專利名稱：一種可提高恒流源精度的恒流源電路的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明與恒流源電路有關(guān)，具體涉及一種提高恒流源精度的恒流源電路。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，恒流源電路已經(jīng)得到廣泛應用，恒流源電路主要用于 對電流穩(wěn)定性要求較高的電路。如圖1、2所示，采用三端穩(wěn)壓器與基準電阻構(gòu)成恒流源已 經(jīng)成為構(gòu)建恒流源的一個簡單、快捷的方式。圖1所示是目前常用的由三端并聯(lián)穩(wěn)壓器構(gòu)建的恒流源電路。三端并聯(lián)穩(wěn)壓器Ul 將基準電阻R2兩端的電壓保持為一個基準值VKef，恒流源電路的電流Ib = VKef/R2，該電流 由三極管Ql提供。由圖1可以看出，本恒流源電路的期望輸出電流I。= Ib = VKef/R2，而實 際輸出電流I0 = Ia+Ib。顯而易見，本電路的缺點是三端并聯(lián)穩(wěn)壓器Ul的調(diào)節(jié)電流Ia同時 匯入到電流I0中，影響了本恒流源電路的精度。圖2所示是目前常用的由三端串聯(lián)穩(wěn)壓器構(gòu)建的恒流源電路。三端串聯(lián)穩(wěn)壓器U2 將基準電阻R4兩端的電壓保持為一個基準值V’ Kef，恒流源電路的電流I’ b = V’ Kef/R4，該 電流由三端串聯(lián)穩(wěn)壓器U2直接提供。由圖2可以看出，本恒流源電路的期望輸出電流I’。 =1\ = V' Kef/R4，而實際輸出電流I，。= I，a+I，b。顯而易見，本電路的缺點是三端串聯(lián) 穩(wěn)壓器U2的調(diào)節(jié)電流I’ a同時匯入到電流I’。中，影響了本恒流源電路的精度。通過上述兩圖所示電路總結(jié)出采用三端穩(wěn)壓器構(gòu)建恒流源的方式由三端穩(wěn)壓器 提供一個基準電壓，通過調(diào)節(jié)基準電阻的阻值來調(diào)節(jié)恒流源電路中的電流，實現(xiàn)恒流輸出。 由于三端穩(wěn)壓器的電壓溫度系數(shù)很小，當選用電阻溫度系數(shù)同量級的基準電阻后，整個恒 流源電路的電流溫度系數(shù)會很小，電路中不需要再額外添加溫度補償電路，實現(xiàn)起來簡單、 方便。由圖1、圖2可見，三端穩(wěn)壓器將基準電阻兩端電壓穩(wěn)定在一個基準值的同時，內(nèi)部的 調(diào)節(jié)電流亦會匯入到恒流源電路中。不同的三端穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)電流不同，由幾十μ A至幾十 mA不等。在普遍的由三端穩(wěn)壓器構(gòu)建的恒流源電路中，通常會將這個調(diào)節(jié)電流的影響忽略 不計。但是，若期望進一步提高恒流源的精度，或者將恒流源電路應用至小電流電路中(恒 流值從幾mA至幾百mA)，則需要考慮調(diào)節(jié)電流的影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對目前常用的恒流源電路的不足，提供一種提高恒流源精度的 恒流源電路通過在電路中增加運算放大器，消除調(diào)節(jié)電流的影響，提高恒流源精度。