CN105511541B - 恒流源生成电路 - Google Patents

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Abstract

本发明恒流源生成电路，具体指一种适用于以直流电压控制电流大小的恒流源生成电路，涉及电子电路技术领域。包括采样放大器U1，加法器U2，三极管N1，电阻器R1，电阻器R2，电阻器R3，电阻器R4，电阻器R5，负载及电源作电路连接。其中，采样放大器U1为电源采样作用，采样负载电位，加法器U2为加法运放，加法器U2+电位为采样电位和精密基准电位的中间值，经反馈放大2倍后，恰为两者的和值；加法器U2输出接入三极管N1的共基极，控制共涉极电压输出，负载采样的变化引发加法器U2的变化，随即由三极管N1调节电压输出达到电位平衡。本发明恒流源生成电路具有提高精度和负载功率，电路结构简单，低成本，控制容易等特点。

Description

恒流源生成电路
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，具体指一种适用于以直流电压控制电流大小的恒流源生成电路。
背景技术
众所周知，恒流源的生成，一般由电源，恒流源和负载组成。使用并联稳压器，运放，晶体管组成简单的恒流源电路(如附图1所示)，实现恒定电流。使用元器件较少，结构比较简单，但是电源利用范围较小，精度比较差。或者直接使用恒流源芯片(如附图2所示)，比如XTR110KP，精度很高但是仍有局限，电源电压不能超过40V，最高电流为200mA且元器件的温漂干扰很高。
发明内容
本发明的目的为克服上述现有技术存在的某种缺失或不足，提出一种恒流源生成电路，包括采样放大器U1，加法器U2，三极管N1，电阻器R1，电阻器R2，电阻器R3，电阻器R4，电阻器R5，负载及电源作电路连接。
本发明电路工作原理(如附图3所示)简述如下：
(1)采样运放U1作用采样负载电位，为后一级加法器U2运算电路输入电压之一；另一路为精密基准电压(可调)；
(2)加法运算，U2+＝(U负载+U基准)/2
Uout＝U2＊2＝U负载+U基准；
(3)Iout＝(Uout-0.7)/(R1+R负载)；
由电路可见，无论负载大小，电阻器R1的两端电压恒为(U2-0.7)。当负载发生变化的时候，由于电阻器R1两端电位不变，IR1大小也不变，三极管N1的源极会自动调节，使得负载两端的电压为IR1＊R负载。
本发明的电路连接关系：
(1)采样运放U1以隔离采样的方式连接，V+端连接负载，负载另一端接地，输出端接电阻器R4；
(2)电阻器R5两端分别接基准电压和R4，与R4连接的一端再与U2的+输入端连接；
(3)加法器U2的负输入端接电阻R2与电阻器R3，电阻器R3另一端接地，电阻器R2另一端接加法器U2输出端再连接三极管N1的基极；
(4)三极管N1的发射极连接电阻器R1，电阻器R1的另一端连接负载。
采样运放U1为电源采样作用，采样负载电位；
加法器U2为加法运放，加法器U2+电位为采样电位和精密基准电位的中间值，经反馈放大2倍后，恰为两者的和值；
加法器U2输出接入三极管N1的共基极，控制共涉极电压输出，负载采样的变化引发加法器U2的变化，随即由三极管N1调节电压输出达到电位平衡。
综上所述，本发明恒流源生成电路，具有提高精度和负载功率，以及减少因温度变化而引起的电流变化，电路结构简单、低成本的、控制容易等特点。
附图说明
图1、图2为现有技术电路图；
图3为本发明一种恒流源生成电路工作原理图；
图4为本发明的一个实施例原理接线图。
U1、U2：CMOS运算放大器，型号OPA547T。主要特点是电压范围大；
R1：精密电阻器，电阻值2欧姆，功率为1瓦；
R2、R3、R4、R5：电阻器，电阻值10千欧姆，功率为0.25瓦；
N1：PNP三极管，型号为3DD15D；
WS：电子开关，型号为MAX4051，8选1，也可以是CD5041等有相同功能的元件即可。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
本发明的一个实施例(如附图4所示)是将恒流源电路扩展开来，拥有多档大小不同的电流可以切换。将精密基准电压用4个电位器分压，由电子开关WS切换导通，根据导通的不同电位，可以得到不同大小的恒电流源，大小为Iout＝(U基准电压-0.7)/(R1)。
在此实例中，使用5伏基准电压，加载于5个总值为100千欧姆的电位器接，另一端全部同时接地，调节端分别分压出4个约4.7伏、2.7伏、1.7伏、0.9伏和0.7伏以下的电位，由电子开关WS，型号为MAX4051分别切换，对应产生200mA、100mA、50mA、10mA电流，电子开关WS，型号为MAX4051的输出端接R5。运用于库仑分析法的电化学测试。
其中：
采样运算放大器、加法器电源和三极管集电极电压VCC＝60V；
其恒流输出输出为：
Iout＝(Uout-0.7)/(R1+R负载)
因单电源运算放大器的物理特性的限制，使得加法器U2输出的输出电压范围在0V与运算放大器电源电压VCC之间，即：
0＜VC＜VCC，所以负载大小范围为
本发明的实施例电路连接关系：
计算部分电路：(1)运放U1以隔离采样的方式连接，V+端连接负载——库仑测试电极，电极另一端接地，采样运放U1的输出端接电阻器R4，电阻器R5两端分别接加法器U2的3脚和电阻器R4，与电阻器R4连接的一端再与加法器U2的+输入端连接；
(2)加法器U2的负输入端接电阻R2与电阻器R3，电阻器R3另一端接地，电阻器R2另一端接加法器U2输出端再连接三极管N1的基极；
(3)三极管N1的发射极连接电阻器R1，电阻器R1的另一端连接负载；
电流控制部分电路：(1)电位器W3、W4、W5、W6、W7阻值均为100K，组5路成分压电路，所有电位器两端分别5V基准电压和地，调节端：W3的调节端接的13脚、W4的调节端接电子开关WS，型号为MAX4051的14脚、W5的调节端接电子开关WS，型号为MAX4051的15脚、W6的调节端接电子开关WS，型号为MAX4051的12脚、W7的调节端接电子开关WS，型号为MAX4051的1脚；
(2)电子开关WS，型号为MAX4051的6脚接地，地址信号9、10、11三个管脚接单片机地址信号控制端，16脚接电源5V，7脚和8脚接地，3脚接电阻R5。
本发明的主要元件作用及运用结果：
(1)运放U1为电源采样作用，采样负载电位，并且隔离采样输出电位与负载部分电位，保持电路的平衡；
(2)电子开关WS，型号为MAX4051是8选1电子开关，经3路地址信号的输入选择通道X0～X7与输出端X导通，地址信号由CPU控制。本发明中我们选择其中的5路，选择X0～X4不同的通道，既选择了不同的电位(由电位器W3～W7进行分压输出)，经电子开关WS，型号为MAX4051的3脚输入加法运算电路的电阻R5。选择不同的通道可使加法电路输出不同的电位，从而使N1发射极输出不同的电压，产生不同的恒流源。
(3)运放U2与电阻R2、R3、R4、R5组成加法运算电路，R4、R5为电位采样作用，在本发明中R4采样为U1的输出电位，R5采样的是电子开关WS，型号为MAX4051输出的点电位，R4、R5的连接点为两电位的中间值输入U2的正输入端。R2、R3为电位放大作用，本发明中为放大2倍作用。U2的正输入端输入电位为U1输出的采样电位和精密基准电位的中间值，经负反馈放大2倍后，恰为两者的和值；U2输出接入三极管的共基极，控制共涉极电压输出，负载采样的变化引发加法器的变化，随即由三极管调节电压输出达到电位平衡。
负载为库仑法测试电极，内阻约120欧姆。
经测试，测试结果与理论数据相差约1.2％，符合国家规定。
综上所述，本发明恒流源生成电路，具有电路结构简单，成本较低。其精准的基准电位即可以保持电流的稳定。所选用的元件均为大功率，避免功耗热量导致的温飘问题，电流在长时间的工作仍可保持相对稳定等特点，为高精度，直流电压控制电流大小的恒流源提供技术基础。

