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DIY 精密测量用1mA、10mA、100mA恒流源

时间:2012-10-19  来源:38hot  作者:lymex

前言
顾名思义,恒流源就是恒定电流输出的电流源,也就是无论负载如何变化,或者其它因素如何变化,输出电流都保持恒定的意思。
当然,这是个理想情况,实际上恒流源也都有自己的最大输出电压,外接因素变化都需要有个范围,而实际与理想的差异,往往就决定了恒流源的指标
1、恒定电流范围
固定的还是可调的,最大输出电流是多少
2、输出电压范围
比如是否从0电压输出就可以恒流,最大输出电压
3、输出动态阻抗
即输出电压改变后,电流变化多少
4、温度系数
温度每度改变,恒流电流变化%多少或者多少个ppm
5、噪声
本底噪声、相对噪声都是多大的
6、长期稳定性
也就是恒流电流随时间的变化特性,基准恒流源或计量用的对这点要求较高
7、设置的准确性
8、、、

恒流源的用途,可以是信号级别的,提供恒定电流的激励,也可以是电源级别的,在负载变化时提供恒定电流。


恒流源的原理上看,电流很难自己独立产生,的确有一些器件是电流型的例如恒流二极管,但特性很差。因此,好一些的电流都是要根据电压和狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台来产生,公式就是I=V/R,而电压和狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台都有很精密的元器件。这样,从理论上说,一个精密的电压和一个精密的狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台,就能确定一个精密的电流;同时,这个电流的各项指标,例如温漂、噪声等,直接取决于这个电压和狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台,计算方法就是直角三角形的斜边与两个直角边的关系,当然还要加上运放的特性(如果有的话)。对于变化的恒流源,很可能是用狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台在大范围内变化(换档),而用电压的变化来小范围调整。对于固定的恒流源,这个狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台可能不是一个,需要匹配。这样,无论一个恒流源的电路多么复杂,总会至少有一个基准电压,至少有一个狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台,决定了这个恒流源的大小。电压可以写成Vref,狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台可以写成Rs,这里的s就是sample的意思,Rs就是采样狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台,因此可以有Is = Vref / Rs。


恒流源的具体实现方法,有好多电路,例如:
1、二端恒流器件
例如恒流二极管,加上电压后,只要超过一定值,电压基本恒定,这样就可以简单的用电源/电池实现恒流。二端恒流器件有简单的参数型(例如白炽灯泡曾经被作为恒流),而现代更多是采用场效应管、有源器件来做。




2、浮动电压基准
用一个运放加一个稳压管,可以方便的实现恒流。而若采用类似LM385-1.2这样的特性不错的稳压管,就非常方便。尽管这个电路基准悬浮,但负载是接地的。




3、浮动负载压控型
压控恒流有时很好用,方便调节,控制电压可以由DAC来产生。
用一个运放加一个采样狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台就可以实现,但负载是浮动的,所以应用面会受到限制。




4、采用运放+三极管(或JFET、MOS)的压控恒流源
这是经典的电路,简单而高性能,但输出是共源不共地的。用MOS管的话输入电容大容易振荡,用BJT的话Ib大影响精度,而JFET+BJT复合管则很好的解决了这个矛盾。R2=10k选择不同的,可以改变运放稳态输出电压。R1就是电流采样狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台,输出电流 = Vin / R1。


有时为了让输出共地,要牺牲压控特性,把基准接到电源上去(实际从电源向下也是可以压控的,但难做),比较适合固定电流源:



5、只用运放的压控恒流源
这种电路比较复杂,但比较好用,因为控制电压和输出电流都是共地的。
单运放的,主要是这种改型Howlland电路,原理上看是借鉴了差分放大器的,需要两对匹配狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台:


其中要求,R2/R1 = (R4+Rs) /R3,恒流电流为UI / Rs。
这个电路恒流原理证明如下:
Ua=2Uc=2.00Ud
R3电流=(Ud-1)/100k=R4电流
Ub=Ud+99k*(Ud-1)/100k=1.99Ud-0.99
Ua-Ub=0.01Ud+0.99
因此Rs电流=0.01Ud/1k+0.99/1k
因此RL电流=Rs电流-R4电流
=0.01Ud/1k+0.99/1k  - (Ud-1)/100k
=100/100k=1mA
这个1mA电流与负载狗万类似的平台_狗万赢钱技巧_狗万垃圾平台RL无关。

但经常被使用的是双运放的改进型,特点是可以方便的、大范围的换档改变电流:


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