恒流源電路基礎(chǔ)介紹

你了解恒流源電路嗎，本文就來介紹一下恒流源電路。

什么是恒流源電路?

恒流源由信號(hào)源和電壓控制電流源(VCCS)兩部分組成。正弦信號(hào)源采用直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)，即以一定頻率連續(xù)從EPROM中讀取正弦采樣數(shù)據(jù)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換并濾波后產(chǎn)生EIT所需的正弦信號(hào)。本系統(tǒng)采用DDS集成芯片AD9830，其內(nèi)部有兩個(gè)12位相位寄存器和兩個(gè)32位頻率寄存器。在單片機(jī)的控制下對(duì)相應(yīng)的寄存器置數(shù)就可以方便得到2MHz以下的任意頻率和相位的輸出，其中頻率精度為1/ 2 32，相位分辨率為2π/2 12，輸出幅度也可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，因此能滿足系統(tǒng)多頻激勵(lì)(10kHz～1MHz)的要求。

恒流源電路基本原理

為熱源提供高穩(wěn)定的電流Ih以取得恒定的加熱功率，這是傳感器得以穩(wěn)定有效工作的一個(gè)關(guān)鍵,該電路基于能隙基準(zhǔn)機(jī)理工作圖5給出了簡(jiǎn)化的電路原理圖.

圖5中虛線框即是產(chǎn)生恒定電流的核心電路

功率，設(shè)計(jì)中采用精密片狀鉑薄膜電阻構(gòu)成與文獻(xiàn)報(bào)道中使用的半導(dǎo)體擴(kuò)散電阻相比，精密鉑電阻的阻值精度高出近4個(gè)數(shù)量級(jí)且數(shù)值穩(wěn)定,根據(jù)焦耳.楞次定律，電阻的發(fā)熱功率與阻值和加熱電流平方的乘積成正比，加上加熱電流與鉑電阻阻值的良好熱配合，熱源的加熱功率在測(cè)量過程中基本維持不變，明顯改善了電路的精度和穩(wěn)定性.

以下是幾款經(jīng)典的恒流源電路：

恒流源電路一：增強(qiáng)型n-MOSFET構(gòu)成基本恒流源電路

下圖是增強(qiáng)型n-MOSFET構(gòu)成的一種基本恒流源電路。為了保證輸出晶體管T2的柵-源電壓穩(wěn)定，其前面就應(yīng)當(dāng)設(shè)置一個(gè)恒壓源。實(shí)際上，T1二極管在此的作用也就是為了給T2提供一個(gè)穩(wěn)定的柵-源電壓，即起著一個(gè)恒壓源的作用。因此T1應(yīng)該具有很小的交流電導(dǎo)和較高的跨導(dǎo)，以保證其具有較好的恒壓性能。T2應(yīng)該具有很大的輸出交流電阻，為此就需要采用長(zhǎng)溝道MOSFET，并且要減小溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)等不良影響。

恒流源電路二：BJT構(gòu)成的基本恒流源電路

下圖是用BJT構(gòu)成的一種基本恒流源電路。其中T2是輸出恒定電流的晶體管，晶體管T1就是一個(gè)給T2提供穩(wěn)定基極電壓的發(fā)射結(jié)二極管。當(dāng)然，T1的電流放大系數(shù)越大、跨導(dǎo)越高，則其恒壓性能也就越好。同時(shí)，為了輸出電流恒定(即提高輸出交流電阻)，自然還需要盡量減小T2的基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)(即Early效應(yīng))。另外，如果采用兩個(gè)基極相連接的p-n-p晶體管來構(gòu)成恒流源的話，那么在IC芯片中這兩個(gè)晶體管可以放置在同一個(gè)隔離區(qū)內(nèi)，這將有利于減小芯片面積，但是為了獲得較好的輸出電流恒定的性能，即需要特別注意增大橫向p-n-p晶體管的電流放大系數(shù)。

高精度恒流源電路圖(三)

