文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › 恒流源电路探讨

恒流源电路探讨

恒流源电路探讨
恒流源电路探讨

目录

中文摘要................................................................................................................................

Abstract ........................................................................................................................... 1引言.................................................................................................................................... 2基本恒流源电路................................................................................................................

2.1恒流源基础知识

2.1.1恒流源介绍

2.12恒流源的原理和特点

2.1.3流源的分类\

2.1.

3.1晶体管恒流源

2.1.

3.2场效应管恒流源

2.1.

3.3集成运放恒流源

2.2总结各种恒流源特点

2.3恒流源实际电路设计

2.3.1采用集成运放构成的线性恒流源

2.3.2采用开关电源的开关恒流源

2.3.3采用集成稳压器构成的开关恒流源..............................................................

2.4单片机控制的数控直流恒流源

3结论..................................................................................................................................... 致谢................................................................................................................................

几种简单的恒流源电路

LED节能灯DIY电路图

LED基础知识及恒流恒压电路汇总

第一章引言

随着现代技术的发展,恒定电流源的应用将十分重要,如机器人、工业自动化、卫星通信、电力通讯、智能化仪器仪表以及其它数字控制等方面都迫切需要应用恒定电流器件,因此, 研究和开发恒流器件具有十分重要的意义。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。

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。

本论文主要概括了恒流源的基本概念,并设计出几种不同要求的恒流源,运用了SPCE061A单片机设计出新型数控恒流源,具有高稳定性和高灵敏性。对以往恒流源进行了改进创新。

第二章基本恒流源电路

2.1恒流源基础知识

基本恒流源电路是恒流源电路的基本组成,是分析恒流源电路的基础。2.1.1恒流源介绍

恒流源,是一种能向负载提供恒定电流之电路.它既可以为各种放大电路提供偏流以稳定其静态工作点,又可以作

为其有源负载,以提高放大倍数.并且在差动放大电路、脉冲产生电路中得到了广泛应用. 过一定的论述.然而,对各种恒流电路之对比分析,各自应用特点,以及需要改进的方面,还有待进一步研究,本文就来探

讨这些问题.

2.1.2恒流源的原理和特点

2.1.3恒流源的分类

一般而言,按照恒流源电路主要组成器件的不同,可分为三类:晶体管恒流源、场效应管恒流源、集成运放恒流源 .下

面分别予以说明.

2.1.

3.1晶体管恒流源

这类恒流源以晶体三极管为主要组成器件,利用晶体三极管集电极电压变化对电流影响小,并在电路中采用电流负

反馈来提高输出电流之恒定性.通常,还采用一定的温度补偿和稳压措施.其基本型电路如图2.1.3.1所示.

图2.1.3.1基本型电路图2.1.3.2改进型电路

R1、R2分压稳定B点电位,Re形成电流负反馈,输出电流I0=(Vb-VBE)/Re≈Vb/Re(VB>>VBE) .且其等效内阻[4]为:

rint=rce[1+ βRe(Rb+rbe+Re)] (1)

式中rce为晶体管T集射极间电阻,一般为几十千欧以上;rbe为晶体管T输入电阻,一般为几千欧左右;Rb=R1//R2.若设

Re=5kΩ,Rb=10kΩ,晶体管参数rce=100kΩ, β=100,rbe=2. 6kΩ.可得

rint=100×1+ 100×5/(10+ 2. 6+ 5)=3MΩ

可见,只需几伏的工作电压,采用一个晶体管,其等效内阻是非常巨大的.

为了减小温度变化对晶体管参数的影响进而影响输出电流的恒定性,可采用图2.1.3.2所示改进型电路.图2.1.3.2(a)中,二极

管D作温度补偿,抵销温度变化对晶体管T参数Vbe的影响.为了更好地解决管子温度特性一致的问题,图2.1.3.2(b)中,三极

管T1接成二极管的形式.有时,为了减小电源电压波动对输出电流之影响,图2.1.3.2(c)中采用了稳压管Dz进行稳压.图2.1.3.2(b)

中,流过基准电阻R的电流IR与输出电流I0的关系[1]为:I0/IR

=R2/R1,故又称为比例电流源.若令R1=R2

或都为零,则I0=IR,称为镜像电流源.若令

R1=0,则可得到微安量级的输出电流,称之为

微电流源,主要应用于需要提供微小偏流的场

合.有时,要实现输出电流可控,且极性可正

可负的恒流源,可采用图 2.1.3.3所示电路图

Vi为输入控制电压,三极管T1、T2参数一

致. 当Vi=0时,I1=I2,I0=0;

Vi>0时,I1<I2,I0<0;

Vi<0时,I1>I2,I0>0;

且由图2.1.3.3可得

V+V i - V BE2V-V i-V be1图2.1.3.3 双极性恒流源

I。= 4 I2 = 4

R e R e.

因而I0 =I1-I2= -V i/2R c.可见,输入控制电压Vi实现了对输出电流I0极性与大小的控制.

2.1.

3.2场效应管恒流源

由场效应晶体管作为主要组成器件的恒流电路如图2.1.3.4所示.

图2.1.3.4(a)中,R1、R2分压稳定B点电位,VB=R2·Vcc\(R1+R2)

,而VGS=VB-IDRS, ,根

据公式[5]:

ID=IDSS( 1- VGSVp)*2 (2)

可解得

RS=[Vb+|Vp| ( 1-ID/IDSS)] /ID

式中VP表示为夹断电压,IDSS为饱和漏极电流.也可以去掉电源辅助回路,变成一纯两端网络,电路如图2.1.3.4(b)所示,

由图可得

VGS=-IDRS

图2.1.3.4场效应管恒流源图2.1.3.5改进型对于场效应管恒流源的等效内阻,我们也不难导出

rint=rDS( 1+SRS) ( 3)

式中rDS为场效应管漏源极间电阻,S为其跨导.若设rDS=100kΩ,S=2mA/V,Rs=5kΩ,则rint=1.1MΩ.可见,其等效内阻也

是非常巨大的.另外,从( 1)式与( 3)式还可以看到,将电阻Re或Rs增大,晶体管恒流源内阻则趋于最大值βrce,而场效应管恒流源内阻会趋近于无穷大.由此,采用较大负反馈电阻,场效应管恒流源会取得更好的等效内阻指标.若将场效应管与晶体管配合使用,组成如图 2.1.3.5所示电路,并辅之以温度补偿和稳压措施,则恒流效果会更佳.图2.1.3.5中,设晶体管T2级等效内阻为RS,则

Rs=rce[1+βRe(Rb+rbe+Re))代入公式( 3) ,可求得该恒流电路等效内阻rint=rDS{1+s·rce[1+βRe(Rb+rbe+Re) ]}

≈s·rDS·rce( 1+βRe(Rb+rbe+Re))

可见,其等效内阻进一步增大.

2.1.

3.3集成运放恒流源

若要扩大输出电流的取值范围,采用如图2.1.3.6所示的集成运放恒流源.图2.1.3.6(a)中,稳压管Dz进行稳压,T1栅流极小,输出恒流I0=Vz/R1,只要T2的参数允许,这种电路可输出几百mA以上的稳定电流.有时,需要负载一端按地的场合,电路

如图2.1.3.6(b)所示,输出恒流I0=V2/R2.假定运算放大器能供给5mA以上的基流,晶体管β>100,则I0可以超过500mA.为防止运算放大器和晶体管进入饱和状态影响电路的正常工作,负载RL取值不能过大,该电路适应于小负载大电流的场合 .

