软件校正后,电路线性相对较好, 精度可达到±1uA;(3)电路简单, 容易实现;(4)可用于对防爆有特殊要求的工业现场。

2.系统分析4—20mA可编程恒流源的功能模块图如图1所示。

通过单片机给AD421提供数字信号,经AD421转换后输出4-20mA电流;由于AD421环流输出电路的模拟部分的影响,导致输出电流呈现一定的非线性,本设计通过软件对其进行了校准,使恒流源的精度达1uA;输出电流大小可由用户通过键盘自由设定,并通过液晶显示出来;且由于单片机和AD421之间通过光耦合实现了隔离,使其可用于对防爆有特殊要求的工业现场。

3.基于AD421的主硬件电路设计AD421是美国ADI公司推出的一种单片高性能数模转换器。

它由电流环路供电,16位数字信号以串行方式输入,4-20mA电流输出。

本质上来说,AD421提供了三个功能:将来自微处理器的数字函数变为模拟函数;用作环电流放大器;提供将环流作为能源的稳定的工作电压调节器。

以AD421为核心的主硬件电路的设计如图2所示。

高精度宽范围恒流源设计

高精度宽范围恒流源设计吴茂成(苏州大学物理科学与技术学院,江苏苏州215006)摘要:设计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精度恒流源电路,其输出电流范围为1 A~1A。

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:该电路精度高、稳定性好,输出电流精度相对误差的最大值为0.152%,输出电流稳定性误差的最大值为0.047%。

关键词:恒流源;高精度;运算放大器;反馈中图分类号:T M933 文献标识码:B文章编号:1001-1390-(2011)01-0064-03D esi gn of a H i gh-precision W i de-range Constant-current SourceWU M ao-cheng(Depart m ent o f Physics Sc i e nce and Techno logy,Soocho w Un i v ersity,Suzhou215006,Ji a ngsu,Ch i n a)A bstract:A w i d e-range high-precisi o n constant-current source i s presented,wh ic h is m a i n l y co m prised o f a vo lt age reference,so m e operational a mp lifiers and a darli n g ton transistor.The range of the circu itry s output curren t va l u e is fro m1 A to1A.The w orking pr i n ciple o f the designed constant-current circu itry is ana l y zed i n details and deduced m athe m atica lly,and the se lective ru les o f the practica l e le m ents are ill u m i n ated.The perfor m ance o f the designed con stant-current source is tested,and the resu lts i n dicate t h at the circu itry cou l d generate a high-prec ision steady cur ren.t The m ax i m al re lati v e error of precisi o n and m ax i m al error o f stab ility of the ou t p ut current are0.152%and0. 047%respecti v e l y.K ey words:constant-current source,h i g h-prec ision,operati o na l a m plifier,feedback0 引言恒流源是指能够向负载提供恒定电流的电源,在金属薄膜电阻率测量、金属丝杨氏模量测量、磁阻效应、光电效应以及光电池特性测量等大学物理实验中应用广泛。

电子设计大赛-高效数控恒流电源

电子设计大赛-高效数控恒流电源高效数控恒流电源摘要随着信息时代的飞速发展，电源设备也逐渐向数字化的方向发展。

电流源可以看作输出电压随着负载而变化，保证负载中的电流恒定不变。

本设计根据题目要求，采用以TI低功耗单片机MSP430F247为核心控制电路，开关电源控制芯片TPS5430作DC-DC变换电路。

该电路系统具有效率高、输出稳定、电流步进小、输出电流纹波小等特点，具有输入过压、输入欠压和输出过压保护功能，在故障排除后并能自动恢复。

本设计采用彩色液晶显示、红外遥控，控制方便且具有环境温度检测和显示时间等功能。

关键词：MSP430F247 TPS5430 高效率彩色液晶红外时钟温度检测目录1.前言 (1)2.总体方案设计 (1)1.1系统框图 (1)2.1方案论证与比较 (1)2.1.1 主控电路CPU选择 (1)2.1.2 恒流源的设计 (1)2.1.3 输出过压保护控制 (2)2.1.4控制电路电源 (2)2.1.5显示模块 (2)3.单元模块设计及理论分析 (2)3.1 DC-DC控制电路 (2)3.1.1．PWM芯片介绍 (3)3.1.2．主电路描述： (3)3.1.3．电路输出及器件参数计算： (3)3.2 AD和DA电路 (4)3.2.1AD采样电路 (4)3.2.2 DA输出电路 (5)3.3 保护模块 (6)3.3.1输入过压和欠压保护 (6)3.3.2输出过压保护及自动恢复 (6)3.4控制电路供电系统。