—種可提高恒流源精度的恒流源電路，該電路是由三端并聯(lián)穩(wěn)壓器構(gòu)建的，包括 一個三端并聯(lián)穩(wěn)壓器、一個降壓電阻、一個供電電源、一個基準電阻、一個負載及一個三極 管，其特征在于該電路進一步包括一個運算放大器、一個導流電阻及一個補償電阻；三端 并聯(lián)穩(wěn)壓器的公共端連接運算放大器的負輸入端，導流電阻連接在運算放大器的負輸入端 和電源地Gnd之間，三端并聯(lián)穩(wěn)壓器的輸出端接運算放大器的輸出端，基準電阻連接在三 端并聯(lián)穩(wěn)壓器的調(diào)節(jié)端和運算放大器的正輸入端之間，降壓電阻連接在供電電源Vcc和三極管基極之間，三極管基極連接運算放大器的輸出端，三極管集電極連接供電電源Vcc，三 極管發(fā)射極連接三端并聯(lián)穩(wěn)壓器的調(diào)節(jié)端，補償電阻與負載連接在運算放大器的正輸入端 和電源地Gnd之間。利用運算放大器輸入端電壓相同的原理，保證了基準電阻兩端的電壓即為三端并 聯(lián)穩(wěn)壓器的基準電壓；利用導流電阻吸收三端并聯(lián)穩(wěn)壓器的調(diào)節(jié)電流，保證恒流源電路的 輸出電流不受調(diào)節(jié)電流的影響，提高了恒流源的精度。一種可提高恒流源精度的恒流源電路，該電路是由三端串聯(lián)穩(wěn)壓器構(gòu)建的，包括 一個三端串聯(lián)穩(wěn)壓器、一個供電電源、一個基準電阻及一個負載，其特征在于該電路進一 步包括一個運算放大器及一個補償電阻；三端串聯(lián)穩(wěn)壓器的輸入端連接供電電源Vcc，三 端串聯(lián)穩(wěn)壓器的調(diào)節(jié)端連接運算放大器的輸出端，運算放大器的負輸入端連接運算放大器 的輸出端，基準電阻連接在三端串聯(lián)穩(wěn)壓器的輸出端和運算放大器的正輸入端之間，補償 電阻與負載連接在運算放大器的正輸入端和電源地Gnd之間。通過運算放大器構(gòu)建一個電壓跟隨器，保證運算放大器的輸出電壓與輸入電壓相 同，由此保證了基準電阻兩端的電壓即為三端串聯(lián)穩(wěn)壓器的基準電壓；利用運算放大器的 輸出端吸收三端串聯(lián)穩(wěn)壓器的調(diào)節(jié)電流，保證恒流源電路的輸出電流不受調(diào)節(jié)電流的影 響，提高了恒流源的精度。本發(fā)明的優(yōu)點是1、通過運算放大器等構(gòu)建導流回路，吸收三端穩(wěn)壓器的調(diào)節(jié)電流，提高了恒流源 的精度。2、對原電路改動不大，易于實現(xiàn)，成本低。
圖1是目前常用的由三端并聯(lián)穩(wěn)壓器構(gòu)建的恒流源電路原理圖；圖2是目前常用的由三端串聯(lián)穩(wěn)壓器構(gòu)建的恒流源電路原理圖；圖3是本發(fā)明的一個實施方案的電路原理圖；圖4是本發(fā)明的另一個實施方案的電路原理圖；圖5是一個實施方案的電流誤差對比曲線圖；圖6是另一個實施方案的電流誤差對比曲線圖。
具體實施例方式實施方案1本發(fā)明的恒流源電路如圖3所示，本電路是對圖1所示恒流源電路的改進。在圖3所示的恒流源電路中，運算放大器U3的負輸入端接三端并聯(lián)穩(wěn)壓器Ul的 公共端A，導流電阻R7連接在運算放大器U3的負輸入端和電源地Gnd之間。運算放大器U3 的輸出端連接三極管Ql的基極，三端并聯(lián)穩(wěn)壓器Ul的輸出端C連接三極管Ql的基極，降 壓電阻Rl連接在供電電源Vcc和三極管Ql的基極之間。三極管集電極連接供電電源Vcc， 三極管發(fā)射極連接三端并聯(lián)穩(wěn)壓器的調(diào)節(jié)端R?；鶞孰娮鑂2連接在三端并聯(lián)穩(wěn)壓器Ul的 調(diào)節(jié)端R和運算放大器U3的正輸入端之間。補償電阻R6連接在運算放大器U3的正輸入 端和負載R3之間，負載R3連接在補償電阻R6和電源地Gnd之間。
