CN102768554A - 应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路 - Google Patents

应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路，用于为陀螺仪表头的力矩器提供电流，其包括构成直流负反馈闭环系统的运算放大器、电压基准、V/I转换电路、采样电阻；V/I转换电路的输出端经负载电路与运算放大器的反相端相连接，电压基准与运算放大器的同相端相连接，运算放大器输出压差放大信号；V/I转换电路的输入端与运算放大器的输出端相连接，V/I/转换电路将压差放大信号进一步放大并转换为电流信号输出，电流信号为应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路的输出信号；采样电阻连接在负载电路的输出端与地之间，采样电阻将电流信号变换为电压信号。由于本发明采用了V/I转换电路将运算放大器的输出信号进一步放大，可以提高恒流源的精度。

Description

应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路
技术领域
本发明涉及一种恒流源电路，具体地说，涉及一种应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路。
背景技术
陀螺仪表头力矩器需要有较高的精度，也就需要为其提供电流的恒流源电路具有较高的精度，而现有技术的应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路通常精度较低，对陀螺仪系统的精度产生了重要的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种精度较高的应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路，用于为陀螺仪表头的力矩器提供电流，其包括构成直流负反馈闭环系统的运算放大器、电压基准、V/I转换电路、采样电阻；
所述的V/I转换电路的输出端经负载电路与所述的运算放大器的反相端相连接，所述的电压基准与所述的运算放大器的同相端相连接，所述的运算放大器输出压差放大信号；
所述的V/I转换电路的输入端与所述的运算放大器的输出端相连接，所述的V/I/转换电路将所述的压差放大信号进一步放大并转换为电流信号输出，所述的电流信号为所述的应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路的输出信号；
所述的采样电阻连接在所述的负载电路的输出端与地之间，所述的采样电阻将所述的电流信号变换为电压信号。
优选的，所述的V/I转换电路包括将所述的压差放大信号进一步放大的放大单元、与所述的放大单元相连接并对所述的放大单元做恒流偏置的偏置单元、与所述的放大单元相连接的复合调整单元。
优选的，所述的放大单元包括第一三极管、第二三极管，所述的第一三极管的基极与所述的运算放大器的输出端相连接，所述的第一三极管的发射极与所述的第二三极管的发射极相连接，所述的第一三极管的集电极、所述的第二三极管的集电极与第一电源相连接，所述的第二三极管的基极接地。
优选的，所述的偏置单元包括组成镜像电流源的第五三极管、第六三极管，所述的第五三极管的集电极与所述的第一三极管或所述的第二三极管的发射极相连接，所述的第五三极管的基极与所述的第六三极管的基极相连接，所述的第六三极管的集电极接地，所述的第五三极管的发射极、所述的第六三极管的发射极与第二电源相连接。
优选的，所述的复合调整单元包括第三三极管、第四三极管，所述的第三三极管的基极与所述的第二三极管的集电极相连接，所述的第三三极管的集电极、所述的第四三极管的集电极与所述的第一电源相连接，所述的第三三极管的发射极、所述的第四三极管的发射极与所述的负载电路相连接，所述的第四三极管的基极与所述的第三三极管的发射极相连接。
优选的，所述的负载电路为H桥开关电路，其包括组成第一桥臂的第一极性开关和第二极性开关、组成第二桥臂的第三极性开关和第四极性开关，所述的力矩器连接在所述的第一桥臂与所述的第二桥臂之间。
优选的，所述的运算放大器的输出端与地之间连接有反向串接的第一稳压管和第二稳压管。
优选的，所述的第一三极管的发射极与所述的偏置单元之间连接有改善温度特性的第五电阻，所述的第二三极管的发射极与所述的偏置单元之间连接有改善温度特性的第七电阻。
优选的，所述的第二三极管的集电极与所述的第一电源之间串接有第二电阻，所述的第二电阻的两端并联有回路稳定性补偿单元，所述的回路稳定性补偿单元包括相串接的第一电容和第四电阻。