(7)3.4.1 CLM7660正负电压转换。

(8)3.5人机互换显示控制 (8)3.6 其它 (9)4.提高效率(加入功耗计算各模块，各芯片器件功耗) (9)5.程序设计 (10)6.系统测试 (12)6.1测试方案 (12)6.2测试环境和仪器 (12)6.3测试数据 (12)7．总结 (13)9．参考文献 (13)1.前言现今社会，电源设备智能化、数字化已成为人们追求的一种趋势，电源设备的性能备受人们的关注，尤其是效率和稳定性。

高精度恒流源的设计与制作_米卫卫.pdf

电子测试Dec. 2012 2012 年12月第12 期ELECTRONIC TEST No.12高精度恒流源的设计与制作米卫卫，杨风，徐丽丽（中北大学信息与通信工程学院太原市030051）摘要：恒流源在现代检测计量领域中发挥了极其重要的作用。

通过对恒流源的工作原理和设计方法进行研究，对现有的恒流源设计方案进行对比，设计出毫安级高精度可调恒流源。

电路由基准电压源、比较放大器、调整管、采样电阻等部分构成，具体的工作过程：通过采样电阻把输出电流转变成电压，反馈给比较放大器输入端，再与基准电压相比较，放大器把误差电压放大后去控制调整管的内阻对输出电流进行调整、维持输出电流恒定。

采用基本没有温度漂移的精密电阻作为采样电阻，功率达林顿管作为调整管，实现高精度的目的。

比较放大器的输入电压可调，从而实现恒流源的可调。

用高精度电流表对输出电流进行检测，实现对恒流源输出进行实时监测。

此次所设计的恒流源具有精度高、结构简单、工作稳定、操作方便、成本低廉等优点。

关键词：恒流源；高精度；可调中图分类号:TP277文献标识码: AHigh precision constant current sourcedesign and productionMi Weiwei，Yang Feng，Xu Lili（Northern University of China，College of Informational and Communicating Engineering，Taiyuan 030051）Abstract:Constant-current source in the metrology area in modern detection plays a very important role.Through the constant current source of working principle and design method of the existing study, constant current source design schemes are compared, design a precision adjustable constant-current source.Circuit voltage source, comparative by benchmark amp- lifier, adjust tubes, sampling resistor etc components, specific work process: the output by sampling resistance, electric flow into voltage feedback to the comparative amplifier input, compared with benchmark voltage again the voltage amplifier, amplifier to control the adjustment tube after adjustment for output current internal, maintain the output current constant. Using basic no temperature drift precision resistor as sampling resistance, power of linton tube as adjust tube, realize high precision purpose. Compare the amplifier's input voltage of adjustable, so as to realize the constant-current source is adjustable. Adopting high precision testing of output current ammeter is to realize constant-current source real-time monitoring output. The design has the constant-current source of high precision, simple structure, stable work, convenient operation, low cost, etc.Keywords:constant-current source；precision；adjustable652012.12Test Tools & Solution0 引言一定的个体差异。

基于STM32的高精度0～24 mA恒流源的设计

ｃｉｒｃｕｉｔ；ｐｏｒｔａｂｌｅ；ｈ培ｈ
ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ
引言当今自动化仪器仪表设备的安装调试与维护，精密电阻的检
针对高精度便携式恒流源的需求，提出了一种基于ｓＴＭ３２的便携式恒流源的设计。该恒流源能够提供高精度的０～２４ｍＡ恒流，在０～２４ｍＡ范围内输出可调，并且该系统稳定性好、精度高、体积小便于携带。
ＵＳＢＰＬＵＧ
ＶＣＣ』ＪＳＢ
）
的时钟速率工作，并与标准ＳＰＩ接口标准兼容，在５Ｖ时的功耗降至１斗Ａ，功耗较低，ＡＤ５０６２的基准电压通过外部ＲＥＦ引脚获得。ＡＤ５０６２的输出电压的变化主要受基准电压源的影响，为了提高稳定性，选用ＲＥＦｌ９２作为ＡＤ５０６２的基准电压芯片，ＲＥＦｌ９２精密带隙基准电压源采用温度漂移曲率校正专利电路，并对高稳定性薄膜电阻进行激光调整，从而实现极低的温度系数和较高精度。为了提高系统的稳定性，防止系统出现电路故障，由ＳＴＭ３２的ＡＤｃ分别对电池电压ＶＢＡＴ、ＳＴＭ３２供电电压３．３
医司
图１系统总体设计框图收稿日期：２０１３—１０—２２收修改稿日期：２０１４—０６一１８
万方数据
第１ｌ期是系统人机界面的重要组成部分。
徐巧玉等：基于ｓＴＭ３２的高精度０～２４ｍＡ恒流源的设计
３５
稳定、功能完备、成本低，是开发小型控制系统核心控制芯片的首选。４。在系统中主要负责控制Ａ／Ｄ转换芯片为Ｖ—Ｉ电路提供输入电压、控制人机交互界面和系统电压监测。ＳＴＭ３２通过ＦｓＭｃ与液晶模块连接，实现人机交互。根据恒流源需求，通过ＳＰＩ总线控制ＡＤ５０６２为Ｖ—Ｉ电路提供输入电压。当设定输出电流时，ＳＴＭ３２通过改变寄存器的数据来控制ＡＤ５０６２的输出电压。ＡＤ５０６２是一款单通道、全精度、１６位、无缓冲电压输出ＤＡＣ，最大积分非线性误差（ＩＮＬ）为１１５Ｂ，该器件采用多功能三线式串行接口，能够以最高３０