本電路中，三端并聯(lián)穩(wěn)壓器Ul的調(diào)節(jié)端R與公共端A之間的電壓為VKef，即Vk-Va =VEef0根據(jù)運算放大器的原理，可知運算放大器U3的正負輸入端電壓相等，即V+ = V_。故 基準電阻R2兩端的電壓Vk2 = Vk-V+ = VK-V_ = Ve-Va = VEef0為了保證三端并聯(lián)穩(wěn)壓器Ul 的調(diào)節(jié)端R和公共端A之間的電壓恒為VKef，三端并聯(lián)穩(wěn)壓器Ul的輸出端C至公共端A始 終有調(diào)節(jié)電流Ia通過，運算放大器U3的輸入端阻抗很大，故調(diào)節(jié)電流Ia基本都從導流電阻 R7上通過。根據(jù)運算放大器原理，可知運算放大器U3的正輸入端電流基本為零，故最終至 負載的電流I0 = Ib,即I0 = VEef/R2o為了保證負載R3可以從零變化，在恒流源電路的輸出端增加補償電阻R6。因為三 端并聯(lián)穩(wěn)壓器Ul從輸出端C至公共端A始終有調(diào)節(jié)電流Ia存在，故運算放大器U3的負輸 入端上對地始終有電壓存在，即V_ Φ 0。若未增加補償電阻R6，則當負載R3為零時，運算 放大器U3正輸入端對地電壓V+ = 0。則整個電路不平衡，無法保證基準電阻R2兩端的電 壓始終為三端并聯(lián)穩(wěn)壓器Ul的基準電壓VKrf，即無法實現(xiàn)恒流。相對于圖1所示的恒流源電路，本發(fā)明的恒流源電路消除了三端并聯(lián)穩(wěn)壓器Ul的 調(diào)節(jié)電流Ia對恒流源電路的影響，保證了恒流源電路的實際輸出電流Itj即為期望輸出電流 VKef/R2。本電路中采用的元器件型號參數(shù)為三端并聯(lián)穩(wěn)壓器Ul :TL431 ；運算放大器U3 LMl58 ；三極管Q1:S9013;電阻 Rl :400Ω，R2 199. 1 Ω，R3 :0 300 Ω，R6 :100Ω，R7 :100Ω。如圖5所示，負載R3在0 300Ω內(nèi)變化，采用四位半萬用表讀取負載R3在0 Ω、 50 Ω、100 Ω、150 Ω ,200 Ω、250 Ω ,300 Ω七個阻值上的電壓，由此計算出當前阻值下負載 R3上通過的電流。圖中實線部分表示采用了本發(fā)明的恒流源電路后，輸出電流I。的絕對誤 差變化；虛線部分表示圖1所示恒流源電路的輸出電流I。的絕對誤差變化。整個變化過程 中，圖1所示電路的基準電阻R2兩端的電壓變化范圍為2. 496V 2. 499V ；采用了本發(fā)明 的恒流源電路后，基準電阻R2兩端的電壓變化范圍為2. 496V 2. 500V?？梢?，采用運算放 大器U3前后對基準電阻R2兩端的電壓變化影響不大。TL431的基準電壓為2.5V，故圖1、圖3所示恒流源電路的期望輸出電流I。= 2. 5/199. 1 = 12. 5565mA。以此電流作為參考基準，計算圖1、圖3所示恒流源電路的輸出電