优选的，所述的第三三极管的发射极与所述的负载电路之间连接有改善所述的第三三极管的工作点的第十电阻。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：由于本发明采用了V/I转换电路将运算放大器的输出信号进一步放大，可以提高恒流源的精度，进而提高系统的精度，避免由于恒流源精度较低对陀螺仪系统精度的影响。
附图说明
附图1为本发明的应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路的结构图。
附图2为本发明的应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：参见附图1所示。
一种应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路，用于为陀螺仪表头的力矩器提供电流，其包括构成直流负反馈闭环系统的运算放大器U1、电压基准Vref、V/I转换电路、采样电阻Rcs。
电压基准Vref采用高精度电压基准，为±2ppm/℃的精密电压基准；运算放大器U1采用超低噪声、低失调电压的精密运放；采样电阻Rcs选取了无感型0.01℅，±0.1ppm/℃的铂合金电阻。上述运算放大器U1、采样电阻Rcs、电压基准Vref放入恒温槽中以降低外界温度变化对电路性能的影响。并且尽量将运算放大器U1、采样电阻Rcs等一点接地。
V/I转换电路的输出端经负载电路与运算放大器的反相端相连接，电压基准与运算放大器的同相端相连接，运算放大器输出压差放大信号。负载电路为H桥开关电路。
V/I转换电路的输入端与运算放大器的输出端相连接，V/I/转换电路将压差放大信号进一步放大并转换为电流信号输出，电流信号为应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路的输出信号。
采样电阻连接在负载电路的输出端与地之间，采样电阻将电流信号变换为电压信号。
参见附图2所示。
电压基准U2与运算放大器U1的同相端相连接，V/I转换电路的输出经采样电阻Rcs转换为电压信号后与运算放大器U1的反相端相连接。运算放大器的同相端与反相端之间连接有第一二极管D1和第二二极管D2，其对运算放大器U1作输入保护。运算放大器U1检测两输入端的电压差并加以放大，其输出端连接有第一电阻R1，第一电阻R1用于对运算放大器U1作输出保护。电路要求运算放大器U1具有高开环增益、高共模抑制比、高输入阻抗、宽频带、低失调及漂移。
V/I转换电路包括将压差放大信号进一步放大的放大单元、与放大单元相连接并对放大单元做恒流偏置的偏置单元、与放大单元相连接的复合调整单元。
放大单元包括组成差动放大器的第一三极管Q1、第二三极管Q2。第一三极管Q1的基极与运算放大器U1的输出端相连接，第一三极管Q1的发射极与第二三极管Q2的发射极相连接，第一三极管Q1的集电极、第二三极管Q2的集电极与15V的第一电源相连接，第二三极管Q2的基极接地。运算放大器U1的输出端与地之间连接有反向串接的第一稳压管D3和第二稳压管D4，第一稳压管D3和第二稳压管D4用做第一三极管Q1的输入保护。
第二三极管Q2的集电极与第一电源之间串接有第二电阻R2，第二电阻R2的两端并联有回路稳定性补偿单元，回路稳定性补偿单元包括相串接的第一电容C1和第四电阻R4。
第一三极管Q1的发射极与偏置单元的第五三极管Q5的集电极之间连接有改善温度特性的第五电阻R5，第二三极管Q2的发射极与偏置单元的第五三极管Q5的集电极之间连接有改善温度特性的第七电阻。
该放大单元将放大倍数进一步提高，同时进行电平移位。
偏置单元包括组成镜像电流源的第五三极管Q5、第六三极管Q6。第五三极管Q5的集电极与第一三极管Q1或第二三极管Q2的发射极相连接，第五三极管Q5的基极与第六三极管Q6的基极相连接，第六三极管Q6的集电极接地，第五三极管Q5的发射极、第六三极管Q6的发射极与-15V的第二电源相连接。
复合调整单元包括第三三极管Q3、第四三极管Q4，以提供较大的输出电流，其中，第四三极管Q4为高频大功率管。第三三极管Q3的基极与第二三极管Q2的集电极相连接，第三三极管Q3的集电极、第四三极管Q4的集电极与第一电源相连接，第三三极管Q3的发射极、第四三极管Q4的发射极与负载电路相连接，第四三极管Q4的基极与第三三极管Q3的发射极相连接。
第三三极管Q3的发射极与负载电路之间连接有改善第三三极管Q3的工作点的第十电阻R10。