图2.1.3.6集成运放恒流源

在某种特殊情况下,需要实现两个电压的差值来控制输出电流,电路如图2.1.3.7所示.很显然

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。

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, B G1、B G2三极管构成调整环节, RL 为负载电阻, R S为取样电阻, R W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U S必然减小,从而使取样电压与基准电压的差值(U S- Uref)必然减小。由于U IA为反相放大器,因此其输出电压U b=(R5/R4)×U a必然升高,从而通过调整环节使U S升高恢复到原来的稳定值,保证了U S的电压稳定,从而使电流稳定。当U in升高时,原理与前类同,电路通过闭环反馈系统使U S下降到原来的稳定值,从而使电流恒定。调整RW,则改变U ref,可使电流值在0~4A 之间连续可调。

I L=R2×U ref/[(R2+R3)×R S]

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。B G1为开关管,B G2为驱动管, R L为负载电阻, R S为取样电阻, SG35 24为脉宽调制控制器, L1、E2、E3、E4为储能元件, R W提供基准电压U ref。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。

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R S 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B G1导通时间变长,使电压U0回升到原来的稳定值。B G1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I L 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R W,可以改变电流的大小,其输出电流为:IL=( Uout/RW) +Iq式中I q 为MC7805的静态电流,小于10m A。当R W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。

图2.3.3采用集成稳压器构成的开关恒流源采样电位器

R W 的确定:R W 的值可由R W=U out/I L 确定。因U out=5 V,I L=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

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

图2.4.3 压控恒流源原理图

电路中调整管采用大功率场效应管IR F640。采用场效应管,更易于实现电压线性控制电流,既能满足输出电流最大达到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I d近似为电压U gs控制的电流。即当U d为常数时,满足:I d=f(Ugs),只要U gs不变,I d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,U I=U p=U n,场效应管Id=Is(栅极电流相对很小,可忽略不计) 所以I o=I s= U n/R2= U I/R2。正因为I o=U I/R2,电路输入电压U I控制电流I o,即I o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,I omax=2A,可以得出负载电阻R Lmax=5欧。

(3)键盘显示电路设计

键盘采用普通的4×4矩阵式键盘,共有16个按键。本系统采用凌阳128×64点阵式SPLC501液晶显示模块。这种显示方式非常直观,用户可以从显示器上看到很友好的界面,而且点阵式LCD的显示内容非常灵活,用户可以同时从显示器上看到汉字提示和两个电流值:其一为预先设定的电流值,即期望值;其二为输出电流的实测值。正常工作时两者相差很小。一旦出现偏差较大的状况,在一定范围内系统能自动调整,使误差满足精度要求。由于SPLC501液晶模组的资料在凌阳大学网站可以下载到,这里不再赘述。

(4)电源电路设计

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2.4.4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。

图 2.4.4

2、软件设计

首先初始化系统,即凌阳SPCE061A单片机系统的初始化,液晶显示器显示欢迎界面"数控恒流源HuaQiao University",D/A 、A/D模块的初始化;系统默认设定值1000mA;然后凌阳SPCE061A单片机便不停地进行键盘扫描,根据扫描得到的键值进行相应地操作,

见图2.4.5主程序流程图。

图2.4.5 主程序流程图

2、测试方法

将各个模块连接,然后进行预设电流值和实际输出电流值对比测试,记录两者之间的偏

差,并进行软件修正。

3、误差测量(单位:mA)

(1)负载为1欧姆

测量数据如表2.4.1。

表2.4.1 负载为1欧姆时的测量数据

预设电流值实际输出电流值绝对误差相对误差%

0 0.0001 0.0001 0 234.0 230.256 3.744 0.41 546.0 541.667 4.333 0.12 702.0 702.333 0.333 0.24 858.0 862.778 4.7788 0.44 1287.0 1295.888 8.888 0.61 1677.0 1675.667 1.333 0.11 1996.8 1995.333 1.467 0.04

(2)负载为5欧姆

测量数据如表2.4.2

表2.4.2 负载为5欧姆时的测量数据

预设电流值实际输出电流值绝对误差相对误差%

0 0.0001 0.0001 0

234.0 232.256 1.744 0.43

546.0 540.667 0.667 0.11

702.0 700.333 1.667 0.24

858.0 861.778 3.778 0.41

1287.0 1294.888 7.888 0.61

1677.0 1674.667 2.333 0.14

1996.8 1997.667 0.867 0.04

(3)负载为10欧姆

测量数据如表2.4.3。

表3.3 负载为10欧姆时的测量数据

预设电流值实际输出电流值标准误差相对误差%

0 0.0001 0.0001 0

234.0 231.256 2.744 0.43

546.0 545.667 0.333 0.12

702.0

701.333 0.667 0.21

858.0

861.778 6.13 0.44 1287.0

1294.888 7.88 0.61 1677.0

1676.667 0.333 0.11 1996.8 1997.333 0.533 0.04

3、目标值测量

测试数据表如表3.4和表3.5,其中为表3.4基本要求部分测试,表3.5为发挥部分

测试。

测试记录中的I 和V 分别为流过负载电阻RL 的实测电流值和RL 两端电压值。如图3.1。

图2.4.6 压控恒流源测试

表2.4.4 基本要求部分测试数据 设计要求 测试项目与指标 测试记录

1 、输出电流范围: 200mA ~ 2000mA 给定值 =200 mA I=200.1 mA ( 当

I=200mA 时给定值 =

199 mA)

给定值 =2000 mA I=1998.7mA ( 当

I=2000 mA 时给定值

=2001 mA)

2 、可设置并显示输出电流给定值,要求输出电流与给定值偏差的绝对值≤给定值

的 1 % +10 mA 给定值 =200 mA I=201.5 mA

给定值 =2000 mA

I=1998.8mA 3 、具有“ + ”、“ - ”步进调

整功能,步进≤ 10mA 1000mA 时,“ + ” 步

进 Δ I=1mA 1000mA 时,“ - ” 步

进 Δ I=1mA

4 、改变负载电阻,输出电压在10V 以内变化时,要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1 %+10

mA 给定值=2000mA

V=2V

I= 1998.9mA

给定值=2000 mA

V=10V

I=1998.3 mA

5 、纹波电流≤ 2mA 给定值=2000 mA

V=10V

Δ I=0.2mA Δ V=1.1mV

6 、自制电源电源输入为220V ,

50Hz 输出电压值: 双电源10 到16V 、+5V

表2.4.5 发挥部分测试数据

设计要求测试项目与指标测试记录

1 、输出电流范围:20mA ~

2000mA

给定值=20mA

I=20.3mA ( 当I=20 mA

时给定值=19mA)

给定值=2000mA

I=1998.9mA ( 当I=2000

mA 时给定值=2002 mA)

2 、步进1mA 1000mA 时,“ + ”

步进

Δ I= 1mA 1000mA 时,“ - ”

步进

Δ I= 1mA

3 、测量误差的绝对值≤测量

值的0.1 %+3 mA

给定值=20 mA I=20.5mA 给定值=2000 mA I=1998.7mA

4 、改变负载电阻,输出电压在10V 以内变化时,要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的0.1 %+1 mA 给定值=2000 mA

V=2V

I= 1999.5mA 给定值=2000 mA

V=10V

I=1998.8mA

4 、纹波电流≤ 0.2mA给定值=2000 mA

V=10V

Δ I= 0.21 mA

第三章结论

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。本系统最小可步进1mA ,精度也比较高.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,硬件中的核心模块为压控恒流源,其核心元件采用场

效应管其性能和稳定性均高于三极管。

主要参考资料:

