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恒流源

目前,恒流源在当代的应用可谓是越来越广泛,恒流源是值得我们好好学习的,现在我们就深入了解恒流源。  ---查看全文 >>

关键字:恒流 

恒流源

目前,恒流源在当代的应用可谓是越来越广泛,恒流源是值得我们好好学习的,现在我们就深入了解恒流源。

恒流源、交流恒流源、直流恒流源、电流发生器、大电流发生器又叫电流源、稳流源,是一种宽频谱、高精度交流稳流电源,具有响应速度快、恒流精度高、能长期稳定工作,适合各种性质负载(阻性、感性、容性)等优点。
主要功能
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。

    恒流源、交流恒流源、直流恒流源、电流发生器、大电流发生器又叫电流源、稳流源,是一种宽频谱,高精度交流稳流电源,具有响应速度快,恒流精度高、能长期稳定工作,适合各种性质负载(阻性、感性、容性)等优点。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。

恒流源电流计算公式:

I = Vin/R1
这个电路可以认为是恒流源的标准电路,除了足够的精度和可调性之外,使用的元件也都是很普遍的,易于搭建和调试。只不过其中的Vin还需要用户额外提供。
从以上两个电路可以看出,恒流源有个定式,就是利用一个电压基准,在电阻上形成固定电流。有了这个定式,恒流源的搭建就可以扩展到所有可以提供这个“电压基准”的器件上。
最简单的电压基准
最简单的电压基准,就是稳压二极管,利用稳压二极管和一只三极管,可以搭建一个更简易的恒流源。
电流计算公式为:I = (Vd-Vbe)/R1

TL431
TL431是另外一个常用的电压基准,利用TL431搭建的恒流源,其中的三极管替换为场效应管可以得到更好的精度。
TL431的其他信息请参考《TL431的内部结构图》和《TL431的几种基本用法》
电流计算公式为:I = 2.5/R1

三端稳压
事实上,所有的三端稳压,都是很不错的电压源,而且三端稳压的精度已经很高,需要的维持电流也很小。利用三端稳压构成恒流源,也有非常好的性价比。
这种结构的恒流源,不适合太小的电流,因为这个时候,三端稳压自身的维持电流会导致较大的误差。
电流计算公式为:I = V/R1,其中V是三端稳压的稳压数值。
实际的电路中,有一些特殊的结构,也可以提供很好的恒流特性,最典型的就是一个很高的电压通过一个电阻在一个低压设备上形成电流,这个恒流源的精度,取决于高压的精确度和低压设备本身导致的电压波动。在一些开关电源电路中,这个结构用来给三极管提供偏置电流。
电流计算公式为: I = Vin/R1
值得一提的是,以上这些恒流源并不都适合安培以上级别的恒流应用,因为电阻上面太大的电流会导致发热严重。
可以通过使用更小的电阻来降低这个热量,不过在单电源供电模式下,多数运放都不能有效检测和输出接近地或者Vcc的电压,因此必须使用特殊的器件才能达到要求。有个简单的办法是通过一个稳压器件(稳压管,或者TL431等)偏置电阻上面的电压,使得这个电压进入运放的检测范围。

恒流源的实质
恒流源的实质是利用器件对电流进行反馈,动态调节设备的供电状态,从而使得电流趋于恒定。只要能够得到电流,就可以有效形成反馈,从而建立恒流源。
能够进行电流反馈的器件,还有电流互感器,或者利用霍尔元件对电流回路上某些器件的磁场进行反馈,也可以利用回路上的发光器件(例如光电耦合器,发光管等)进行反馈。这些方式都能够构成有效的恒流源,而且更适合大电流等特殊场合,不过因为这些实现形式的电路都比较复杂,这里就不一一介绍了。

恒流源的结构

恒流源恒流源是电路中广泛使用的一个组件,这里我整理一下比较常见的恒流源的结构和特点。 恒流源分为流出(Current Source)和流入(Current Sink)两种形式。
最简单的恒流源
最简单的恒流源就是用一只恒流二极管。实际上,恒流二极管的应用是比较少的,除了因为恒流二极管的恒流特性并不是非常好之外,电流规格比较少,价格比较贵也是重要原因。 最常用的简易恒流源用两只同型三极管,利用三极管相对稳定的be电压作为基准,
电流数值为:I = Vbe/R1。
这种恒流源优点是简单易行,而且电流的数值可以自由控制,也没有使用特殊的元件,有利于降低产品的成本。缺点是不同型号的管子,其be电压不是一个固定值,即使是相同型号,也有一定的个体差异。同时不同的工作电流下,这个电压也会有一定的波动。因此不适合精密的恒流需求。
为了能够精确输出电流,通常使用一个运放作为反馈,同时使用场效应管避免三极管的be电流导致的误差。如果电流不需要特别精确,其中的场效应管也可以用三极管代替。

6中最常用恒流源电路的分析与比较

 

恒流电路有很多场合不仅需要场合输出阻抗为零的恒流源,也需要输入阻抗为无限大的恒流源,以下是几种单极性恒流电路:

 恒流源

 

类型1:

特征:使用运放,高精度

输出电流:Iout=Vref/Rs

 

恒流源

  

 

类型2:

特征:使用并联稳压器,简单且高精度

输出电流:Iout=Vref/Rs

检测电压:根据Vref不同(1.25V或2.5V)

 

 

 恒流源

 

 

类型3:

特征:使用晶体管,简单,低精度

输出电流:Iout=Vbe/Rs

检测电压:约0.6V

恒流源

 

类型4:

特征:减少类型3的Vbe的温度变化,低、中等精度,低电压检测

输出电流:Iout=Vref/Rs

检测电压:约0.1V~0.6V

恒流源

 

类型5:

特征:使用JEFT,超低噪声

输出电流:由JEFT决定

检测电压:与JEFT有关

 

其中类型1为基本电路,工作时,输入电压Vref与输出电流成比例的检测电压Vs(Vs=Rs×Iout)相等,如图5所示,

 

恒流源

 

 

                  图5

注:Is=IB+Iout=Iout(1+1/hFE)其中1/hFE为误差

若输出级使用晶体管则电流检测时会产生基极电流分量这一误差,当这种情况不允许时,可采用图6所示那样采用FET管

 

恒流源

 

图6

Is=Iout-IG

类型2,这是使用运放与Vref(2.5V)一体化的并联稳压器电路,由于这种电路的Vref高达2.5V,所以电源利用范围较窄

类型3,这是用晶体管代替运放的电路,由于使用晶体管的Vbe(约0.6V)替代Vref的电路,因此,Vbe的温度变化毫无改变地呈现在输出中, 从而的不到期望的精度

类型4,这是利用对管补偿Vbe随温度变化的电路,由于检测电压也低于0.1V左右,应此,电源利用范围很宽

类型5,这是利用J-FET的电路,改变Rgs 可使输出电流达到漏极饱和电流IDSS,由于噪声也 很小,因此,在噪声成为问题时使用这种电路也有一定价值,在该电路中不接RGS,则电流值变成IDSS,这 样,J-FET接成二极管形式就变成了“恒流二极管”

  以上电路都是电流吸收型电路,但除了类型2以外,若改变Vref极性与使用的半导体元件,则可以变成电流吐出型电路。

综上所述,本文已为讲解恒流源,相信大家对恒流源的认识越来越深入,希望本文能对各位读者有比较大的参考价值

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基础知识
http://baike.cntronics.com/abc?page=100

恒流源电路工作原理
http://baike.cntronics.com/abc/3229


基础知识
http://baike.cntronics.com/abc?page=167



本文链接:http://baike.cntronics.com/abc/1270

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