恒流源电路基础介绍

你了解恒流源电路吗，本文就来介绍一下恒流源电路。

什么是恒流源电路?

恒流源由信号源和电压控制电流源(VCCS)两部分组成。正弦信号源采用直接数字频率合成(DDS)技术，即以一定频率连续从EPROM中读取正弦采样数据，经D/A转换并滤波后产生EIT所需的正弦信号。本系统采用DDS集成芯片AD9830，其内部有两个12位相位寄存器和两个32位频率寄存器。在单片机的控制下对相应的寄存器置数就可以方便得到2MHz以下的任意频率和相位的输出，其中频率精度为1/ 2 32，相位分辨率为2π/2 12，输出幅度也可以在一定的范围内调节，因此能满足系统多频激励(10kHz～1MHz)的要求。

恒流源电路基本原理

为热源提供高稳定的电流Ih以取得恒定的加热功率，这是传感器得以稳定有效工作的一个关键,该电路基于能隙基准机理工作图5给出了简化的电路原理图.

图5中虚线框即是产生恒定电流的核心电路

功率，设计中采用精密片状铂薄膜电阻构成与文献报道中使用的半导体扩散电阻相比，精密铂电阻的阻值精度高出近4个数量级且数值稳定,根据焦耳.楞次定律，电阻的发热功率与阻值和加热电流平方的乘积成正比，加上加热电流与铂电阻阻值的良好热配合，热源的加热功率在测量过程中基本维持不变，明显改善了电路的精度和稳定性.

以下是几款经典的恒流源电路：

恒流源电路一：增强型n-MOSFET构成基本恒流源电路

下图是增强型n-MOSFET构成的一种基本恒流源电路。为了保证输出晶体管T2的栅-源电压稳定，其前面就应当设置一个恒压源。实际上，T1二极管在此的作用也就是为了给T2提供一个稳定的栅-源电压，即起着一个恒压源的作用。因此T1应该具有很小的交流电导和较高的跨导，以保证其具有较好的恒压性能。T2应该具有很大的输出交流电阻，为此就需要采用长沟道MOSFET，并且要减小沟道长度调制效应等不良影响。

恒流源电路二：BJT构成的基本恒流源电路

下图是用BJT构成的一种基本恒流源电路。其中T2是输出恒定电流的晶体管，晶体管T1就是一个给T2提供稳定基极电压的发射结二极管。当然，T1的电流放大系数越大、跨导越高，则其恒压性能也就越好。同时，为了输出电流恒定(即提高输出交流电阻)，自然还需要尽量减小T2的基区宽度调变效应(即Early效应)。另外，如果采用两个基极相连接的p-n-p晶体管来构成恒流源的话，那么在IC芯片中这两个晶体管可以放置在同一个隔离区内，这将有利于减小芯片面积，但是为了获得较好的输出电流恒定的性能，即需要特别注意增大横向p-n-p晶体管的电流放大系数。

高精度恒流源电路图(三)

采用开关电源的开关恒流源电路构成如图2.3.2所示。BG1为开关管，BG2为驱动管，RL为负载电阻，RS为取样电阻，SG3524为脉宽调制控制器，L1、E2、E3、E4为储能元件，RW提供基准电压Uref。图采用开关电源的开关恒流源工作原理：减小开关器件的导通损耗和开关损耗是提高电路效率的关键。为此，器件选择饱和压降小、频率特性好的开关三极管和肖特基续流二极管。

扼流圈L1的磁芯上再绕一个附加线圈，利用电磁反馈降低开关三极管的饱和压降，并采用合理的结构设计，使电路的分布参数得到有效的控制。当电源电压降低或负载电阻RL降低时，则取样电阻RS上的电压也将减少，则SG3524的12、13管脚输出方波的占空比增大，从而使BG1导通时间变长，使电压U0回升到原来的稳定值。BG1关断后，储能元件L1、E2、E3、E4保证负载上的电压不变。当输入电源电压增大或负载电阻值增大引起U0增大时，原理与前类同，电路通过闭环反馈系统使U0下降到原来的稳定值，从而达到稳定负载电流IL的目的。

高精度恒流源电路图(四)

压控恒流源电路设计压控恒流源是系统的重要组成部分，它的功能是用电压来控制电流的变化，由于系统对输出电流大小和精度的要求比较高，所以选好压控恒流源电路显得特别重要。采用如下电路：电路原理图如图2.4.3所示。该恒流源电路由运算放大器、大功率场效应管Q1、采样电阻R2、负载电阻RL等组成

硬件设计

电路中调整管采用大功率场效应管IRF640。采用场效应管，更易于实现电压线性控制电流，既能满足输出电流最大达到2A的要求，也能较好地实现电压近似线性地控制电流。因为当场效应管工作于饱和区时，漏电流Id近似为电压Ugs控制的电流。即当Ud为常数时，满足：Id=f(Ugs)，只要Ugs不变，Id就不变。在此电路中，R2为取样电阻，采用康铜丝绕制(阻值随温度的变化较小)，阻值为0.35欧。运放采用OP-07作为电压跟随器，UI=Up=Un，场效应管Id=Is(栅极电流相对很小，可忽略不计)所以Io=Is=Un/R2=UI/R2。正因为Io=UI/R2，电路输入电压UI控制电流Io，即Io不随RL的变化而变化，从而实现压控恒流。同时，由设计要求可知：由于输出电压变化的范围U〈=10V，Iomax=2A，可以得出负载电阻RLmax=5欧。

恒流源电路就是要能够提供一个稳定的电流以保证其它电路稳定工作的基础。即要求恒流源电路输出恒定电流，因此作为输出级的器件应该是具有饱和输出电流的伏安特性。这可以采用工作于输出电流饱和状态的BJT或者MOSFET来实现。