(1).预测控制工程软件关键技术及其工业应用〉〉赵均李田鹏钱积新 2004-04

(2).南京航空航天大学学报龚春英,沈冬珍 1992年02期

(3) .〈自动控制原理(上、下)〉〉(第二版) 李友善,国防工业出版社,1997-07-01

(4).模型预测控制工程软件关键技术及其工业应用〉〉赵均李田鹏钱积新 2004-04

(5). 精密基准电压源电压的扩展应用任新明 1994年06期

(6). 开关电源电压工作范围自动转换装置的研制童建平,陈伟 1994年11期

(7). 微型数控高压电源的研究董玉振,金德闻,唐锡宽,张济川1994年04期

8). SW3424电源电压监控保护电路的设计与应用龚剑波 1994年05期

(9). IGBT超小型CO_2激光器高频高压开关电源研究滕学顺,张志诚 1994年02期

(10). 用于笛形空心阴极He-Cd~+激光器的稳流电源王兴囡,华恭学 1994年02期

(11). 脉宽调制(PWM)型高压电源的研究张芝涛,郝凤菊,周庆英,崔建广,白希尧 1994年01期

(12). 通信电源的推荐配置及其应用王霄雷 1994年02期

(13). 通信光伏电源简单设计——光电池及蓄电池用量计算汪东翔,董俊,蒋慕蓉 1994年04期

(14). 正弦波脉冲分割电源端换相不间断电源主电路分析许雪生 1994年04期

几种简单的恒流源电路

恒流电路应用的范围很广,下面介绍几种由常用集成块组成的恒流电路。

1.由7805组成的恒流电路,电路图如下图1所示:

电流I=Ig+VOUT/R,Ig的电流相对于Io是不能忽略的,且随Vout,Vin及环境温度的变化而变化,所以

这个电路在精度要求有些高的场合不适用。

2.由LM317组成的恒流电路如图2所示,I=Iadj+Vref/R(Vref=1.25),Iadj的输出电流是微安级的所

以相对于Io可以忽略不计,由此可见其恒流效果较好。

3.由PQ30RV31组成的恒流电路如图3所示,I=Vref/R(Vref=1.25),他的恒流会更好,另外他是低压差稳

压IC。

摘要:本文论述了以凌阳16位单片机为控制核心,实现数控直流电流源功能的方案。设计采用MOSFET和精密运算放大器构成恒流源的主体,配以高精度采样电阻及12位D/A、A/D转换器,完成了单片机对输出电流的实时检测和实时控制,实现了10mA~2000mA范围内步进小于2mA恒定电流输出的功能,保证了纹波电流小于0.2mA,具有较高的精度与稳定性。人机接口采用4×4键盘及LCD

液晶显示器,控制界面直观、简洁,具有良好的人机交互性能。

关键字:数控电流源 SPCE061A 模数转换数模转换采样电阻

一、方案论证

根据题目要求,下面对整个系统的方案进行论证。

方案一:采用开关电源的恒流源

采用开关电源的恒流源电路如图1.1所示。当电源电压降低或负载电阻Rl 降低时,采样电阻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,原理与前类似,电路通过反馈系统使U0下降到原来的稳定值,从而达到稳定负载电流Il的目的。

图 1.1 采用开关电源的恒流源

优点:开关电源的功率器件工作在开关状态,功率损耗小,效率高。与之相配套的散热器体积大大减小,同时脉冲变压器体积比工频变压器小了很多。因此采用开关电源的恒流源具有效率高、体积小、重量轻等优点。

缺点:开关电源的控制电路结构复杂,输出纹波较大,在有限的时间内实现比较困难。

方案二:采用集成稳压器构成的开关恒流源

系统电路构成如图1.2所示。MC7805为三端固定式集成稳压器,调节,

6种最常用恒流源电路的分析与比较

6种最常用恒流源电路的分析与比较 恒流电路有很多场合不仅需要场合输出阻抗为零的恒流源,也需要输入阻抗为无限大的恒流源,以下是几种单极性恒流电路: 类型1: 特征:使用运放,高精度 输出电流:Iout=Vref/Rs

类型2: 特征:使用并联稳压器,简单且高精度 输出电流:Iout=Vref/Rs 检测电压:根据Vref不同(1.25V或2.5V) 类型3: 特征:使用晶体管,简单,低精度 输出电流:Iout=Vbe/Rs 检测电压:约0.6V

类型4: 特征:减少类型3的Vbe的温度变化,低、中等精度,低电压检测 输出电流:Iout=Vref/Rs 检测电压:约0.1V~0.6V

类型5: 特征:使用JEFT,超低噪声 输出电流:由JEFT决定 检测电压:与JEFT有关 其中类型1为基本电路,工作时,输入电压Vref与输出电流成比例的检测电压 Vs(Vs=Rs×Iout)相等,如图5所示, 图5 注:Is=IB+Iout=Iout(1+1/h FE)其中1/h FE为误差 若输出级使用晶体管则电流检测时会产生基极电流分量这一误差,当这种情况不允许时,可采用图6所示那样采用FET管

图6 Is=Iout-I G 类型2,这是使用运放与Vref(2.5V)一体化的并联稳压器电路,由于这种电路的Vref高达2.5V,所以电源利用范围较窄 类型3,这是用晶体管代替运放的电路,由于使用晶体管的Vbe(约0.6V)替代Vref的电路,因此,Vbe的温度变化毫无改变地呈现在输出中,从而的不到期望的精度 类型4,这是利用对管补偿Vbe随温度变化的电路,由于检测电压也低于0.1V左右,应此,电源利用范围很宽 类型5,这是利用J-FET的电路,改变R gs 可使输出电流达到漏极饱和电流I DSS,由于噪声也很小,因此,在噪声成为问题时使用这种电路也有一定价值,在该电路中不接R GS,则电流值变成I DSS,这样,J-FET接成二极管形式就变成了“恒流二极管” 以上电路都是电流吸收型电路,但除了类型2以外,若改变Vref极性与使用的半导体元件,则可以变成电流吐出型电路。

