恒流源電路設(shè)計...

Asachild 2022-06-16 發(fā)布于上海

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恒流源電路設(shè)計

最近由于工作需要和個人興趣，想學習一下恒流源的電路設(shè)計，并制作出一個可靠的恒流源。
從網(wǎng)上搜索了一下資料，發(fā)現(xiàn)并不是太多，只有幾個鏈接有參考價值，在這里想歸納一下。

首先選幾個原理性的電路參考下：
http://bbs.21ic.com/icview-390818-1-1.html
恒流電路有很多場合不僅需要場合輸出阻抗為零的恒流源，也需要輸入阻抗為無限大的恒流源，以下是幾種單極性恒流電路：
這里寫圖片描述
類型1：
特征：使用運放，高精度
輸出電流：Iout=Vref/Rs

類型2：
特征：使用并聯(lián)穩(wěn)壓器，簡單且高精度
輸出電流：Iout=Vref/Rs
檢測電壓：根據(jù)Vref不同（1.25V或2.5V）

類型3：
特征：使用晶體管，簡單，低精度
輸出電流：Iout=Vbe/Rs
檢測電壓：約0.6V
這里寫圖片描述
類型4：
特征：減少類型3的Vbe的溫度變化，低、中等精度，低電壓檢測
輸出電流：Iout=Vref/Rs
使用JEFT，超低噪聲輸出電流：由JEFT決定
檢測電壓：與JEFT有關(guān)
其中類型1為基本電路，工作時，輸入電壓Vref與輸出電流成比例的檢測電壓Vs(Vs=Rs×Iout)相等，如圖5所示，
這里寫圖片描述
圖5
注：Is=IB+Iout=Iout(1+1/hFE)其中1/hFE為誤差
若輸出級使用晶體管則電流檢測時會產(chǎn)生基極電流分量這一誤差，當這種情況不允許時，可采用圖6所示那樣采用FET管

圖6
Is=Iout-IG
類型2，這是使用運放與Vref（2.5V）一體化的并聯(lián)穩(wěn)壓器電路，由于這種電路的Vref高達2.5V，所以電源利用范圍較窄
類型3，這是用晶體管代替運放的電路，由于使用晶體管的Vbe（約0.6V）替代Vref的電路，因此，Vbe的溫度變化毫無改變地呈現(xiàn)在輸出中，從而的不到期望的精度
類型4，這是利用對管補償Vbe隨溫度變化的電路，由于檢測電壓也低于0.1V左右，應(yīng)此，電源利用范圍很寬
類型5，這是利用J-FET的電路，改變Rgs 可使輸出電流達到漏極飽和電流IDSS，由于噪聲也很小，因此，在噪聲成為問題時使用這種電路也有一定價值，在該電路中不接RGS，則電流值變成IDSS，這樣，J-FET接成二極管形式就變成了“恒流二極管”
以上電路都是電流吸收型電路，但除了類型2以外，若改變Vref極性與使用的半導體元件，則可以變成電流吐出型電路。

恒流源、交流恒流源、直流恒流源、電流發(fā)生器、大電流發(fā)生器又叫電流源、穩(wěn)流源，是一種寬頻譜，高精度交流穩(wěn)流電源，具有響應(yīng)速度快，恒流精度高、能長期穩(wěn)定工作，適合各種性質(zhì)負載（阻性、感性、容性）等優(yōu)點。主要用于檢測熱繼電器、塑殼斷路器、小型短路器及需要設(shè)定額定電流、動作電流、短路保護電流等生產(chǎn)場合。
最簡單的恒流源就是用一只恒流二極管。實際上，恒流二極管的應(yīng)用是比較少的，除了因為恒流二極管的恒流特性并不是非常好之外，電流規(guī)格比較少，價格比較貴也是重要原因。　最常用的簡易恒流源用兩只同型三極管，利用三極管相對穩(wěn)定的be電壓作為基準，　　電流數(shù)值為：I = Vbe/R1。　　這種恒流源優(yōu)點是簡單易行，而且電流的數(shù)值可以自由控制，也沒有使用特殊的元件，有利于降低產(chǎn)品的成本。缺點是不同型號的管子，其be電壓不是一個固定值，即使是相同型號，也有一定的個體差異。同時不同的工作電流下，這個電壓也會有一定的波動。因此不適合精密的恒流需求。　　為了能夠精確輸出電流，通常使用一個運放作為反饋，同時使用場效應(yīng)管避免三極管的be電流導致的誤差。如果電流不需要特別精確，其中的場效應(yīng)管也可以用三極管代替。

恒流源的實質(zhì)是利用器件對電流進行反饋，動態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)備的供電狀態(tài)，從而使得電流趨于恒定。只要能夠得到電流，就可以有效形成反饋，從而建立恒流源。　　能夠進行電流反饋的器件，還有電流互感器，或者利用霍爾元件對電流回路上某些器件的磁場進行反饋，也可以利用回路上的發(fā)光器件（例如光電耦合器，發(fā)光管等）進行反饋。這些方式都能夠構(gòu)成有效的恒流源，而且更適合大電流等特殊場合.

