恒压源和恒流源 对基于恒压源的精密恒流源思考分析
时间：2020-03-07 08:39:33 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：本文分析了恒流源稳定度不高的原因，进行了恒压源器件的互相比较，论述了通过提高恒压源控制电流源的准确度来实现精密恒流源的想法，给处了完善的电路设计图、电路设计原理、对原理的理解以及注意点。并通过实验检测了提高控制精度来精密恒流源的想法。
关键词：恒压源 精密恒流源 高精度 稳定度 温漂
中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)12-0239-01
恒流源是一种电子元件或者电路，它能向负载提供稳定的电流。主要用于检测热继电器、塑壳断路器、小型短路器及需要设定额定电流、动作电流、短路保护电流等生产场合。还用于设定放大电路中偏置电流、稳固电路中的静态工作点、负载的有源模拟、信号检测等，大量应用在电子科技和检测技术中。
造成恒流源不稳定的主要因素是温度，温度的变化会对PN结的穿透电流造成影响，因此造成恒流源的电流发生改变。所以在恒流源的开发过程中，还要采取相关措施使温度对电路的影响降低。特别是在高精度的测试系统中，恒流源的稳定程度将很大程度的决定系统的精确度，因此设计一个精确度更高的恒流源是整个测试系统的关键步骤。可是基于科技能力和制造能力的因素，目前市场上所售的恒流元件要将精确度提高到200ppm以内非常的困难，就现在市场上精确度极高的元件――美国国家办法替公司的三端可调式集成恒流元件LM334为例，它的温度系数是0.33％／℃（也就是3300ppm），即使通过一些电路来对温度进行补偿，可是他的精确程度还是很难达到200ppm以内，这样的精确程度还远远不能够满足现在市场上要求非常高的测试系统。同样情况下，恒压元件的精确程度却比较高，我们还以美国国家半导体公司的集成恒压器件LM399为例，它的电压稳定程度可以到0.0001％／℃(也就是1ppm)。所以，要想得到精确度很高的恒流源我们可以使用恒压元件来制作。
压控恒流源如图1所示。运算放大器LMl01同相输入端U+加入基准电压U哪，因运放两输入端“虚通”，则有：
因为很多测试系统中要求必须和地面产生电势差，电流必须从接地的电阻那端通过，可是图1电路中负载电阻与电源正极相连并不能满足要求，所以采样电阻R的供用电和运放输入点得基准电压都要改接到电源的正极上，让负载电阻接地。
要想让恒流源的精确程度得以提高，就要对所使用的各种电子元件的型号进行仔细选取，以使电子元件造成的温度漂移。我们知道，U应该非常稳定。所以我们应该精心选取产生Um的电子器件，以保证具有很高的精确度。
通过比较，采用了LM399作为本系统的基准稳压源。现在所生产的各种基准电压源，其中LM399的电压温度系数最低，性能最佳。一般的稳压管都是运用的再半导体表面产生齐纳击穿的原理，所以都存在噪声电压过高，非常的不稳定等问题。而次表面隐埋技术与其不同的是，齐纳击穿的位置是在半导体内部的次表面上，注意就让电子器件的噪声电压明显减少，很大程度上提高了它的温度程度。LM399的基准电压由采用次表面隐埋技术制成的齐纳稳压管来提供，具有高稳定性、低噪声电压等多个特点，另外它还有温度稳定的特点，一旦周围温度小于90℃，那么温度的改变所造成的相应问题就可以忽略不计，从而让它的温度漂移系数维持于典型值之间，别的基准电压源要想获得这样的高指标是极其困难的。
通过分析，选用了美国ANALOG DEvICES公司的ADT07运算放大器。图1中采用了场效应管IRF530，这样做得理由是场效应管在很多性能方面都要比晶体管、JEFT的N沟道场效应管好得多，如：放大倍数、驱动能力以及基极电流等方面。放大电路中如果使用MOSFET管场效应管IRF530，那么将具有更高的放大倍数、更小的穿透电流，因此它的温漂系数也将会更加的低。
图1中电流的稳定程度还受到电阻R的稳定程度的影响，所以在选择电阻时一定不能用普通的电阻，而要选用温漂系数小的电阻，正常的电阻温漂系数都再500ppm以上，而这里我们所采用的电阻温漂系数应当接近5ppm甚至更低。
此外，对于电源也由一定的要求，要尽量减少电源产生的纹波和谐波，使非温度因素带来的影响降到最低。如果测控系统中还涉及到数字电路，必须要严格区分数字和模拟两种，在电源的负极进行共地处理，不然会使精确度产生很大偏差。采用HP一3468A高精度台式电流表进行稳定度测试，整个测试进行了40小时，记录数据18432个结果表明：压控恒流源的漂移率为30ppm／24h，温度漂移为5.1ppm／℃，恒流源稳定可靠，与其市面上的恒流器件和普通电路的恒流源相比，稳定性大大得到了提高，能够满足系统对精度的要求。
参考文献
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