流I。的誤差。如圖5所示，圖1所示恒流源電路的輸出電流I。絕對誤差范圍為4 16mA，相對 誤差范圍為31. 86% 127. 42%;采用了本發(fā)明的恒流源電路后，恒流源電路的輸出電流I。 絕對誤差范圍為士0.007mA，相對誤差范圍為士0.056%?？梢?，采用了本發(fā)明的恒流源電 路后，整個恒流源電路的精度提高了三個數(shù)量級，可保證應用至高精度恒流源電路或小電 流恒流源電路中。實施方案2本發(fā)明的恒流源電路如圖4所示，本電路是對圖2所示恒流源電路的改進。在圖4所示的恒流源電路中，利用運算放大器U4構(gòu)建電壓跟隨器。運算放大器U4 的負輸入端連接三端串聯(lián)穩(wěn)壓器U2的調(diào)節(jié)端A，運算放大器U4的輸出端連接三端串聯(lián)穩(wěn)壓器U2的調(diào)節(jié)端A?；鶞孰娮鑂4連接在運算放大器U4的正輸入端和三端串聯(lián)穩(wěn)壓器U2的 輸出端0之間。補償電阻R8連接在運算放大器U4的正輸入端和負載R5之間。負載R5連 接在補償電阻R8和電源地Gnd之間。三端串聯(lián)穩(wěn)壓器U2的輸入端I連接電源Vcc。本電路中，三端串聯(lián)穩(wěn)壓器U2的輸出端0和調(diào)節(jié)端A之間的電壓為V’Kef，即Vq-Va = V’Krf。根據(jù)電壓跟隨器的特性，運算放大器U4的輸入電壓等于輸出電壓，即V+ = VA。故 基準電阻兩端的電壓Vk4 = VtrV+ = V0-Va = V’ Eef0為了保證三端串聯(lián)穩(wěn)壓器U2的輸出端0與調(diào)節(jié)端A之間的電壓恒為V’Kef，三端串 聯(lián)穩(wěn)壓器U2的輸入端I至調(diào)節(jié)端A始終有調(diào)節(jié)電流I’ a通過，運算放大器U4輸入端阻抗 很大，故調(diào)節(jié)電流I’ a基本都從運算放大器U4的輸出端流過。根據(jù)運算放大器原理，可知 運算放大器U4的正輸入端電流基本為零，故最終至負載的電流I’。= I’ b，即I’。= V’ Eef/ R4。為了保證負載R5可以從零變化，在恒流源電路的輸出端增加補償電阻R8。本電路 中運算放大器U4的輸出端對地電壓不會絕對為零，即Vtj興0。若未增加補償電阻R8，則當 負載R5為零時，運算放大器U4的正輸入端對地電壓V+ = 0。則整個電路不平衡，無法保證 基準電阻R4兩端的電壓始終為三端串聯(lián)穩(wěn)壓器U2的基準電壓V’ Eef,即無法實現(xiàn)恒流。相對于圖2所示的恒流源電路，本發(fā)明的恒流源電路消除了三端串聯(lián)穩(wěn)壓器U2的 調(diào)節(jié)電流I’ 3對恒流源電路的影響，保證了恒流源電路的實際輸出電流I’。即為期望輸出 電流 V，Kef/R4。本電路中采用的元器件型號參數(shù)為三端串聯(lián)穩(wěn)壓器U2 LM317 ；運算放大器U4 LMl58 ；電阻 R4 199. 5 Ω，R5 :0 700 Ω，R8 50 Ω。如圖6所示，負載1 5在0 7000內(nèi)變化，采用四位半萬用表讀取負載R5在0 Ω、 100Ω、200Ω、300Ω、400Ω、500Ω、600Ω、700Ω八個阻值上的電壓，由此計算出當前阻值 下負載R5上通過的電流。圖中實線部分表示采用了本發(fā)明的恒流源電路后，輸出電流I’。 的絕對誤差變化；虛線部分表示圖2所示恒流源電路的輸出電流I’。的絕對誤差變化。整 個變化過程中，圖2所示電路的基準電阻R4兩端的電壓變化范圍為1. 198V 1. 251V ；采 用了本發(fā)明的恒流源電路后，基準電阻R4兩端的電壓變化范圍為1.250V 1.251V?？梢?， 采用運算放大器U4后，基準電阻R4兩端的電壓更好的穩(wěn)定在1. 25V附近。LM317的基準電壓為1. 25V，故圖2、圖4所示恒流源電路的期望輸出電流I’。= 1. 25/199. 5 = 6. 2657mA。以此電流作為參考基準，計算圖2、圖4所示恒流源電路的輸出電 流I’。的誤差。如圖6所示，圖2所示恒流源電路的輸出電流I’。絕對誤差范圍為0. 