几种恒流源的设计

《电子与仪表}1999年第2期 耳 技术交流 几种恒流源的设计 徐东辉 高文波 1ff＼ · 摘 要：恒流源应用广泛．特别是在测量领域。本文论述了采用运放及集成稳压器等器件 设计制作的几种恒流源，并进行 了舟折。 关键词：恒流源 设计 - ～ 、1 ．!_ 一 丞、 沁 。 I ． 前 言 、 恒流源能 够向负载提供恒 定的输出 电 流 ，因此应用于许多场合 。例如高稳定的破 体，其磁场强度的强弱取决于电流的大小．要 保持场强恒定，相应地就 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 电源提供的负 载电流恒定不变。恒流源在测量电路 中亦被 广泛采用，如 电阻测量的方法，一般常采用恒 流源法 ，即恒定电流流过被测电阻Rx，用数 字 电压表测量 出Rx上的 电压 ．然后 显示即 可。又如二极管温度传感器作温度测量时，要 求二极营的电流保持不变，电流越稳定则测 最越准确。 恒流源应能在备种使用条件变化的情况 下使输出电流I 保持恒定 ，恒流源的设计方 法有多种，最简单的恒流电路是采用FET或 恒流二极管 。但电流值有限 ．稳定度也较差， 本文分别论述采用运放以及集成稳压器等器 件设计制作的恒流源 2．使用运放的恒漉潭 2 I采用uA 741的100mA一2A可变恒流 源 。 uA 741为通用运放，具有较宽的共模电 压范围．采用此运放设计制作的恒流源如图1 所 示 。 此电路的原理为：集成运放的同相输入 端被钳制在V 正端稳压二极管IN751的齐纳 电压上，用电阻限制齐纳电流，恒流源输出电 流的大小由VT2集 电极 电阻R设置 ，可以改 变R使输出电流在100mA～2A范围内变化， 并可用Rp3来细调。Rp3的作用是改变运算放 大器同相输入端的参考电压，从输出到运算 12 放大器反相输入的反馈通路在R上保持一个 恒定的电压，它等于(V 一V． )，因此送给负 载一个恒定的电流 ．其值等于(V 一V、 )／R。 2．2采用三运放的恒定源 如 图2，本 电路 采用 四JFET输入运 放 TL084中的三个运放构成．它使用有源反馈 来使RI两端的电压降等于输入端所☆Ⅱ的基 维普资讯 http://www.cqvip.com 《电子与仪表~1999年第2期 技术交流 准 电~,Uref。由此得出恒 流源的输出电流I = UreflR i。 ， ( 一 · 圈2 电路的原理为 ：差分放大器Ic． 通过射 随器Ic1c监测R1两端的电位 ，此 电位经Ic． ⑦脚加到 比较器Ic 的反相输入端，由Ic 将 它与基准 电压U ref进行 比较。祝比较结果来 决定Ic ①脚的输 出电压增大或者减小，直 至达到平衡为止 ，郎 ．一 ．． ，便R1两端的电 压 始终保持恒定不变 。射随器Ic． 具有很高 的输入阻抗 ，不会给流过R1的电流带来附加 的负载电流。由于控制环路的延时较长 ，采用 电容c1对Ic 进行频率补偿 。为使恒流具有 良好的性能指标，必须R2一R3=R4=R5。如 果要改变输 出恒定电流的大小，可将R1换成 总阻值与之相近的固定电阻与可变电阻的串 联联接 采用运放的恒流源的稳定性 ，取决于基 准电压Uref、电阻器或电位器的稳定性 ，文中 2．1采用UA741的可变恒流源中，基准电压由 稳压二极管提供 ，因此其稳定性与提供U ref 的稳压二极管的齐纳电压相关。若使用另外 电源供给输入运放的U ref，要用电压稳定，纹 波系数小的电源 ，如文中2．2的Uref。为了使 电流稳定性好，电阻器及电位器要选用温度 特性好的金属膜电阻 ，并且恒定电流用的电 位器或电阻器 ．因电流较大，应尽可能选用瓦 数大的金属膜 电阻， 减少温度对电路的影 响 。 