大电流恒流源放电回路及其分析

大电流恒流源放电回路及其分析李冬梅(茂名学院计算机与电子信息学院) 摘要:在经济飞速发展的今天,各种大容量可高倍率放电的电池的需求量越来越多,在使用前,都需要放电测试,而通常的测试设备电流值太小,如何实现大电流恒流放电,同时又经济、安全、可靠,大电流和小电流放电对电路的要求差别很大,放电回路需要重点考虑。本文针对大电流恒流放电回路进行设计,并对其实际问题进行分析。 关键词:恒流源放电 0引言 随着电池使用的迅速增长,对电池产业化生产及产品质量提出了更高的要求。在电子信息时代,对移动电源的需求快速增长,对高容量、大电流工作的电池的需求越来越大。特殊的大容量可高倍率放电的电池的使用也越来越多。因此电池厂也就需要大电流的电池检测设备。本文根据电池的特点,设计了放电电流可达50A的放电电路。此电路经济、实用,简单、安全、可靠。 1恒流放电机理 此电路需要实现的功能是可以稳定的恒流,放电电流范围:1A~50A分200mA级可设置。要实现这两个功能,其组成部分应该有控制回路和放电回路两部分构成。 1.1控制回路放电的方式为恒流放电,根据需要设置电流,根据需要送来的控制数据,对电池放电进行实时控制。电流值从1A到50A可调。要实现50A这么大的电流,考虑管子的选取以及散热的需求,一路放电回路很难实现,因此采用两路并联的放电回路实现,要控制这两路并联的回路,根据显示要求电流并不需要连续可调,可以采用数字电位器9312提供可控的电位给放电回路。 此电路实现的功能是可以稳定的恒流,放电电流范围:1A~50A 分200mA级可设置。要实现这两个功能,其组成部分应该有控制回路和放电回路两部分构成。 如图所示,根据实际需要的设定,控制数字电位器9312向运放TL062提供需要的电位。实现放电电流分级设置,每级为200mA。 1.2恒流放电回路如果恒流放电时的电流不够稳定,对电池的测试有影响,因此恒流源电路采用负反馈恒流源电路,如图所示,由运算放大器、基准电压源和大电流MOS管负载组成,它的电流由基准电压决定,运放电路工作在负反馈放大状态[1]。MOS管工作在放大区。根据需要对电流值进行预制,采用合适的处理器输出相应的数字信号,通过数字电位器的基准电压,压控恒流源输出相应的电流,压控恒流源时闭环负反馈系统,实现恒流,电流需要采样后经A/D转换反馈到处理器,处理器根据反馈信号调整控制信号[2]。使用此种负反馈,实际测试时,放电电流测量准确度可达:±(0.5FS+0.3RD)%,实际电流表读数与显示测量小数点后一位有效数字相同。 此压控恒流源电路采用双运放和两个独立控制的MOS管组成,电流大小由运放的同相输入端决定,因电流较大故采用两组独立工作的电路。在多个电池同时放电时,采用循环采样的方式,采样电池两端的工作电压和两路放电电阻上的电压;电流采用计算的方法获得,采样放电电阻的电压,电流由电压和电阻计算得到,由于电阻的值不一定很一致,可以采用软件校准。采样完成后将数据送回主控制板后对电流进行实时控制。经实验验证,此电路稳定性很好,在50A电流放电时每路的电流都很稳定。 MOS管采用IRF3710,IRF3710参数:R DS(ON)=0.025I D=57A,V GS:±20V[3]。只要采取足够的散热措施,IRF3710完全可以满足需要。要在短时间将电池能量释放出来,对散热设备的设计需要充分考虑。MOS管与散热器之间可以采用导热绝缘的钢片,因为此电路是大电流放电,会在短时间内将电池能量以热能的形式释放,因此在使用时还需要考虑采用风扇散热。 在进行采样设计时,要考虑到两路电路很难做到完全对称,电流采样采用两路分别采样,在10A以下,单路导通,10A以上,两路同时导通。由于电流很大,不能直接采样,需要接采样电阻R13和R28,放电回路的R1和R30的阻值很小,在62mΩ左右,采用鏮铜丝做成,由于此部分不能做到完全一致,因此计算的电流不准,这方面需要通过软件校准。通过软件校准后,工作情况良好,达到实际需要和精度要求。 2结语 此回路采用两个数字电位器实现对放电电流的控制,采用压控恒流源负反馈电路实现大电流放电功能。使用并联回路,如果需要更大电流时,可以再并联恒流源回路。在控制过程中采用需要的处理器,合理设计接口电路和解决散热问题,就可以使用在各种大电流放电的电池检测设备中。 参考文献: [1]崔玉文,艾学忠,杨潇.实用恒流源电路设计[J].电子测量技术.2002年第五期:25-26. [2]李婷婷,李洪波.数控大功率精密恒流源设计[J].通信电源技术.2006年9月.第23卷第5期:35-37. [3]https://www.wendangku.net/doc/4112111258.html,. 至少6头,多至60头以上,随着灌装头数的增加,灌装能力也不断提高,虽然灌装机的头数有多有少,但其基本工作原理是一样的。灌装阀是储液箱、气室(充气室、排气室、真空室等)和灌装容器三者之间的流体通路开关,根据灌装工艺要求,能依次对有关通路进行切换。 2.4真空系统是由真空泵、空气过虑装置和电气控制系统组成。该系统直接影响灌装速度和精度。本机选用了进口真空泵(水环式真空泵),确保了真空系统的可靠性。 真空泵由变频器控制,同时,真空表可随时反映灌装时的真空度,并可通过阀门控制量的大小,待真空泵的负压值达到所需值后,一般真空度保持在0.01~0.06Mpa之间,按下变频器面板上的按钮,灌装机开始转动。 参考文献: [1]刘姗姗,宋秋红.屋顶包饮品纸盒灌装机气动理盖机构的设计研究[J].食品工业.2007.05. [1]Liu Shanshan,Song Qiuhong.Resarch&Development For Spout Applicator of Gable Top Beverage Filler[J].The Food Industry,2007,05. [2]丁毅,贾向丽,李国志.基于ADAMS的润滑脂灌装机的设计[J].包装与食品机械.2007.06. [2]DING Yi,JIA Xiang-li,LI Guo-zhi.The Design of Lubricate Grease Fill Machine Based on ADAMS[J].Packaging and Food Machinery, 2007,06. 图1恒流源放电电路 (上接第255页) 实用科技 256

几种简单恒流源电路1

几种简单的恒流源电路 恒流电路应用的范围很广,下面介绍几种由常用集成块组成的恒流电路。 1.由7805组成的恒流电路,电路图如下图1所示: 电流I=Ig+VOUT/R,Ig的电流相对于Io是不能忽略的,且随Vout,Vin及环境温度的变化而变化,所以 这个电路在精度要求有些高的场合不适用。 2.由LM317组成的恒流电路如图2所示,I=Iadj+Vref/R,他的恒流会更好,另外他是低压差稳 压IC。 摘要:本文论述了以凌阳16位单片机为控制核心,实现数控直流电流源功能的方案。设计采用MOSFET和精密运算放大器构成恒流源的主体,配以高精度采样电阻及12位D/A、A/D转换器,完成了单片机对输出电流的实时检测和实时控制,实现了10mA~2000mA范围内步进小于2mA恒定电流输出的功能,保证了纹波电流小于0.2mA,具有较高的精度与稳定性。人机接口采用4×4键盘及LCD液晶显示器,控制界面直观、简洁,具有良好的人机交互性能。 关键字:数控电流源 SPCE061A 模数转换数模转换采样电阻 一、方案论证 根据题目要求,下面对整个系统的方案进行论证。 方案一:采用开关电源的恒流源 采用开关电源的恒流源电路如图1.1所示。当电源电压降低或负载电阻Rl降低时,采样电阻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,原理与前类似,电路通过反馈系统使U0下降到原来的稳定值,从而达到稳定负载电流Il的目的。 图 1.1 采用开关电源的恒流源 优点:开关电源的功率器件工作在开关状态,功率损耗小,效率高。与之相配套的散热器体积大大减小,同时脉冲变压器体积比工频变压器小了很多。因此采用开关电源的恒流源具有效率高、体积小、重量轻等优点。 缺点:开关电源的控制电路结构复杂,输出纹波较大,在有限的时间内实现比较困难。 方案二:采用集成稳压器构成的开关恒流源 系统电路构成如图1.2所示。MC7805为三端固定式集成稳压器,调节,可以改变电流的大小,其输出电流为: ,式中为MC7805的静态电流,小于10mA。当较小即输出电流较大时,可以忽略,当负载电阻 变化时,MC7805改变自身压差来维持通过负载的电流不变。

最简单地恒流源LED驱动电路

WMZD系列专门为LED照明做温度补偿的电阻,采用热敏电阻补偿法的LED恒流源,具有电路简洁,可靠性好,组合方便,经济实用,适用各种LED头灯,日光灯,路灯;车船灯,太阳能LED庭院灯;LED显示屏等对恒流的需求。是专门针对LED照明出现的由于温度引起的LED PN结电压VF下降,即-2mV/℃,称为PN结的负温效应。该特性在发光应用上是个致命的缺陷,直接影响到LED器件的发光效率、发光亮度、发光色度。比如,常温25℃时LED最佳工作电流20mA,当环境温度升高到85℃时,PN结电压VF下降,工作电流急剧增加到35mA~37mA,此时电流的增加并不会产生亮度的增加,称为亮度饱和。更为严重的是,温度的上升,引起光谱波长的偏移,造成色差。如长时工作在此高温区还将引起器件老化,发光亮度逐步衰减。同样,当环境温度下降至-40℃时,结电压VF上升,最佳工作电流将从20mA减小到8mA~10mA,发光亮度也随电流的减少而降低,达不到应用场所所需的照度。 为了避免上述特性带来的不足,一般在LED灯的相关产品上,通常采用如下措施:1.将LED装在散热板上,或风机风冷降温。2.LED采用恒流源的供电方式,不因LED随温度上升引起使回生电流增加,防止PN结恶性升温。或这两种方法并用。实践证明,这两种方法用于大功率LED灯(如广告背景灯、街灯)。确实是行之有效的措施。但当LED 灯进入寻常百姓家就碰到如下问题了:散热板和风冷能否集成在一个普通灯头的空间内;采用集成电路或诸多元器件组成的恒流源电路,它的寿命不取于LED,而取决整个系统的某块“短板”;有没有吸引眼球的价格。用热敏电阻补偿法来解决LED恒流源问题,既经济又实用。 我公司采用具有正温度系数的热敏电阻(+2mV/℃)与负温度特性的LED(-2mV/℃)串联,互补成一个温度系数极小电阻型负载。一旦工作电压确定后,串联回路中的电流,将不会随温度变化而变化,通俗地讲,当LED随温度升高电流增加时,热敏电阻也随温度升高电阻变大,阻止了回路电流上升,当LED 随温度下降电流减小时,热敏电阻也随温度下降电阻变小,阻止了回路电流的减少,如匹配得当,当环境温度在-40℃-85℃范围内变化时,LED的最佳工作电流不会明显变化,见图1电流曲线Ⅱ。 2:应用: 从图1可见,采用热敏电阻温度补偿方法与采用集成电路等元件组成的恒源相比,热敏电阻温度补偿法只用1个热敏电阻元件就可解决LED恒流源问题,其价格、体积、寿命等优势不言而喻。我们采用的