01 0. 05mA, 相對誤差范圍為0. 16% 0. 8%;采用了本發(fā)明的恒流源電路后，恒流源電路的輸出電流仏 絕對誤差范圍為0. 002 0. 0045mA，相對誤差范圍為0. 032% 0. 072%?？梢?，采用了本 發(fā)明的恒流源電路后，整個恒流源電路的精度提高了一個數(shù)量級，可保證應用至高精度恒 流源電路或小電流恒流源電路中。上述兩實施方案中，采用相應元件只是為了更好的說明本發(fā)明，實際應用中對元 件并無特殊要求。三端穩(wěn)壓器等可采用其他類似產(chǎn)品。
權(quán)利要求
一種可提高恒流源精度的恒流源電路，該電路是由三端并聯(lián)穩(wěn)壓器構(gòu)建的，包括一個三端并聯(lián)穩(wěn)壓器、一個降壓電阻、一個供電電源、一個基準電阻、一個負載及一個三極管，其特征在于該電路進一步包括一個運算放大器、一個導流電阻及一個補償電阻；三端并聯(lián)穩(wěn)壓器的公共端連接運算放大器的負輸入端，導流電阻連接在運算放大器的負輸入端和電源地Gnd之間，三端并聯(lián)穩(wěn)壓器的輸出端接運算放大器的輸出端，基準電阻連接在三端并聯(lián)穩(wěn)壓器的調(diào)節(jié)端和運算放大器的正輸入端之間，降壓電阻連接在供電電源Vcc和三極管基極之間，三極管基極連接運算放大器的輸出端，三極管集電極連接供電電源Vcc，三極管發(fā)射極連接三端并聯(lián)穩(wěn)壓器的調(diào)節(jié)端，補償電阻與負載連接在運算放大器的正輸入端和電源地Gnd之間。
2.一種可提高恒流源精度的恒流源電路，該電路是由三端串聯(lián)穩(wěn)壓器構(gòu)建的，包括一 個三端串聯(lián)穩(wěn)壓器、一個供電電源、一個基準電阻及一個負載，其特征在于該電路進一步 包括一個運算放大器及一個補償電阻；三端串聯(lián)穩(wěn)壓器的輸入端連接供電電源Vcc，三端 串聯(lián)穩(wěn)壓器的調(diào)節(jié)端連接運算放大器的輸出端，運算放大器的負輸入端連接運算放大器的 輸出端，基準電阻連接在三端串聯(lián)穩(wěn)壓器的輸出端和運算放大器的正輸入端之間，補償電 阻與負載連接在運算放大器的正輸入端和電源地Gnd之間。
全文摘要
一種可提高恒流源精度的恒流源電路，由三端并聯(lián)穩(wěn)壓器構(gòu)建，包括一個三端并聯(lián)穩(wěn)壓器、一個降壓電阻、一個供電電源、一個基準電阻、一個負載及一個三極管，進一步包括一個運算放大器、一個導流電阻及一個補償電阻；三端并聯(lián)穩(wěn)壓器公共端連接運算放大器負輸入端，導流電阻連接在運算放大器的負輸入端和電源地Gnd之間，三端并聯(lián)穩(wěn)壓器輸出端接運算放大器輸出端，基準電阻連接在三端并聯(lián)穩(wěn)壓器的調(diào)節(jié)端和運算放大器正輸入端之間，降壓電阻連接在供電電源Vcc和三極管基極之間，三極管基極連接運算放大器輸出端，三極管集電極連接供電電源Vcc，三極管發(fā)射極連接三端并聯(lián)穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)端，補償電阻與負載連接在運算放大器正輸入端和電源地Gnd之間。
文檔編號G05F1/56GK101957626SQ20101027146
公開日2011年1月26日 申請日期2010年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者周堯明, 柳孔明, 武哲, 祝明 申請人:北京航空航天大學