采用開關(guān)電源的開關(guān)恒流源電路構(gòu)成如圖2.3.2所示。BG1為開關(guān)管，BG2為驅(qū)動(dòng)管，RL為負(fù)載電阻，RS為取樣電阻，SG3524為脈寬調(diào)制控制器，L1、E2、E3、E4為儲(chǔ)能元件，RW提供基準(zhǔn)電壓Uref。圖采用開關(guān)電源的開關(guān)恒流源工作原理：減小開關(guān)器件的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗是提高電路效率的關(guān)鍵。為此，器件選擇飽和壓降小、頻率特性好的開關(guān)三極管和肖特基續(xù)流二極管。

扼流圈L1的磁芯上再繞一個(gè)附加線圈，利用電磁反饋降低開關(guān)三極管的飽和壓降，并采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使電路的分布參數(shù)得到有效的控制。當(dāng)電源電壓降低或負(fù)載電阻RL降低時(shí)，則取樣電阻RS上的電壓也將減少，則SG3524的12、13管腳輸出方波的占空比增大，從而使BG1導(dǎo)通時(shí)間變長(zhǎng)，使電壓U0回升到原來的穩(wěn)定值。BG1關(guān)斷后，儲(chǔ)能元件L1、E2、E3、E4保證負(fù)載上的電壓不變。當(dāng)輸入電源電壓增大或負(fù)載電阻值增大引起U0增大時(shí)，原理與前類同，電路通過閉環(huán)反饋系統(tǒng)使U0下降到原來的穩(wěn)定值，從而達(dá)到穩(wěn)定負(fù)載電流IL的目的。

高精度恒流源電路圖(四)

壓控恒流源電路設(shè)計(jì)壓控恒流源是系統(tǒng)的重要組成部分，它的功能是用電壓來控制電流的變化，由于系統(tǒng)對(duì)輸出電流大小和精度的要求比較高，所以選好壓控恒流源電路顯得特別重要。采用如下電路：電路原理圖如圖2.4.3所示。該恒流源電路由運(yùn)算放大器、大功率場(chǎng)效應(yīng)管Q1、采樣電阻R2、負(fù)載電阻RL等組成

硬件設(shè)計(jì)

電路中調(diào)整管采用大功率場(chǎng)效應(yīng)管IRF640。采用場(chǎng)效應(yīng)管，更易于實(shí)現(xiàn)電壓線性控制電流，既能滿足輸出電流最大達(dá)到2A的要求，也能較好地實(shí)現(xiàn)電壓近似線性地控制電流。因?yàn)楫?dāng)場(chǎng)效應(yīng)管工作于飽和區(qū)時(shí)，漏電流Id近似為電壓Ugs控制的電流。即當(dāng)Ud為常數(shù)時(shí)，滿足：Id=f(Ugs)，只要Ugs不變，Id就不變。在此電路中，R2為取樣電阻，采用康銅絲繞制(阻值隨溫度的變化較小)，阻值為0.35歐。運(yùn)放采用OP-07作為電壓跟隨器，UI=Up=Un，場(chǎng)效應(yīng)管Id=Is(柵極電流相對(duì)很小，可忽略不計(jì))所以Io=Is=Un/R2=UI/R2。正因?yàn)镮o=UI/R2，電路輸入電壓UI控制電流Io，即Io不隨RL的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)壓控恒流。同時(shí)，由設(shè)計(jì)要求可知：由于輸出電壓變化的范圍U〈=10V，Iomax=2A，可以得出負(fù)載電阻RLmax=5歐。

恒流源電路就是要能夠提供一個(gè)穩(wěn)定的電流以保證其它電路穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)。即要求恒流源電路輸出恒定電流，因此作為輸出級(jí)的器件應(yīng)該是具有飽和輸出電流的伏安特性。這可以采用工作于輸出電流飽和狀態(tài)的BJT或者M(jìn)OSFET來實(shí)現(xiàn)。