Claims (2)

1.一种恒流源生成电路，其特征在于，包括采样放大器U1，加法器U2，三极管N1，电阻器R1，电阻器R2，电阻器R3，电阻器R4，电阻器R5，负载及电源作电路连接；
所述采样放大器U1以隔离采样的方式进行连接，U1的V+端连接负载部分，负载部分的另一端接地，U1的V-端与本身的输出端连接后再与电阻器R4的一端连接；
所述电阻器R5两端分别接基准电压和电阻器R4的另一端，与电阻器R4连接的一端再与加法器U2的正输入端连接；
所述加法器U2的负输入端接电阻器R2的一端与电阻器R3的一端，电阻器R3另一端接地，电阻器R2另一端接加法器U2输出端再连接三极管N1的基极；
所述三极管N1的集电极连接电源Vcc，基极连接加法器U2的输出端，发射极连接电阻器R1，电阻器R1的另一端连接负载非接地的一端。
2.如权利要求1所述的恒流源生成电路，其特征在于，
所述采样放大器U1为型号OPA547T；
所述加法器U2为型号OPA547T；
所述电阻器R1为一精密电阻器，电阻值2欧姆，功率为1瓦；
所述电阻器R2、电阻器R3、电阻器R4、电阻器R5，其阻值10千欧姆，功率为0.25瓦；
电位器W3、W4、W5、W6、W7阻值均为100K，所有电位器其一端全部同时接地，调节端经5V基准电压，分别分压出5个理论值为4.7伏、2.7伏、1.7伏、0.9伏和0.7伏以下的电位；
经电子开关SW的MAX4051切换，对应产生200mA、100mA、50mA、10mA和0mA电流，MAX4051的输出端接电阻器R5；
所述负载为一库仑测试电极，所述负载的等效电阻大小范围为；Vcc为三极管N1集电极连接的电源，其最大值必须大于U1、U2的最大工作电压值；
所述三极管N1为NPN三极管，型号为3DD15D。
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