恒流源电路

4-20 ma电流环原理分析 最近接触到的传感器比较多,大多数接口信号为4-20ma的电流信号。于是查了一些资料,并不是太理想。以下是参考了一些网上的观点,结合自己的理解,写的东西。有不对的地方还请各位提出来,大家互相学习共同进步。 在工业现场,用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输,会产生以下问题:第一,由于传输的信号是电压信号,传输线会受到噪声的干扰;第二,传输线的分布电阻会产生电压降;第三,在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是个问题。为了解决上述问题和避开相关噪声的影响,我们用电流来传输信号,因为电流对噪声并不敏感。4~20mA的电流环便是用4mA表示零信号,用20mA 表示信号的满刻度,而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。 一般传感器会把一个物理信号利用电桥等转化为与之对应的电信号,比如电压或电流。下面以一个恒流源电路来分析电压信号怎么产生与负载无关的电流信号,当然要产生4-20ma的电流信号,则把电压信号利用放大电路进行变换之后肯定是能做到的。如果传感器直接出来的是电流信号,则可以先变为电压信号,再经过信号调理电路肯定还能转换到4-20ma的电流信号。当然变换过程中的关系别人不需要知道。但是自己得知道,上学期在做测量PH值信号好离子浓度信号的电路时我就是把中间的关系一步一步推出来,这样才能知道4ma的电流对应的物理量是多上,20ma的信号对应的物理量是多上。废话太多了,下面看看这个恒流源电路吧 这个电路叫郝兰德电路,是典型的电压电流转换电路。其特点是负载电阻有一端接地(恒流源通常有这个要求),而取样电阻两端均不接地。之所以能够实现这个要求,关键就是上面一个运放和电阻的匹配。上面一个运放显然是跟随器,其输

压控恒流源2

数控恒流源设计 摘要:设计利用集成运放、场效应管对电流放大与单片机的自动控制来实现数控直流电流源。系统有控制模块与恒流源模块组成。控制模块使用AT89S52结合按键与四位数码管显示,实现对恒流源的数控和预设值的显示。恒流源模块采用OP07与IRF640组成的反馈放大电路实现对电流的放大。控制到恒流源的信号转换采用DAC0832来实现;实测显示模块有ADC0809组成的显示电路来显示。并使用自制电源进行供电。 关键词:AT89S51,恒流源,ADC0809,DAC0832,OP07 1硬件电路设计与分析 1.1 恒流源模块: 恒流源分为流控式与压控式,由于压控式易于实现,电路实现相对简单;因此本模块使用了压控式恒流源。压控式恒流源可以有集成运放芯片与晶体复合管或场效应管来实现;但由于晶体复合管实现起来比较复杂,发热量相对MOS管相

对较大,性能参数相对MOS管较差;因此本模块采用高精度集成运放芯片OP07与大功率场效应管IRF640相结合构成的恒流源。 压控恒流源是系统的重要组成部分,它的功能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。 恒流源是采用了电流反馈的方式来稳定电流的,下图是个典型的正向电流源,利用运放虚短的概念,使R2上的电压保持与V一致,来获得一个I=V/R2的恒流源。该恒流源电路由运算放大器、大功率场效应管Q1、采样电阻R3、负载电阻R4 等组成。电路原理图如图所示: 恒流源电路图 调整管采用大功率场效应管IRF640N更易于实现电压线性控制电流, 满足最大电流和电压线性电流化。因为当场效应管工作于饱和区时,漏电流Id近似

恒流源总结

恒流源是电路中广泛使用的一个组件,这里我整理一下比较常见的恒流源的结构和特点。 恒流源分为流出(Current Source)和流入(Current Sink)两种形式。 最简单的恒流源,就是用一只恒流二极管。实际上,恒流二极管的应用是比较少的,除了因为恒流二极管的恒流特性并不是非常好之外,电流规格比较少,价格比较贵也是重要原因。 最常用的简易恒流源如图(1) 所示,用两只同型三极管,利用三极管相对稳定的be电压作为基准, 电流数值为:I = Vbe/R1。 这种恒流源优点是简单易行,而且电流的数值可以自由控制,也没有使用特殊的元件,有利于降低产品的成本。缺点是不同型号的管子,其be电压不是一个固定值,即使是相同型号,也有一定的个体差异。同时不同的工作电流下,这个电压也会有一定的波动。因此不适合精密的恒流需求。 为了能够精确输出电流,通常使用一个运放作为反馈,同时使用场效应管避免三极管的be电流导致的误差。典型的运放恒流源如图(2)所示,如果电流不需要特别精确,其中的场效应管也可以用三极管代替。 电流计算公式为: I = Vin/R1

这个电路可以认为是恒流源的标准电路,除了足够的精度和可调性之外,使用的元件也都是很普遍的,易于搭建和调试。只不过其中的Vin还需要用户额外提供。 从以上两个电路可以看出,恒流源有个定式(寒,“定式”好像是围棋术语XD),就是利用一个电压基准,在电阻上形成固定电流。有了这个定式,恒流源的搭建就可以扩展到所有可以提供这个“电压基准”的器件上。 最简单的电压基准,就是稳压二极管,利用稳压二极管和一只三极管,可以搭建一个更简易的恒流源。如图(3)所示: 电流计算公式为:I = (Vd-Vbe)/R1 TL431是另外一个常用的电压基准,利用TL431搭建的恒流源如图(4)所示,其中的三极管替换为场效应管可以得到更好的精度。TL431组成流出源的电路,暂时我还没想到:) TL431的其他信息请参考《TL431的内部结构图》和《TL431的几种基本用法》

最新压控恒流源电路设计资料

3、电流源模块的选择方案 方案一:由晶体管构成镜像恒流源 一缺点在于,集电极最大输出电流约为几百毫安,而题目要求输出电流为200~2000mA,因此由晶体管构成的恒流源不适合采用。 方案二:由运算放大器构成恒流电路 运算放大器构成的恒流电路摆脱了晶体管恒流电路受限于工艺参数的缺点。但是只由运放构成的恒流电路,输出电流同样只能达到几十毫安,远远不能满足设计要求,因此必须加上扩流电路。采用运算放大器加上扩流管构成恒流电路,既能利用运算放大器准确的特性,输出又能达到要求。该电路的缺点之一在于电流的测量精度受到两个晶体管的匹配程度影响,其中涉及到比较复杂的工艺参数。 方案三:由运算放大器加上扩流管构成恒流电路 采用高精度运算放大器OP07,更能增加其准确的性能;采用达林顿管TP127 进行扩流,具有很大的扩流能力,两者结合,可以实现比较精确的恒流电路。 鉴于上面分析,本设计采用方案三。 (3)恒流源电路的设计 恒流源电路如图8.15 所示。其中,运算放大器U3 是一个反相加法器,一路输入为控制信号V1,另一路输入为运放U1 的输出反馈,R8 是U3 的反馈电阻。用达林顿管TIP122 和TIP127 组成推挽式电路,两管轮流导通。U2 是电压跟随器,输入阻抗高,基本没有分流,因此流经R2 的电流全部流入负载RL。U1 是反相放大器,取R14=R11 时,放大 倍数为-1,即构成反相器。 针对运算放大器输出电流小的不足,该电路加了扩流电路。采 图8.15 恒流源部分电路 若U3 的输入电压为Vin,根据叠加原理,有

