恒流源的研究

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1、第一章引言随看现代技术的发展，恒定电流源的应川将十分重要，如机器人、工业自动化、卫星通信、电力通讯、智能化仪辭仪表以及其它数字控制等方而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冇十分重要的意义。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梢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，并几在许多悄况下是必不可少的。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

2、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。木论文主要概括了恒流源的基木概念，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恒流源基础知识基木恒流源电路是恒流源电路的基木组成，是分析恒流源电路的基础。2.1.1

3、恒流源介绍恒流源，是一种能向负载提供恒定电流之电路•它既可以为各种放人电路提供偏流以稳定其静态工作点，乂可以作为英冇源负载，以提高放大倍数•并H•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Z对比分析，各口应用特点，以及需耍改进的方面，还有待进一步研究，本文就來探讨这些问题.2.1.2恒流源的原理和特点围1所示为三极管的输出待性曲线.当Yce>1伏时，集电极电流I。基本上是由基极电流1b决定的，而受YcE的％响很小(因】B不同时的各输出特件曲线基本上是平行的),也即当三极管的1B保持不变，V“在较大范围内变

4、化时，1c基本不变，三极管具有恒流源的特性•从另一个角度肴，这时三极管在Q点处的直流1也肛可以取得较小且为常数，而lcAVerAle非當大.因0.总之，三极管的*保持不变时具有恒流源特性称为恒流源,动态电限(或称交流电阻)r-且这时该管的直流电阻较小而交流电阻非常大.4V2丄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丄3・1晶体管恒流源这类恒流源以晶体三极管为主要纟R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

5、出电流Z恒定性•通常，还釆用一定的温度补偿和稳压措施•其基本型电路如图2」31所示.4VcC*VCml--¥U1I■■・▼T图2.1.3.2改进型电路Rl、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⑷为:Tint=Fce[l+0Re(Rb+Fbe+Re)](1)式中rce为品体管T集射极间电阻，-•般为几十千欧以上；rbe为品体管T输入电阻，一般为几千欧左右；Rb二R1//R2.若设Re=5kQ,Rb=10kQ,晶体管参数fee=100kQ,B=100,rbe=2.

6、6kQ.可得rint=100X1+100X5/(10+2.6+5)=3MQ可见，只需儿伏的工作电压，采用一个品体管，英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阳影响输出电流的恒定性，可采用图2」.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Vbc的影响.为了更好地解决管了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対输出电流之影响，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，流过棊准电阻R

7、的电流IR与输出电流10的关系山为：IO/IR二R2/R1,故又称为比例电流源.若令R1二R2或都为零，则I0=IR,称为镜像电流源.若令Rl=0,则可得到微安量级的输出电流，称之为微电流源，主耍应用于需要提供微小偏流的场合.有时，要实现输岀电流可控，且极性可正可负的恒流源，可采用图2」.3.3所示电路图Vi为输入控制电压，三极管Tl、T2参数一致.当Vi二0时，I1二I2,I0=0;Vi>0时，IlvI2,I0<0;Vi<0时，I1>I2,I0>0;V+Vi-VBE2Io=4ReV-Vi-Vbcl12=4Re图2.1.3.3双极性恒流源由图

8、2」.3.3可得因而10=11-12二・Vi/2Rc.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