关于恒流源电路的研究与几种设计方案

1关于恒流源电路的研究与几种设计方案关键词：晶体管恒流源；场效应管恒流源；集成运放恒流源；输出电流；开关恒流源；场效应管；稳压器；开关恒流源；数控直流恒流源；SPCE061A；单片机。中文摘要本文首先从恒流源基本概念，基本电路开始分类，将恒流源电路概括为三大类。然后针对具体的思路进行设计。设计出运放构成的线性恒流源、采用开关电源的开关恒流源、集成稳压器构成的开关恒流源等三类恒流源电路，并针对单片机设计了一种数控恒流源电路，这中电路主要是运用SPCE061A单片机，并以SPCE061A为核心控制器，对整个恒流源电路进行控制。主要运行过程是：SPCE061A单片机送出相应的数字信号，经过D/A转换、信号放大、电平转换、压控恒流源，再输出所需电流；实际输出的电流经过精密电阻变成取样电压信号，经高输入阻抗放大器、A/D转换器，将信号反馈到凌阳SPCE061A单片机中构成闭环控制；通过液晶显示器显示此信号的值Aboutpermanentcurrentsourceelectricircuitcertain2questionsresearchElectronicinformationprojectGrad2003ZhangYinGeKeyword:Transistorpermanentcurrentsource;Fieldeffecttubepermanentcurrentsource;Theintegrationtransportsputsthepermanentcurrentsource;Outputcurrent;Switchpermanentcurrentsource;Fieldeffecttube;Manostat;Switchpermanentcurrentsource;Numericalcontroldirectcurrentpermanentcurrentsource;SPCE061A;Monolithicintegratedcircuit.AbstractThisarticletellaboutpermanentcurrentsourcebasicconceptatFirst,andsayaboutThebasicelectriccircuitstarts.Thepermanentcurrentsourceelectriccircuitsummaryisthreebigkinds.andthan.Carriesonthedesigninviewoftheconcretementality.DesignsThreekindofpermanentcurrentsourceselectriccircuits,isTheoperationalamplifierconstituteslinearpermanentcurrentsource、Usestheswitchingpowersupplytheswitchpermanentcurrentsource、Integratesswitchpermanentcurrentsourcewhichthemanostatconstitutesandsoon.Hasdesignedonekindofnumbercontrolpermanentcurrentsourceelectriccircuitinviewofthemonolithicintegratedcircuit.InthistheelectriccircuitmainlyutilizestheSPCE061Amonolithicintegratedcircuit，AndtakeSPCE061Aasthecorecontroller.Carriesonthecontroltotheentirepermanentcurrentsourceelectriccircuit.Themainmovementprocessis:TheSPCE061Amonolithicintegratedcircuitsendsoutthecorrespondingdigitalsignal,Transforms,thesignalafterD/Aenlarges,theleveltransforms,thevoltagecontrolpermanentcurrentsource,againoutputsneedstheelectriccurrent;TheactualoutputelectriccurrentpassesthroughtheprecisionresistortoturnthesamplingvoltagesignalAfterthehighinputimpedanceamplifier,theA/Dswitch,feedbackthesignaltoinsultsinthepositiveSPCE061Amonolithicintegratedcircuittoconstitutetheclosed-loopcontrol;Demonstratesthissignalthroughtheliquid-crystaldisplaythevalue.3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................................................................................................................................4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52.1.3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(ＶＢＶＢＥ).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6到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;Ｖｉ0时,Ｉ1Ｉ2,Ｉ00;Ｖｉ0时,Ｉ1Ｉ2,Ｉ00;且由图2.1.3.3可得V+Vi-VBE2V-Vi-Vbe1图2.1.3.3双极性恒流源I。=4I2=4ReRe.因而Ｉ0=Ｉ1-Ｉ2=-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