由U2 的电压跟随特性和U1 的反相特性,有 代入得到 即流经R7 的电流完全由输入控制电压Vin 决定 由于U2 的输入端不取电流,流经负载RL 的电流完全由输入控制电压Vin 决定,实现了压控直流电流源的功能。由于R7 中流过的电流就是恒流源的输出电流,按照题目要求,输出的直流电流需要达到2A,这里采用康锰铜电阻丝作为电阻R7。 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8.5 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。

压控恒流源电路设计

压控恒流源电路设计 Last updated on the afternoon of January 3, 2021

3、电流源模块的选择方案 方案一:由晶体管构成镜像恒流源 一缺点在于,集电极最大输出电流约为几百毫安,而题目要求输出电流为200~2000mA,因此由晶体管构成的恒流源不适合采用。 方案二:由运算放大器构成恒流电路 运算放大器构成的恒流电路摆脱了晶体管恒流电路受限于工艺参数的缺点。但是只由运放构成的恒流电路,输出电流同样只能达到几十毫安,远远不能满足设计要求,因此必须加上扩流电路。采用运算放大器加上扩流管构成恒流电路,既能利用运算放大器准确的特性,输出又能达到要求。该电路的缺点之一在于电流的测量精度受到两个晶体管的匹配程度影响,其中涉及到比较复杂的工艺参数。 方案三:由运算放大器加上扩流管构成恒流电路 采用高精度运算放大器OP07,更能增加其准确的性能;采用达林顿管TP127进行扩流,具有很大的扩流能力,两者结合,可以实现比较精确的恒流电路。 鉴于上面分析,本设计采用方案三。 (3)恒流源电路的设计 恒流源电路如图所示。其中,运算放大器U3是一个反相加法器,一路输入为控制信号 V1,另一路输入为运放U1的输出反馈,R8是U3的反馈电阻。用达林顿管TIP122和TIP127组成推挽式电路,两管轮流导通。U2是电压跟随器,输入阻抗高,基本没有分流,因此流经R2的电流全部流入负载RL。U1是反相放大器,取R14=R11时,放大 倍数为-1,即构成反相器。 针对运算放大器输出电流小的不足,该电路加了扩流电路。采 图恒流源部分电路 若U3的输入电压为Vin,根据叠加原理,有

运放中恒流源电路分析方法

运放电路中的恒流源电路分析方法 普通镜像恒流源、多集电极恒流源、高精度镜像恒流源、高内阻恒流源和镜像微恒流源电路,以及恒流源电路输出电阻的计算等。 分析恒流源电路的方法是: (1)确定恒流源电路中的基准晶体管或场效应管; (2)计算或确定基准电流; &nbbsp; (4)绘制恒流部分的交流通路,确定恒流源的内阻。 由于恒流源的内阻较大,计算恒流源内阻时不能忽略三极管集电极与发射极之间,或场效应管漏极与源极之间的动态电阻。 1、基本镜像恒流源分析 已知基本镜像恒流源电路如图1所示,试计算输出电流的大小和恒流源内阻。 图1

晶体管是基准管,且,工作在放大状态。 当与特性参数完全一致时,由可推得 由基准输入回路得, 所以, 当时,。 恒流输出管的交流通路如图1(b)所示,将晶体管用微变等效模型替代后的电路模型如图1(c),显然,恒流源的内阻。 必须注意,应用管的恒流特性时,必须满足,保证始终工作在放大状态。 基本镜像恒流源电路的扩展电路有两种,如图2所示。 图2 图2(b)的管采用多集电极晶体管(图2(a)已将其分散画),以基准管的集电极面积为基准,可得到一组与集电极

面积成正比的多个恒流源。 图2(c)中增加管可以进一步减少恒流输出与基准电流之间的近似程度,此时, 所以, 当时,基本镜像恒流值,增加管后,更接近。 2.高内阻(Wilson)恒流源 图3是Wilson恒流源电路,试计算恒流输出值。 图3 管是基准管,,工作在放大状态。 当、、均工作在放大状态时,各电流之间关系为:

整理后可得: 按二极管形式连接的管是管发射极的等效电阻,Wilson恒流源的内阻要大于。 3.微恒流源(Widlar)电路 图4是Widlar微恒流源电路,试计算输出恒流值。 图4 晶体管是基准管,且,工作在放大状态,。 管发射极电流与发射极电压之间的关系为: 所以, (1) 同理,当工作在放大状态时, (2) 由基极回路方程得:

6种最常用恒流源电路的分析与比较

恒流电路有很多场合不仅需要场合输出阻抗为零的恒流源,也需要输入阻抗为无限大的恒流源,以下是几种单极性恒流电路: 类型1: 特征:使用运放,高精度 输出电流:Iout=Vref/Rs

类型2: 特征:使用并联稳压器,简单且高精度 输出电流:Iout=Vref/Rs 检测电压:根据Vref不同(1.25V或2.5V) 类型3: 特征:使用晶体管,简单,低精度 输出电流:Iout=Vbe/Rs 检测电压:约0.6V

类型4: 特征:减少类型3的Vbe的温度变化,低、中等精度,低电压检测输出电流:Iout=Vref/Rs 检测电压:约0.1V~0.6V

类型5: 特征:使用JEFT,超低噪声 输出电流:由JEFT决定 检测电压:与JEFT有关 其中类型1为基本电路,工作时,输入电压Vref与输出电流成比例的检测电压 Vs(Vs=Rs×Iout)相等,如图5所示, 图5 注:Is=IB+Iout=Iout(1+1/h FE)其中1/h FE为误差 若输出级使用晶体管则电流检测时会产生基极电流分量这一误差,当这种情况不允许时,可采用图6所示那样采用FET管

图6 Is=Iout-I G 类型2,这是使用运放与Vref(2.5V)一体化的并联稳压器电路,由于这种电路的Vref高达2.5V,所以电源利用范围较窄 类型3,这是用晶体管代替运放的电路,由于使用晶体管的Vbe(约0.6V)替代Vref的电路,因此,Vbe的温度变化毫无改变地呈现在输出中,从而的不到期望的精度 类型4,这是利用对管补偿Vbe随温度变化的电路,由于检测电压也低于0.1V左右,应此,电源利用范围很宽 类型5,这是利用J-FET的电路,改变R gs可使输出电流达到漏极饱和电流I DSS,由于噪声也很小,因此,在噪声成为问题时使用这种电路也有一定价值,在该电路中不接R GS,则电流值变成I DSS,这样,J-FET接成二极管形式就变成了“恒流二极管” 以上电路都是电流吸收型电路,但除了类型2以外,若改变Vref极性与使用的半导体元件,则可以变成电流吐出型电路。