基本的恒流源電路主要是由輸入級和輸出級構(gòu)成，輸入級提供參考電流，輸出級輸出需要的恒定電流。　 ?、贅?gòu)成恒流源電路的基本原則：　　恒流源電路就是要能夠提供一個穩(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MOSFET來實現(xiàn)。　　為了保證輸出晶體管的電流穩(wěn)定，就必須要滿足兩個條件：a）其輸入電壓要穩(wěn)定——輸入級需要是恒壓源；b）輸出晶體管的輸出電阻盡量大（最好是無窮大）——輸出級需要是恒流源。　　
②對于輸入級器件的要求：　　因為輸入級需要是恒壓源，所以可以采用具有電壓飽和伏安特性的器件來作為輸入級。一般的pn結(jié)二極管就具有這種特性——指數(shù)式上升的伏安特性；另外，把增強型MOSFET的源-漏極短接所構(gòu)成的二極管，也具有類似的伏安特性——拋物線式上升的伏安特性。　　在IC中采用二極管作為輸入級器件時，一般都是利用三極管進行適當連接而成的集成二極管，因為這種二極管既能夠適應(yīng)IC工藝，又具有其特殊的優(yōu)點。對于這些三極管，要求它具有一定的放大性能，這才能使得其對應(yīng)的二極管具有較好的恒壓性能。　　
③對于輸出級器件的要求：　　如果采用BJT，為了使其輸出電阻增大，就需要設(shè)法減小Evarly效應(yīng)（基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)），即要盡量提高Early電壓。　　如果采用MOSFET，為了使其輸出電阻增大，就需要設(shè)法減小其溝道長度調(diào)制效應(yīng)和襯偏效應(yīng)。因此，這里一般是選用長溝道MOSFET ，而不用短溝道器件

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http://bbs./BLOG_ARTICLE_2132989.HTM
https://club.1688.com/article/42485360.html
六種常見恒流源電路圖與解析

恒流源是一種高精度高效可控的電源。采用專用芯片、DSP、功率模塊為核心器件，結(jié)合智能高效軟件算法設(shè)計而成，主要應(yīng)用于延時臺、標準臺、瞬時臺、自動化流水線等設(shè)備，集成了電流產(chǎn)生、動作控制、計時、試品優(yōu)劣判斷計數(shù)等多種功能，具有穩(wěn)定性好、精度高、效率高、控制迅速便捷等特點
對比幾種V/I電路，凡是沒有三極管之類的單向器件，都可以實現(xiàn)交流恒流，加了三極管之后就只能做單向直流恒流了。當然可以用功率放大器擴展輸出電流。第四和第五種是建立在正負反饋平衡的基礎(chǔ)上的，電阻的誤差而失去平衡，會影響恒流輸出特性，也就是說,輸出電流會隨負載變化。而其他幾種電路中電阻的誤差只會影響輸出電流的值，而不會影響輸出特性。如果輸出電流大，或者嫌三極管的集電極電流和發(fā)射極電流不相等，可以把三極管換成MOSFET。
在工作中需要用到恒流源電路，應(yīng)急中找電路圖自己搭建了一個，下面是六種常見恒流源電路解析：
這幾種電路都可以在負載電阻RL上獲得恒流輸出
第一種由于RL浮地,一般很少用
第二種RL是虛地,也不大使用
第三種雖然RL浮地,但是RL一端接正電源端,比較常用
第四種是正反饋平衡式,是由于負載RL接地而受到人們的喜愛
第五種和第四種原理相同,只是擴大了電流的輸出能力,人們在使用中常常把電阻R2取的比負載RL大的多,而省略了跟隨器運放
第五種是本人想的電路,也是對地負載
第六種是本人設(shè)計的對地負載的V/I轉(zhuǎn)換電路；

后邊兩種是恒流源電路
對比幾種V/I電路,凡是沒有三極管只類的單向器件,都可以實現(xiàn)交流恒流,加了三極管之后就只能做單向直流恒流了
第四和第五是建立在正負反饋平衡的基礎(chǔ)上的,如果由于電阻的誤差而失去平衡,會影響恒流輸出特性,也就是說,輸出電流會隨負載變化
而其他幾種電阻的誤差只會影響輸出電流的值,而不會影響輸出特性
如果輸出電流大,或者嫌三極管的集電極電流和發(fā)射極電流不相等,可以把三極管換成MOSFET

這里寫圖片描述