恒流源电路设计

时间：2016-04-26 21:30:28 阅读：895 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

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恒流源电路设计

最近由于工作需要和个人兴趣，想学习一下恒流源的电路设计，并制作出一个可靠的恒流源。
从网上搜索了一下资料，发现并不是太多，只有几个链接有参考价值，在这里想归纳一下。

首先选几个原理性的电路参考下：
http://bbs.21ic.com/icview-390818-1-1.html
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：
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类型1：
特征：使用运放，高精度
输出电流：Iout=Vref/Rs

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）

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
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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
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，
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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

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。

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。
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。

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.

基本的恒流源电路主要是由输入级和输出级构成，输入级提供参考电流，输出级输出需要的恒定电流。　　①构成恒流源电路的基本原则：　　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。　　为了保证输出晶体管的电流稳定，就必须要满足两个条件：a）其输入电压要稳定——输入级需要是恒压源；b）输出晶体管的输出电阻尽量大（最好是无穷大）——输出级需要是恒流源。　　
②对于输入级器件的要求：　　因为输入级需要是恒压源，所以可以采用具有电压饱和伏安特性的器件来作为输入级。一般的pn结二极管就具有这种特性——指数式上升的伏安特性；另外，把增强型MOSFET的源-漏极短接所构成的二极管，也具有类似的伏安特性——抛物线式上升的伏安特性。　　在IC中采用二极管作为输入级器件时，一般都是利用三极管进行适当连接而成的集成二极管，因为这种二极管既能够适应IC工艺，又具有其特殊的优点。对于这些三极管，要求它具有一定的放大性能，这才能使得其对应的二极管具有较好的恒压性能。　　
③对于输出级器件的要求：　　如果采用BJT，为了使其输出电阻增大，就需要设法减小Evarly效应（基区宽度调制效应），即要尽量提高Early电压。　　如果采用MOSFET，为了使其输出电阻增大，就需要设法减小其沟道长度调制效应和衬偏效应。因此，这里一般是选用长沟道MOSFET ，而不用短沟道器件

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http://bbs.ednchina.com/BLOG_ARTICLE_2132989.HTM
https://club.1688.com/article/42485360.html
六种常见恒流源电路图与解析

恒流源是一种高精度高效可控的电源。采用专用芯片、DSP、功率模块为核心器件，结合智能高效软件算法设计而成，主要应用于延时台、标准台、瞬时台、自动化流水线等设备，集成了电流产生、动作控制、计时、试品优劣判断计数等多种功能，具有稳定性好、精度高、效率高、控制迅速便捷等特点
对比几种V/I电路，凡是没有三极管之类的单向器件，都可以实现交流恒流，加了三极管之后就只能做单向直流恒流了。当然可以用功率放大器扩展输出电流。第四和第五种是建立在正负反馈平衡的基础上的，电阻的误差而失去平衡，会影响恒流输出特性，也就是说,输出电流会随负载变化。而其他几种电路中电阻的误差只会影响输出电流的值，而不会影响输出特性。如果输出电流大，或者嫌三极管的集电极电流和发射极电流不相等，可以把三极管换成MOSFET。
在工作中需要用到恒流源电路，应急中找电路图自己搭建了一个，下面是六种常见恒流源电路解析：
这几种电路都可以在负载电阻RL上获得恒流输出
第一种由于RL浮地,一般很少用
第二种RL是虚地,也不大使用
第三种虽然RL浮地,但是RL一端接正电源端,比较常用
第四种是正反馈平衡式,是由于负载RL接地而受到人们的喜爱
第五种和第四种原理相同,只是扩大了电流的输出能力,人们在使用中常常把电阻R2取的比负载RL大的多,而省略了跟随器运放
第五种是本人想的电路,也是对地负载
第六种是本人设计的对地负载的V/I转换电路；

后边两种是恒流源电路
对比几种V/I电路,凡是没有三极管只类的单向器件,都可以实现交流恒流,加了三极管之后就只能做单向直流恒流了
第四和第五是建立在正负反馈平衡的基础上的,如果由于电阻的误差而失去平衡,会影响恒流输出特性,也就是说,输出电流会随负载变化
而其他几种电阻的误差只会影响输出电流的值,而不会影响输出特性
如果输出电流大,或者嫌三极管的集电极电流和发射极电流不相等,可以把三极管换成MOSFET

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