恒流恒压充电器的原理与设计

恒流恒压充电器的原理与设计 2009-09-22 09:26 随着高新电子技术的发展各类充电电子产品不断上升,为此云峰电子为朋友们提供些相关恒流充电器的制作与原理分析,请仔细阅读!详情咨询https://www.wendangku.net/doc/4112111258.html, 第一类、lm317恒流源电路图 图1、图2分别是用78××和LM317构成的恒流充电电路,两种电路构成形式一致。对于图1的电路,输出电流Io=Vxx/R+IQ,式中Vxx是标称输出电压,IQ是从GND端流出的电流,通常IQ≤5mA。当VI、Vxx及环境温度变化时,IQ的变化较大,被充电电池电压变化也会引起IQ的变化。IQ是Io的一部分,要流过电池,IQ的值与Io相比不可忽略,因而这种电路的恒流效果比较差。对于图2的电路,输出电流Io=VREF/R+IADJ,式中VREF是基准电压,为1.25V,IADJ是从调整端ADJ流出的电流,通常IADJ≤50μA。虽然IADJ也随VI及环境条件的变化而变化,且也是Io的一部分,但由于IADJ仅为78××的IQ的1%,与Io相比,IQ可以忽略。可见LM317的恒流效果较好。 对可充电电池进行恒流充电,用三端稳压集成电路构成恒流充电电路具有元件易购、电路简单的特点。有些读者在设计电路时采用78××稳压块,如《电子报》2001年第2期第十一版刊登的《简单可靠的恒流充电器》及今年第6期第十版的《恒流充电器的改进》一文,均采用7805。78××虽然可接成恒流电路,但恒流效果不如LM317,前者是固定输出稳压IC,后者是可调输出稳压IC,两种芯片的售价又相近,采用LM317才是更为合理的改进。 LM317采用T0-3金属气密封装的耗散功率为20W,采用TO-220塑封结构的耗散功率为15W,负载电流均可达1.5A,使用时需配适当面积的散热器。由于LM317的VREF=1.25V,其最小压差为3V,因此输入电压VI达4.25V就能正常工作。但应注意输出电流Io调得较大时,输入电压VI的范围将减小,超出范围会进入安全保护区工作状态,使用时可从图3的安全工作区保护曲线上查明输入—输出压差(VI-Vo)的范围。 78××与LM317内部均有限流、过热保护功能,后者还有安全工作区保护功能。78××不允许GND端悬空,否则器件极易损坏。LM317即使ADJ端悬空,各种保护功能仍然

几种简单的恒流源电路5

几种简单的恒流源电路 恒流电路有很多场合不仅需要场合输出阻抗为零的恒流源,也需要输入阻抗为无限大的恒流源,以下是几种单极 性恒流电路: 类型1: 特征:使用运放,高精度 输出电流:Iout=Vref/Rs

类型2: 特征:使用并联稳压器,简单且高精度 输出电流:Iout=Vref/Rs 检测电压:根据Vref不同(1.25V或2.5V) 类型3: 特征:使用晶体管,简单,低精度 输出电流:Iout=Vbe/Rs 检测电压:约0.6V

类型4: 特征:减少类型3的Vbe的温度变化,低、中等精度,低电压检测 输出电流:Iout=Vref/Rs 检测电压:约0.1V~0.6V 类型5:

特征:使用JE FT,超低噪声 输出电流:由JE FT决定 检测电压:与JE FT有关 其中类型1为基本电路,工作时,输入电压Vref与输出电流成比例的检测电压Vs(Vs=Rs×Iout)相等,如图5所 示, 图5 注:Is=IB+Iout=Iout(1+1/hFE)其中1/hFE为误差 若输出级使用晶体管则电流检测时会产生基极电流分量这一误差,当这种情况不允许时,可采用图6所示那样采 用FE T管

图6 Is=Iout-IG 类型2,这是使用运放与Vref(2.5V)一体化的并联稳压器电路,由于这种电路的Vref高达2.5V,所以电源利 用范围较窄 类型3,这是用晶体管代替运放的电路,由于使用晶体管的Vbe(约0.6V)替代Vref的电路,因此,Vbe的温 度变化毫无改变地呈现在输出中,从而的不到期望的精度 类型4,这是利用对管补偿Vbe随温度变化的电路,由于检测电压也低于0.1V左右,应此,电源利用范围很宽类型5,这是利用J-FE T的电路,改变Rgs 可使输出电流达到漏极饱和电流IDSS,由于噪声也很小,因此,在噪声成为问题时使用这种电路也有一定价值,在该电路中不接RGS,则电流值变成IDSS,这样,J-FE T接成二极管形 式就变成了“恒流二极管” 以上电路都是电流吸收型电路,但除了类型2以外,若改变Vref极性与使用的半导体元件,则可以变成电流吐 出型电路。 1.由7805组成的恒流电路,电路图如下图1所示: 电流I=Ig+VOUT/R,Ig的电流相对于Io是不能忽略的,且随Vout,Vi n及环境温度的变化而变化,所以

一种电压控制电流源的设计与应用

一种电压控制电流源的设计与应用 韩静霖1,李国峰2,张勇2,刘轶轶2,邹云2 1.天津赛能高科技有限公司,天津300192; 2.南开大学信息技术学院,天津300071 2009-03-23 摘要:基于运算放大器原理,介绍了一种电压控制电流源的设计,分析了控制电压的输入范围和电流的输出范围,用三极管进行扩流,以满足不同的应用要求。该电路结构简单、性能稳定、可控性好、线性度高、成本低廉。最后给出了电池充电 电路的应用实例。 关键词:压控电流源;运算放大器;电池;充电 电流源的用途很多,压控电流源因设计简单,调试方便而得到广泛应用。 压控电流源有多种实现方法。文献[1]和文献[2]采用运算放大器做输出,得到的输出电流小;文献[3]是一种比较复杂的应用;文献[4]用于蓄电池恒流充电;文献[5]采用脉宽调制控制器实现了开关恒流源。 本文采用运算放大器作为恒流元件,克服了文献[1]和文献[2]的不足,由单片机通过DA进行控制,通过A/D采样进行比较, 以得到精度高、电路稳定的闭环恒流控制。 1 电压控制电流源的原理设计与分析 1.1 电路原理 电路如图1所示,根据理想运算放大器“虚短”和“虚断”的原理,可以得到: 当R>>R0、R L时,有如下近似等式: 即输出电流I L与输入电压v i成线性关系。 1.2 改进后的电路

图1所示电路要求R>>R0、R L时,(4)式才满足。将电路进行如图2所示的改进。由于理想运算放大器的输入阻抗为无限大, 所以,流过电阻R0和R L的电流相等,可以得到: 1.3 进一步扩充电流后的电路 由于运算放大器的电流输出能力很小,一般为20mA~40mA,因此当实际应用电流比较大时,要对电路进行扩流,如图3所 示。

激光器驱动电流源电路设计方案

激光器驱动电流源电路设计方案 本文设计了一种数控直流电流源的方案,给出了硬件组成和软件流程及源程序。以STC89C52单片机为核心控制电路,利用12位D/A模块产生稳定的控制电压,12位A/D模块完成电流测量。输出电流范围为20~2000mA,具有“+”“-”步进调整功能,步进为1mA,纹波电流小,LCD同时显示预置电流值和实测电流值,便于操作和进行误差分析。 基于以上分析,选择方案二,利用STC89C52单片机将电流步进值或设定值通过换算由D/A转换,驱动恒流源电路实现电流输出。输出电流经处理电路作A/D转换反馈到单片机系统,通过补偿算法调整电流的输出,以此提高输出的精度和稳定性。在器件的选取中,D/A转换器选用12位优质D/A转换芯片 TLV5618,直接输出电压值,且其输出电压能达到参考电压的两倍,A/D转换器选用高精度12数转换芯片ADS7816。. 恒流源模块设计方案 方案一:由三端可调式集成稳压器构成的恒流源。其典型恒流源电路图如图1.2.1所示。一旦稳压器选定,则U0 是定值。若R固定不变,则I0不变,因此可获得恒流输出。若改变R值,可使输出 I0改变。因此将R设为数控电位器,则输出电流可以以某个步长进行改变。此电路结构简单,调试方便,价格便宜,但是精密的大功率数控电位器难购买。 图1.2.1 三端集成稳压器构成的恒流源框图 方案二:由数控稳压器构成的恒流源方案一是在U0不变的情况下,通过改变R的数值获得输出电流的变化。如果固定R不变,若能改变U0的数值,同样也可以构成恒流源,也就是说将上图中的三端可调式集成稳压源改为数控电压源,其工作原理和上图类似。此方案原理清楚,若赛前培训过数控电压源的设计的话,知识、器件有储备,方案容易实现。但是,由1.2.2图可知,数控稳压源的地是浮地,与系统不共地线,对于系统而言,地线不便处理。