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90
光学精密工程
4卷
Table. 2 Simulation results of circuit perf ormance versus compensation parameters
cho sen zero frequency ( kHz) 10 15 20 30 40 50 60 70 80
cr ossing frquency ( kHz)
表 2 说明, 随着引入的零点频率增高, 增益余度加大, 但开环截止频率降低, 而相位余度具有极值点。为确保回路稳定并赋予其良好的动态性能, 应保留较大的稳定余量。取相位余度 45°, 增益余度 20 dB, 则 40～60 kH z 的零点均可满足要求。现取 40 kH z, 以获得最大带宽。
G3( s) =
150( 1 + 5. 5 × 10- 9s + 6. 9 × 10- 18s2) 1 + 9. 1 × 10- 7s + 10- 15s2
G 4( s) 为复合调整管 T 5、T 6 的传递函数, 它们均工作于共集组态, G 4( s) ≈ 1 。 F( s) 为反馈系数, 设给调整管保留 4 V 的最小压降, 则有 7/ 11 < F ( s) < 1 , 取 F ( s) =
1 引言
随着电子技术向各个领域的渗透, 许多场合, 尤其是高精度测控系统需要高精度的电压源与电流源。微电子工艺的高度发展, 给我们提供了许多小型化、集成化的高精度电压源, 但电流源, 特别是工作电流大的高精度电流源仍需使用者自行设计实现。本文借助于高精度电压源和闭环反馈, 设计一种负载悬浮的高精度恒流源, 并分析研究其精度、温度特性、频率特性和稳定性补偿问题。
G - 0. 4×10- 6 - 1. 5×10- 6
V os 1. 2×10- 5 3. 6×10- 5
X 10- 6 1. 4×10- 5
I os 1. 2×10- 8
6×10- 8
IB 3×10- 8 1. 3×10- 7
ZC 0. 8×10- 9
由表 4, 输出电流相对误差 Et<yp 1. 310- 5, Em<ax5×10- 5 表 4 同时说明, 由于回路增益很高, 输出电流的误差主要取决于误差检测放大器 IC2 的输入失调电压 V os 和共模抑制比 X , 这就为进一步提高输出电流的精度指明了方向。
6期
李宏生等: 一种高精度恒流源的设计与分析 91
Fig . 4 Equivalent model of the constant curr ent source
令 IC2 内部有效差动输入电压即 Zd 两端压降为 ed, Z0 = 60 8 相对于后级差放的输入阻抗足以忽略, 则有:
6期
李宏生等: 一种高精度恒流源的设计与分析 89
3 回路的稳定性分析与补偿
注意到 IC2开环工作, 回路增益很高, 这是高稳态精度的要求。高增益回路的稳定性尤为重要, 必须具有较大的稳定余量以保证在元件参数或环境条件变化时回路可靠稳定。为此有必要建立回路的传递模型, 分析其稳定性并确定补偿参数。
LV
LV / ℃
nA
pA / ℃
nA
pA / ℃ M 8 V / m V bB
G8
typ
85
0. 5
1. 6
12
2. 2
18
33
4 00
1 20
1 20
max / min* 250
1. 8
8. 050Fra bibliotek9. 0
50
8*
1 00 *
97 *
92
光学精密工程
4卷
item typ l im i t
Table. 4 Quiescent relative error
F ig . 1 Schemat ic diagr am o f the co nst ant cur rent so ur ce
线路要求 IC2具有高开环增益, 高共模抑制比, 高输入阻抗, 宽频带, 低失调和漂移。但宽频带与低漂移是矛盾的, 权衡利弊, 以漂移较为重要。选用高精度运放 OP - 07, D 2、D 3对 IC2作输入保护, R 3对 IC2作输出保护。
V ref X
)
IL =
V0 Rs
+
I=
(1-
1 G
)
R1s( V os
+
V ref +
V r ef X
)
+
1 2
Ios
+
IB+
V ref ZC
( 1)
理想输出电流 I I =