3．使用集成稳压器的恒流源 3．1使用LM31 7的恒流源 LM317为三端可调式集成稳压器 ，采用 本元件设计 的恒流源如图三所示 ，其外围元 件少 ，易于制作 ，LM31 7工 作时 。输 出端(in) 与调整端 (ADJ)之间有恒定的1．25V电压 ， 与系统地之间有50uA的电流 ，因此 ，LM31 7 是浮动工作 的电路，即通过调整端对地之间 的电阻构成 回路 。输 出电压等于调整端 电压 加上1．25V。设计时把负载电阻作为调整端 的接地电阻 ，其输出电流仅与输出端到调整 端之问的电阻R1有关 ，而与 负载电阻R．无 关。输入电压的大小与恒流源输出电流的稳 定性密切相关，只要输入的直流电压U 足够 高，那么，负载阻抗就能在较大范围内变化， 且维持负载电流恒定 若调节精 密电阻R1， 则可连续改变输 出电流的大 小。其输出电流 的计算公式为： I 一 1．25V／R 当R．=0--10Q时，I 一10mA一1．5A。 R的选择除考虑阻值外 ，输出电流较大时还 必须注意选择适当的功率 。 R‘ 幽 3 3．2使用7805的恒流源 设计 电路如图使用为 固定式集成稳压 器，它工作在悬浮状态，在输出端2和公共端3 之间接入一电阻而形成一 固定恒流 ，调节R 的大小，可以改变恒流源的值。其输出电流I． 为： U 5V 。 R R 。 式 中T。为7805的静态电流 ，它小于10mA，当 取R较小，即输出电流较大时，可以忽略I 但 维普资讯 http://www.cqvip.com 《电子 与仪表》1999年第2期 技术交流 1 不可太小 ，否则I。的变化将影响T 的恒流精 度 ，当负载R．变化时 ，78o5~改变 自身压差 来维持通过负载的电流不变 图● P J 1J 田 5 3．3使用LM338的恒流源 LM338~高精度舶三端可调式集成稳压 器，其最大输出电流为5A，调整端的电流I．≤ 50uA，△I ≤0．2uA，电压词整率S ≤0．02 ／V，负载调整率S．≤0．02 ，电压温度参数q ≤0．02 ／'C，所以为选用LM338设计的恒流 源，并作为恒流源法测量 电阻的实用电路 ，它 采用精度为万分之五的精密线绕电阻作为采 样电阻，在图5的电路中，在一定的输入 电压、 负载、环境温度变化范围内，V．具有很高的稳 14 定性 ，且T ≤1，根据集成三端稳压器的性能 得 出 ： 一 ㈤ T x 一 + T-一 1 + T (2) 则 XR (3) 在测试过程中，只要预先获得基准 电压v与 标准电阻R．的数值，即可根据公式(3)．通过 对V 的测量来求得R 的值 。其测试精度可达 0．1级 。 由固定式集成稳压器(如7805)组成的恒 流源 ．精度适中，能满足一般 电子产品需要 ， 可调式集成稳压器(如LM317、LM338)，属第 二代三端集成稳压器，它保留了固定式的特 点，具有(1)只需外接少量电阻即可组成实用 电路，线路简单可靠 ．(2)其各项性能指标均 比三端固定式集成稳压器高一个数量级。如 LM 317的静态 电流比78179系列低百倍 ．(3) 它具有集成电路独具的全过载保护功能 ，包 括限流、热过载保护和安全区域的保护，即使 调节端悬空 ，所有的保护 电路仍有效 。因此， 采用可调式集成稳压器组成的恒流源具有精 度高、稳定性好、工作可靠且线路简单等众多 优点。 参考文献 l·越学泉，张国华I电探电路)，北京 ，电于工业出版社 ． 1995．3． 2．李青山．蔡维静I寨成电于技术原理与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 应用》．哈 尔滨 ．喑尔缕工业大学出版杜 ．1991．12． 维普资讯 http://www.cqvip.com