关于恒流源电路的研究与几种设计方案

第一章引言 随着现代技术的发展,恒定电流源的应用将十分重要,如机器人、工业自动化、卫星通信、电力通讯、智能化仪器仪表以及其它数字控制等方面都迫切需要应用恒定电流器件,因此, 研究和开发恒流器件具有十分重要的意义。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。 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。 本论文主要概括了恒流源的基本概念,并设计出几种不同要求的恒流源,运用了SPCE061A单片机设计出新型数控恒流源,具有高稳定性和高灵敏性。对以往恒流源进行了改进创新。 第二章基本恒流源电路 2.1恒流源基础知识 基本恒流源电路是恒流源电路的基本组成,是分析恒流源电路的基础。2.1.1恒流源介绍 恒流源,是一种能向负载提供恒定电流之电路.它既可以为各种放大电路提供偏流以稳定其静态工作点,又可以作 为其有源负载,以提高放大倍数.并且在差动放大电路、脉冲产生电路中得到了广泛应用. 过一定的论述.然而,对各种恒流电路之对比分析,各自应用特点,以及需要改进的方面,还有待进一步研究,本文就来探 讨这些问题. 2.1.2恒流源的原理和特点

恒流源电路工作原理

恒流源电路工作原理 恒流源是输出电流保持不变的电流源,而理想的恒流源为: a)不因负载(输出电压)变化而改变。 b)不因环境温度变化而改变。 c)内阻为无限大。 恒流源之电路符号: 理想的恒流源实际的流源 理想的恒流源,其内阻为无限大,使其电流可以全部流出外面。实际的恒流源皆有内阻R。三极管的恒流特性:

从三极管特性曲线可见,工作区内的IC受IB影响,而VCE对IC的影响很微。因此,只要IB值固定,IC亦都可以固定。 输出电流IO即是流经负载的IC。 电流镜电路Current Mirror:838电子 电流镜是一个输入电流IS与输出电流IO相等的电路: Q1和Q2的特性相同,即VBE1 = VBE2,β1 = β2。

三极管之β受温度的影响,838电子但利用电流镜像恒流源,不受β影响,主要依靠外接电阻R经Q2去决定输出电流IO(IC2 = IO)。 例: 三极管射极偏压设计 范例1: 从左边看起:基极偏压 所以V E=V B - 0.6=1.0V 又因为射极电阻是1K,流经射极电阻的电流是 所以流经负载的电流就就是稳定的1mA新艺图库

这是个利用稳压二极管提供的基极偏压5.6V V E=V B - 0.6= 5V 流经负载的电流 范例3. 这个例子有一点不同:利用PNP三极管供应电流给负载电路.首先,利用二极管0.6 V的压降,提供8.2 V基

极偏压(10 – 3 x 0.6 = 8.2). 4.7 K电阻只是用来形成通路,而且不希望(也不会)有很多电流流经这个电阻。 V E=V B + 0.6=8.8V PNP晶体的560欧姆电阻两端电位差是1.2V, 所以电流是2mA 晶体恒流源应用注意事项 如果只用一个三极管不能满足需求,可以用两个三极管架成: 或是 也可以是

三极管恒流源电路

三极管恒流源电路 恒流源的输出电流为恒定。在一些输入方面如果应用该电路则能够有效保护输入器件。比如RS422通讯中采用该电路将有效保护该通讯。在一定电压方位内可以起到过压保护作用。以下引用一段恒流源分析。 恒流源是输出电流保持不变的电流源,而理想的恒流源为: a)不因负载(输出电压)变化而改变。 b)不因环境温度变化而改变。 c)内阻为无限大。 恒流源之电路符号: 理想的恒流源实际的流源 理想的恒流源,其内阻为无限大,使其电流可以全部流出外面。实际的恒流源皆有内阻R。 三极管的恒流特性:

从三极管特性曲线可见,工作区内的IC受IB影响,而VCE对IC的影响很微。因此,只要IB值固定,IC亦都可以固定。 输出电流IO即是流经负载的IC。 电流镜电路Current Mirror: 电流镜是一个输入电流IS与输出电流IO相等的电路: Q1和Q2的特性相同,即VBE1 = VBE2,β1 = β2。 优点: 三极管之β受温度的影响,但利用电流镜像恒流源,不受β影响,主要依靠外接电阻R经 Q2去决定输出电流IO(IC2 = IO)。 例: 三极管射极偏压设计 范例1:

从左边看起:基极偏压 所以 VE=VB - 0.6=1.0V 又因为射极电阻是1K,流经射极电阻的电流是 所以流经负载的电流就就是稳定的1mA 范例2.

这是个利用稳压二极管提供基极偏压5.6V VE=VB - 0.6=0.5V 流经负载的电流 范例3. 这个例子有一点不同:利用PNP三极管供应电流给负载电路.首先,利用二极管0.6 V的压降,提供8.2 V基极偏压(10 – 3 x 0.6 = 8.2). 4.7 K电阻只是用来形成通路,而且不希望(也不会)有很多电流流经这个电阻。 VE=VB + 0.6=8.8V PNP晶体的560欧姆电阻两端电位差是1.2V, 所以电流是2mA 晶体恒流源应用注意事项 如果只用一个三极管不能满足需求,可以用两个三极管架成:

直流可调恒流源设计说明

2013年3月 直流可调恒流源设计 学生:徐乐 指导教师:王留留 电气信息工程学院自动化专业 1课程设计的任务与要求 1.1课程设计的任务 设计一个直流可调恒流源电路。通过调节线性电位器,产生可控恒定电流,当固定时产生恒定电流。 1.2课程设计的要求 设计一个简易可调恒流源产生电路,满足日常生活对恒定电流的需要 (1)输入(AC):U=220V,f=50HZ。 (2)输出电流稳定,在一定围可调。 (3)设计电路结构,选择电路元件,计算确定元件参数,画出实用原理电路图。 (4)自拟实验方法、步骤及数据表格,提出测试所需仪器及元器件的规格、数量。 (5)在Multisim软件上画出电路图,并仿真和调试,并测试其主要性能参数。 1.3课程设计的研究基础 电子技术基础(模电部分) 变压器、整流电路、滤波电路、稳压芯片、镜像电流源的工作原理 2 直流可调恒流源系统方案制定 2.1 方案提出 方案一 (1)电网提供交流220V(有效值)频率为50Hz的电压,要获得低压直流输出,首先必须采用 电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。 (2)降压后的交流电压,通过整流电路变成单向直流电,但其幅度变化大。 (3)脉动大的直流电压经过滤波电路变成平滑,脉动小的直流电,即将交流成份滤掉,保留

其直流成份。 (4)滤波后的直流电压,再通过稳压经可调恒流源电路,便可得到可调的恒定直流电流输出, 供给负载R L 。 方案二 (1)将交流电220v 电压转化为可调恒压源输出。包括降压器、整流电路、滤波稳压芯片、 取样电路。 (2)电压电流转换电路。 (3)两电路整合,将220v 电压转化为可调恒流源。 2.2 方案论证 第一种方案是直接设计直流可调恒流源电路,只有一个电路。第二种方案是通过电压电流转换电路,将两个电路整合,要设计的电路比较多。第一种方案比较简单,通过比较选择第一种方案。 3 直流可调恒流源系统方案设计 3.1各单元模块功能介绍及电路设计 直流恒流电源是一种将220V 交流电转换成恒流输出的直流电的装置,它需要变压、整流、滤波、恒流四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤波稳压电路及恒流电路所组成,基本框图如下: 图1 系统框图 (1) 电源变压器:它的作用是将220V 的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压。变压 器的变比由变压器的副边确定,变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n ,式中n 是变压器的效率。 (2)整流电路:利用单向导电元件,将50HZ 的正弦交流电变换成脉动的直流电路。 T 负 载

相关文档