负载电路为H桥开关电路，其包括组成第一桥臂的第一极性开关和第二极性开关、组成第二桥臂的第三极性开关和第四极性开关，力矩器连接在第一桥臂与第二桥臂之间。该H桥开关电路为力矩器提供调宽电流，S1、S4与S2、S3分别导通和截止时，电流从不同方向流过力矩器，由脉冲调宽控制各开关的导通与截止，以实现脉冲加矩。力矩电流的上升沿和下降沿的时间对系统精度有重要影响，所以极性开关要求有极高的速度，一般至少在μs量级以下。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路，用于为陀螺仪表头的力矩器提供电流，其特征在于：其包括构成直流负反馈闭环系统的运算放大器、电压基准、V/I转换电路、采样电阻；
所述的V/I转换电路的输出端经负载电路与所述的运算放大器的反相端相连接，所述的电压基准与所述的运算放大器的同相端相连接，所述的运算放大器输出压差放大信号；
所述的V/I转换电路的输入端与所述的运算放大器的输出端相连接，所述的V/I/转换电路将所述的压差放大信号进一步放大并转换为电流信号输出，所述的电流信号为所述的应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路的输出信号；
所述的采样电阻连接在所述的负载电路的输出端与地之间，所述的采样电阻将所述的电流信号变换为电压信号。
2.根据权利要求1所述的应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路，其特征在于：所述的V/I转换电路包括将所述的压差放大信号进一步放大的放大单元、与所述的放大单元相连接并对所述的放大单元做恒流偏置的偏置单元、与所述的放大单元相连接的复合调整单元。
3.根据权利要求2所述的应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路，其特征在于：所述的放大单元包括第一三极管、第二三极管，所述的第一三极管的基极与所述的运算放大器的输出端相连接，所述的第一三极管的发射极与所述的第二三极管的发射极相连接，所述的第一三极管的集电极、所述的第二三极管的集电极与第一电源相连接，所述的第二三极管的基极接地。
4.根据权利要求3所述的应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路，其特征在于：所述的偏置单元包括组成镜像电流源的第五三极管、第六三极管，所述的第五三极管的集电极与所述的第一三极管或所述的第二三极管的发射极相连接，所述的第五三极管的基极与所述的第六三极管的基极相连接，所述的第六三极管的集电极接地，所述的第五三极管的发射极、所述的第六三极管的发射极与第二电源相连接。
5.根据权利要求3或4所述的应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路，其特征在于：所述的复合调整单元包括第三三极管、第四三极管，所述的第三三极管的基极与所述的第二三极管的集电极相连接，所述的第三三极管的集电极、所述的第四三极管的集电极与所述的第一电源相连接，所述的第三三极管的发射极、所述的第四三极管的发射极与所述的负载电路相连接，所述的第四三极管的基极与所述的第三三极管的发射极相连接。
6.根据权利要求1所述的应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路，其特征在于：所述的负载电路为H桥开关电路，其包括组成第一桥臂的第一极性开关和第二极性开关、组成第二桥臂的第三极性开关和第四极性开关，所述的力矩器连接在所述的第一桥臂与所述的第二桥臂之间。
7.根据权利要求1所述的应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路，其特征在于：所述的运算放大器的输出端与地之间连接有反向串接的第一稳压管和第二稳压管。
8.根据权利要求3所述的应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路，其特征在于：所述的第一三极管的发射极与所述的偏置单元之间连接有改善温度特性的第五电阻，所述的第二三极管的发射极与所述的偏置单元之间连接有改善温度特性的第七电阻。
9.根据权利要求3所述的应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路，其特征在于：所述的第二三极管的集电极与所述的第一电源之间串接有第二电阻，所述的第二电阻的两端并联有回路稳定性补偿单元，所述的回路稳定性补偿单元包括相串接的第一电容和第四电阻。
10.根据权利要求5所述的应用于陀螺仪表头力矩器的恒流源电路，其特征在于：所述的第三三极管的发射极与所述的负载电路之间连接有改善所述的第三三极管的工作点的第十电阻。
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