1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 使用運(yùn)放向負(fù)載電阻輸出電流實(shí)現(xiàn)微安級恒流源的電路設(shè)計(jì) 恒流源在各種測量電子電路和傳感器電子電路中應(yīng)用廣泛，是開關(guān)電源、信號檢測和功率放大等場合中不可替代的測試單元。微安級數(shù)控恒流源更是廣泛地應(yīng)用于智能儀器和先進(jìn)檢測技術(shù)中。與一般的恒流源電路相比，微安級恒流源輸出電流小，更易受到電路中紋波和噪聲的影響，在器件選擇和電路設(shè)計(jì)方面尤其要注意高 和高阻抗。正是由于這些特點(diǎn)，微安級恒流源的電路設(shè)計(jì)方法與普通的恒流源電路有所區(qū)別。 1微安級數(shù)控恒流源的一般設(shè)計(jì)方法 雖然恒流源的電路形式各種各樣，但是其電路構(gòu)造基本一樣，都是基于閉環(huán)反應(yīng)的思想，反應(yīng)的形式主要有晶體管反應(yīng)、場效

2、應(yīng)管反應(yīng)、并聯(lián)穩(wěn)壓器反應(yīng)、運(yùn)算放大器反應(yīng)等。數(shù)控恒流源的一般構(gòu)造框圖如圖1所示，根據(jù)所需的恒流電路的電流值，系統(tǒng)首先通過微處理器計(jì)算出對應(yīng)的電壓值，由DA轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)輸出電壓，經(jīng)過濾波電路的處理，和誤差放大、功率放大、電流檢測比較放大以及電壓電流轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)，在負(fù)載電阻所在回路輸出恒定的電流。 精細(xì)的恒流源電路多是使用運(yùn)算放大器作為負(fù)反應(yīng)的誤差放大器，以晶體管或場效應(yīng)管作為功率放大器件，從而形成閉環(huán)反應(yīng)電路。微安級恒流源電路的設(shè)計(jì)也是基于這種閉環(huán)反應(yīng)的思想，所不同的是由于在功率放大環(huán)節(jié)使用的晶體管或場效應(yīng)管都有數(shù)微安或者數(shù)十微安的漏電流，會影響電路的 ，遠(yuǎn)超過微安級電路所允許的誤差范圍。而一般運(yùn)放的

3、輸出帶載能力都能到達(dá)數(shù)毫安或者數(shù)十毫安，能滿足微安級恒流源電路所需的輸出要求。因此在微安級恒流源中無需采用功率放大器件，而直接使用運(yùn)放向負(fù)載電阻輸出電流。即運(yùn)放既起到誤差放大器的作用，又起到功率放大器的作用。如此設(shè)計(jì)不僅能滿足要求，也能減小由于功率放大引起的誤差和功率損耗，提高電路的 和效率。 圖2所示為典型的微安級恒流源電路。DA轉(zhuǎn)換器輸出給定電壓后，經(jīng)R1和C1組成的低通濾波器送入運(yùn)放同相輸入端，運(yùn)放輸出端接負(fù)載，電流采樣電阻R3將輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓，進(jìn)入運(yùn)放的反向輸入端構(gòu)成負(fù)反應(yīng)。圖中R3為采樣電阻，需采用初始 高、溫度漂移系數(shù)低的精細(xì)電阻。 下面舉例說明元器件參數(shù)的選擇，如需要設(shè)計(jì)01

4、0A的數(shù)控電流源，所選DA轉(zhuǎn)換器的參考電壓為2.5V，即DA轉(zhuǎn)換器的 輸出電壓Vmax為2.5V，在此電路中，應(yīng)該對應(yīng) 的輸出電流Imax為10A，根據(jù)運(yùn)放“虛短虛斷”的原則，R3的值應(yīng)由式（1）確定。 因此R3應(yīng)取250k。 2差分電路在微安級恒流源電路中的應(yīng)用 圖2所示的微安級恒流源電路，簡單可靠，但存在兩個問題。a.運(yùn)放反向輸入端的偏置電流會影響電路的 ，尤其是對于微安級的電路影響很大。因此必須選用偏置電流較小的運(yùn)放，如FET型的運(yùn)放。b.在此電路中，負(fù)載沒有共地。由于在地線上串入了電阻，流入地電平的電流將在取樣電阻上產(chǎn)生電壓，此電壓將以地電平噪聲的形式出現(xiàn)在系統(tǒng)的所有地節(jié)點(diǎn)上，這樣將嚴(yán)

5、重影響模擬電路的 甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)數(shù)字電路的誤動作。 為了使電路的應(yīng)用更為廣泛，可以采用圖3所示的電路構(gòu)造。 此電路通過差分放大器的拓?fù)湫问浇鉀Q了恒流源負(fù)載不共地的問題，負(fù)載是接在輸出與地線之間。在此電路中，由于采用了差分構(gòu)造，因此需慎重選擇電阻，其中Rl和R2，R3和R4，R5和R6分別相等，如果這三對電阻選得不對稱，將會嚴(yán)重影響輸出電流的 。通過運(yùn)放“虛短虛斷”的原則，可以計(jì)算出在此電路中DA轉(zhuǎn)換器輸出lV的電壓對應(yīng)恒流源電路的輸出電流為10A。 3運(yùn)用儀表放大器設(shè)計(jì)微安級恒流源電路 差分放大型電路雖然解決了恒流源負(fù)載不共地的問題，但電路構(gòu)造較復(fù)雜，而且由于使用了三對大阻值精細(xì)電阻，器件難以

6、購買，使得電路的成本大大提高，通用性降低。但是，可以基于上述電路思想，運(yùn)用新型運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)出簡單廉價的高精細(xì)微安級數(shù)控恒流源。圖4所示電路是采用儀表放大器INAll8結(jié)合運(yùn)放設(shè)計(jì)出的高精細(xì)微安級數(shù)控恒流源。 INAll8是美國B-B公司生產(chǎn)的精細(xì)儀表放大器，具有 高和共模抑制比高的優(yōu)點(diǎn)，適合對微小信號開展不失真的放大。INAll8由三個運(yùn)算放大器組成差分放大構(gòu)造，其內(nèi)部構(gòu)造圖如圖5所示。 其中運(yùn)放A1、A2的作用是為了提高放大器的輸入阻抗和提供放大（其放大倍數(shù)由Rg決定），Al、A2分別對Vin-和Vin+開展電壓跟隨，A3和4個60k的電阻組成差分放大器。 在圖4所示電路中，根據(jù)運(yùn)放“虛短虛斷”的原則，負(fù)載電阻R2上流過的電流值由式（2）計(jì)算得出。 電路中Rg的穩(wěn)定性和溫度漂移對增益有影響，應(yīng)采用高 、低噪聲的金屬膜電阻，OPA盡量采用高阻抗運(yùn)算放大器，以減小偏置電流所帶來的誤差。如選用普通的運(yùn)放OPAl77，Ib的誤差到達(dá)15nA；選用高速精細(xì)運(yùn)放OPA602，Ih的誤差降為1pA；選用靜電計(jì)級運(yùn)放OPAl28，Ih的誤差僅為75fA。 4