工业控制 | 能源技术 | 汽车电子 | 通信网络 | 安防监控 | 智能电网 | 移动手持 | 无线技术 | 家用电器 | 数字广播 | 消费电子 | 应用软件 | 其他方案

电路设计->综合电路图->综合电路图->7种直流恒流源电路分析

7种直流恒流源电路分析

作者:fanxiaoxi 时间:2024-06-11 收藏

传感器及发光器件常需恒流源供电,精确测量微小电阻一般也要用到恒流源。 恒流源的本质是其具有调节负载两端电压的能力,凡具有电压调整能力的器件均可构成恒流源,包括运放、稳压芯片、三极管、MOS管等。 下面以运放和电压调节器为例来构成恒流源。

一. 图一所示的V/I转换电路中,对采样电阻Rs左侧电压Uo1执行负反馈,右侧电压Ua跟随到同相输入端,以维持Rs两端电压恒定。 对运放A1而言,是局部负反馈电路,仍满足虚短条件,属同相加法器电路,可进行如下推导运算。

Up1为Ui和Uo2在同相端P1处的叠加,即Up1=0.5Ui+0.5Uo2 ;

Uo1=2Up1=Ui+Uo2 ,

Uo1-Uo2=Ui,其中的Uo2=Ua,

即Uo1-Ua=Ui ,可见Rs两端的电压为Ui; 因Ip2=0 ,流过负载的电流IL=Io=Ui/Rs,负载上的电流与电压成正比例函数关系,转换系数是1/Rs ,当Rs=500欧时,IL=0.002Ui 例如,若Ui=0~10V,则lL=0~20mA。 如果Ui由精密的基准源Vref给定,Rs采用低温漂精密电阻,则负载将流过精确的恒定电流IL=Vref/Rs 。 下面将利用TL431B产生的基准电压,将图一电路改成恒流源。

对照图二右侧的TL431内部原理框图,调整端R连接至内部运放的同相输入端,是虚断的,IR=0 ,可知左图中的I1=I2 ; 当A点电压超过2.495V时,内部三极管T就会导通进行电压调节,多余电压加在R0上,使A点电压维持在2.495V,根据I1=I2方程,可得:(Vout-2.495)/R1=2.495/R2即Vout=(1+R1/R2)*2.495 ; 图示输出电压可以在2.495~5V之间调节,下面用此基准电压,结合图一原理,来构成一个可调恒流源,如图三所示。

由图一电路原理可知,负载电流IL=Vref/Rs ,由于Vref和Rs都是精确值,IL就是恒定值。 为减小对基准源的影响,同时提高运放A1的运算精度,增加电压跟随器A0作隔离缓冲; Vref=2.5V~7.5V,取Rs=360欧,电流可恒定在7mA至20mA之间的一个值上; 也可以保持Vref不变,将Rs用精密多圈电位器代替,通过改变Rs来调整恒流值。 运放的输出电流一般都比较小,需要输出较大的恒定电流时,可以用三极管、达林顿管和MOSFET进行扩流,可以在图三基础上进行扩流,也可用图四和图五所示电路进行扩流。

图四是由运放和三极管组成的V/I转换电路,输入信号Ui经R1加至A1的同相端,T1发射极接有负反馈电阻Rp和RL,负反馈信号经A2缓冲后,经由电阻R3加到A1反相端; 负载电阻RL为正反馈电阻,经A3缓冲后,经由电阻R4加至A1同相输入端;

R1=R2 ,R3=R4,整体电路属于电流串联负反馈电路,具有比较好的恒流特性,设R1=R2=m ,R3=R4=n .根据叠加:

Up=n/(m+n)*Ui+m/(m+n)*Ub;

Un=m/(m+n)*Ua

由Up=Un,得Ua-Ub=n/m*Ui

而Ua-Ub=Io*Rp,得Io=n/(mRp)*Ui;

按图四参数,如取Rp=500欧,则Io=4Ui ; Ui=1~5V ,则Io=4~20mA 。 可以看出,输出电流Io与输入电压成正比例函数关系,改变Rp可以调整转换系数。

将Ui用基准源提供,Rp用采样电阻代替,选合适功率的三极管,即可得到需要的恒流源。 如图五所示,将R1~R4取相同的值,则有:

Io=Vref/Rs ,采样电阻Rs取不同的定值,即可得到不同大小的恒流源,但应注意Io(RL+Rs)应小于电源电压,并根据电流大小确定三极管和采样电阻Rs的功率参数。

二. 恒流源也可由稳压芯片构成,由可调稳压芯片LM317构成的恒流源如图六所示。

图六右侧为LM317构成电流源时的内部原理框图,内部运放A构成负反馈。

向上=1.25V+(Iadj+Is)RL ;

Un=IsRs+(Is+Iadj)RL ;

由Un=Up ,得Is=1.25/Rs ;

负载上电流:Io=Is+Iadj ,其中Iadj仅50微安左右,且很稳定,变化量只有0.2~5uA,可以认为输出电流Io是恒定的,近似计算时忽略Iadj,

Io=Is=1.25/Rs ;Rs为LM317输出端和调整端之间连接的取样电阻。

LM317内部电路需要足够的压差才能正常工作,要求最小输出电流应在5mA以上; 当需要10~100mA的恒流源时,选用TO-92封装的小功率LM317L,对应的电路图如图六左侧所示;当需要使用100mA~1A的恒流源时,可用TO-220封装的LM317 。最大恒流值除与LM317自身额定电流有关外,还与输入和输出的压差有很大关系,电流比较大时,输入电压不要选太高。

图七中的LM317LZ构成了15mA的恒流源,用于驱动双向可控硅光耦,可以适应3.3V~24VDC的驱动电压,电压虽变,驱动效果不变。



评论

技术专区