V re f Rs
相对误差
E=
IL
II
II
=
-
1 G
+
( 1-
1 G
)
V os V ref
+
( 1-
1 G
)
1 X
+
I osRs 2V ref
+
I BRs V r ef
+
Rs Zc
表 3 列出了 IC2 各项参数的典型值的极限值, 相应地, E各项的典型值和极限值列于表 4。
Table . 3 Parameters of IC2
paramet er V os
dV os dt
I os
dI os dt
IB
dIB dt
Zd
A
X
Zc
unit s
图 3 为补偿后回路的开环频率特性。中频区域较宽, 相频特性平坦, 预示着回路动态性能良好, 补偿效果理想。
4 输出电流精度与温度特性分析
温度是影响电子线路主要环境因素, 其表现是使线路参数漂移, 对高精度线路的影响尤为严重。在多级线路中, 又以第一级的温度漂移最为重要, 为此, 以 IC2 的线性参数模型代替 IC2, 以增益 G2G3G4 代替差动放大器和调整管, 得图 1 的等效模型图 4, 以比分析输出电流的静态误差及其温度特性。
V 0 = - A ed G2G3 G4F
又: V 0 = V ref + E 1 + E2 + ed
∴ ed ≈-
1 G
(
V
os
+
V ref +
V ref X
)
其中 G = A G2G 3G4F 为静态回路增益。
实际输出电流
V0 =
(1-
1 G
)
(
V os
+
V ref +
phase marg in( °)
23. 8 39. 3 47. 3 54. 2 55. 5 53. 3 50 44. 1 41
gain mar g in( dB)
7 11. 5 14 18 21 23. 5 25 27 28
o pen-loo p unit y-g ain
410 327 273 208 164 138 125 111 105
2 电路组成与工作原理
图1为恒流源线路原理图。其中 Z 为高精度电压基准, IC1向 Z 提供恒定工作电流, 采样电阻 R s 将恒流源输出电流变换为电压, IC2检测这一电压与基准电压之差并加以放大, T 1、T 2组成差动放大器将放大倍数进一步提高, 同时进行电平移位, T 3 、T 4组成镜像电流源对 T 1、T 2 作恒流偏置, T 5、T 6组成复合调整管以提供较大的输出电流, RL 为悬浮负载。
摘要介绍一种负载悬浮的高精度恒流源, 详细阐述其电路组成与工作原理, 分
析研究电路的温度特性、频率特性和稳定性补偿问题, 寻求最佳补偿参数。线路输出电流幅值精度高, 温度稳定性好。所有参数均已经过调试, 可以直接使用。
关键词: 恒流源; 稳定性; 温度特性; 频率特性
2/ 3 。
G ( s) =
(1+
2. 64 × 106 ( 1 + 5. 5 × 10- 9s + 0. 106s) ( 1 + 0. 265 × 10- 6s) ( 1 +
6. 9 × 10- 18 s2) 9. 1 × 10- 7 s + 10- 15s2)
图 2 为未补偿回路的开环频率特性, 显然是不稳定的, 中低频段近似于一二极点系统, 要
T 1和 T 2、T 3和 T 4均要求特性匹配, 选用 R CA 的集成晶体管阵列 CA 3183, CA 3183内含五个 N P N 管, 对管匹配0. 5 mV 和0. 8 LA 。R 4、R 5用于改善温度特性, Z1、Z2为反向串接稳压管, 用作 T 1的输入保护, 输出取自同相端。
R8 、C3是回路的稳定性补偿网络。 T 5取自 CA 3183内, R9 用于改善 T 5 的工作点, T 6 取国产高频大功率管3D A 122, 集电极最大电流700 mA , 额定功耗5 W 。采样电阻与基准电压同等重要, 选0. 1% 高精度电阻, 温度稳定性5 ppm/ ℃。各电阻取值见表1。D1 、D 2、D3 为硅开关管1N 4148, C1、C2 均为0. 1 LF, Z1、Z2 击穿电压4. 3 V。
G3( s) =
( R6 +
ZL ( g 2Z1 + Z1) + S ( R6 +
SR 6C′+ SR 6C′g2 Z1) ZL ) C′Z1 + SR6 C′( 1 +
g2 Z1) ZL
其中 g 2 为 T 2 的跨导, ZL 为 T 2 的集电极负载。
Z1 =
R″ 1 + S R″C″