恒流源的研究

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1、第一章引言隨看現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，恒定電流源的應(yīng)川將十分重要，如機(jī)器人、工業(yè)自動(dòng)化、衛(wèi)星通信、電力通訊、智能化儀辭儀表以及其它數(shù)字控制等方而都迫切需要應(yīng)用恒定電流器件，因此，研究和開(kāi)發(fā)恒流器件具冇十分重要的意義。許多場(chǎng)合，尤其是高精度測(cè)控系統(tǒng)需要高精度的電壓源與電流源。微電子工藝的高度發(fā)展，給我們提供了許多小型化、集成化的高精度電壓源，但電流源，特別是工作電流大的高梢度電流源仍需使用者自行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。恒流源是能夠向負(fù)載提供恒定電流的電源，因此恒流源的應(yīng)用范圍非常廣泛，并幾在許多悄況下是必不可少的。例如在用通常的充電器對(duì)蓄電池充電時(shí)，隨著蓄電池端電壓

2、的逐漸升高，充電電流就會(huì)相應(yīng)減少。為了保證恒流充電，必須隨時(shí)提高充電器的輸出電壓，但采用恒流源充電后就可以不必調(diào)整其輸出電壓，從而使勞動(dòng)強(qiáng)度降低，生產(chǎn)效率得到了提高。恒流源還被廣泛用于測(cè)量電路中，例如電阻器阻值的測(cè)量和分級(jí)，電纜電阻的測(cè)量等，且電流越穩(wěn)定，測(cè)量就越準(zhǔn)確。木論文主要概括了恒流源的基木概念，并設(shè)計(jì)出幾種不同要求的恒流源，運(yùn)用了SPCE061A單片機(jī)設(shè)計(jì)出新型數(shù)控恒流源，具有高穩(wěn)定性和高靈敏性。對(duì)以往恒流源進(jìn)行了改進(jìn)創(chuàng)新。第二章基本恒流源電路2.1恒流源基礎(chǔ)知識(shí)基木恒流源電路是恒流源電路的基木組成，是分析恒流源電路的基礎(chǔ)。2.1.1

3、恒流源介紹恒流源，是一種能向負(fù)載提供恒定電流之電路?它既可以為各種放人電路提供偏流以穩(wěn)定其靜態(tài)工作點(diǎn)，乂可以作為英冇源負(fù)載，以提高放大倍數(shù)?并H?在差動(dòng)放大電路、脈沖產(chǎn)生電路中得到了廣泛應(yīng)用?過(guò)一定的論述?然而，對(duì)各種恒流電路Z對(duì)比分析，各口應(yīng)用特點(diǎn)，以及需耍改進(jìn)的方面，還有待進(jìn)一步研究，本文就來(lái)探討這些問(wèn)題.2.1.2恒流源的原理和特點(diǎn)圍1所示為三極管的輸出待性曲線.當(dāng)Yce>1伏時(shí)，集電極電流I?；旧鲜怯苫鶚O電流1b決定的，而受YcE的％響很小(因】B不同時(shí)的各輸出特件曲線基本上是平行的),也即當(dāng)三極管的1B保持不變，V“在較大范圍內(nèi)變

4、化時(shí)，1c基本不變，三極管具有恒流源的特性?從另一個(gè)角度肴，這時(shí)三極管在Q點(diǎn)處的直流1也肛可以取得較小且為常數(shù)，而lcAVerAle非當(dāng)大.因0.總之，三極管的*保持不變時(shí)具有恒流源特性稱為恒流源,動(dòng)態(tài)電限(或稱交流電阻)r-且這時(shí)該管的直流電阻較小而交流電阻非常大.4V2丄3恒流源的分類一般而言，按照恒流源電路主要組成器件的不同，可分為三類：晶體管恒流源、場(chǎng)效應(yīng)管恒;流源、集成運(yùn)放恒流源.下面分別予以說(shuō)明?2丄3?1晶體管恒流源這類恒流源以晶體三極管為主要纟R成器件，利用晶體三極管集電極電壓變化對(duì)電流影響小，并在電路中采用電流負(fù)反饋來(lái)提高輸

5、出電流Z恒定性?通常，還釆用一定的溫度補(bǔ)償和穩(wěn)壓措施?其基本型電路如圖2」31所示.4VcC*VCml--￥U1I■■?▼T圖2.1.3.2改進(jìn)型電路Rl、R2分壓穩(wěn)定B點(diǎn)電位，Re形成電流負(fù)反饋，輸出電流I0=(Vb-VBE)/Re~Vb/Re(VB?VBE).且其等效內(nèi)阻⑷為:Tint=Fce[l+0Re(Rb+Fbe+Re)](1)式中rce為品體管T集射極間電阻，-?般為幾十千歐以上；rbe為品體管T輸入電阻，一般為幾千歐左右；Rb二R1//R2.若設(shè)Re=5kQ,Rb=10kQ,晶體管參數(shù)fee=100kQ,B=100,rbe=2.

6、6kQ.可得rint=100X1+100X5/(10+2.6+5)=3MQ可見(jiàn)，只需兒伏的工作電壓，采用一個(gè)品體管，英等效內(nèi)阻是非常巨大的?為了減小溫度變化對(duì)晶體管參數(shù)的影響進(jìn)陽(yáng)影響輸出電流的恒定性，可采用圖2」.3.2所示改進(jìn)型電路.圖2.1.3.2(a)中，二極管D作溫度補(bǔ)償，抵銷溫度變化對(duì)晶體管T參數(shù)Vbc的影響.為了更好地解決管了溫度特性一致的問(wèn)題，圖2.1.3.2(b)中，三極管T1接成二極管的形式.有時(shí)，為了減小電源電壓波動(dòng)対輸出電流之影響，圖2.1.3.2(c)中采用了穩(wěn)壓管Dz進(jìn)行穩(wěn)壓.圖2.1.3.2(b)中，流過(guò)棊準(zhǔn)電阻R

7、的電流IR與輸出電流10的關(guān)系山為：IO/IR二R2/R1,故又稱為比例電流源.若令R1二R2或都為零，則I0=IR,稱為鏡像電流源.若令Rl=0,則可得到微安量級(jí)的輸出電流，稱之為微電流源，主耍應(yīng)用于需要提供微小偏流的場(chǎng)合.有時(shí)，要實(shí)現(xiàn)輸岀電流可控，且極性可正可負(fù)的恒流源，可采用圖2」.3.3所示電路圖Vi為輸入控制電壓，三極管Tl、T2參數(shù)一致.當(dāng)Vi二0時(shí)，I1二I2,I0=0;Vi>0時(shí)，IlvI2,I0<0;Vi<0時(shí)，I1>I2,I0>0;V+Vi-VBE2Io=4ReV-Vi-Vbcl12=4Re圖2.1.3.3雙極性恒流源由圖

8、2」.3.3可得因而10=11-12二?Vi/2Rc.可見(jiàn)，輸入控制電壓Vi實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出電流I0極性與大小的控制.2.1.3.2場(chǎng)效應(yīng)管恒流源由場(chǎng)效應(yīng)晶體管作為主要