CN107291139B - 一种用于驱动阻抗负载的宽频及压控交流大功率电流源 - Google Patents

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    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/565—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor

Abstract

本发明公开了一种用于驱动阻抗负载的宽频及压控交流大功率电流源，本发明采用场效应管和运算放大器设计的电流源电路具有恒流精度高、可实现大电流恒流、外围电路简单的等优点，并且本电流源输出电流与输入电压成线性关系，具有广泛的实用价值。本发明没有直接控制负载电流，所以负载端电压vout的大小、相位变化对流过取样电阻Rs3和取样电阻Rs4的电流无影响。所以负载可以是电阻、电感、电容，而对电流源的输出电流没影响。就是说该电流源可驱动电阻、电感或电容负载，只是不同负载需要对运放(或整个电路)进行不同的补偿，超前或滞后补偿。

Description

一种用于驱动阻抗负载的宽频及压控交流大功率电流源
技术领域
本发明属于电子电路领域，具体涉及一种用于驱动阻抗负载的宽频及压控交流大功率电流源。
背景技术
目前，电流源电路广泛应用于工业、通信和其他设备，如传感器激励和设备间通信等领域。并且电流源是电气测量、计量校准、电气试验不可或缺的仪器设备。
恒流源按照恒流器件不同可分为晶体管恒流源、集成电路恒流源、场效应管恒流源。晶体管恒流源的电流控制器件稳流是通过电流控制电流源，必须考虑基极变化对电流的影响，集成电路恒流源适合小电流恒流，一般很难做大。场效应管是一种电压控制器件，它的输入电阻非常高，栅极几乎不汲取电流，非常适合作恒流源的调整管。
在电子电路中，使用运算放大器和稳压器件实现的电流源电路，其电路连接方式为闭环控制，输出电流和功率相对较小，其电流的取样电阻在大电流时功耗较大，并且输入电压大小及调节范围均很小。
有运算放大器实现的典型压控电流源电路如图1所示，令图中运算放大器A1的反相输入端电压为vN1，流经取样电阻R0的电流为i0。假定理想运放工作在线性状态，根据“虚短”、“虚断”概念及反相、同相放大器的原理，则有如下方程式：
由“虚短”概念，vN1＝vP1
取R1/R2＝R3/R4，且i0＝iL，得到：
由于输出电流直接流经取样电阻R0，当输出电流较大时R0上的损耗和发热就成为问题，若选择阻值很低的取样电阻时，输入电压vi值也较小。在组建压控电流源或者与其他电路连接时，输入电压vi的传输电压幅值、变化范围也均较低，容易受到噪声的干扰。
现有电路中反馈环路的电流源性能直接影响着电路的偏置和失调效果。交流大电流、大功率电流源如采用线性调整电路，也存在能量损耗大、效率低、成本高和控制复杂等缺点，并且很少有能驱动阻抗负载的电流源，针对相关技术中压控电流源的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种用于驱动阻抗负载的宽频及压控交流大功率电流源，可输出高压、大电流，可驱动电阻、电感或电容负载，并且用于宽频、宽幅值电压信号的输入。
为了达到上述目的，本发明包括运算放大器，运算放大器的反相输入端连接电压信号vin，正相端连接输入电阻Ri，输出端分别通过电阻Rg1和电阻Rg2连接场效应管Mn1的栅极和场效应管Mn2的栅极，场效应管Mn1的漏极连接场效应管Mn3的栅极，并通过电阻Rd1连接电源VHp，场效应管Mn2的漏极连接场效应管Mn4的栅极，并通过电阻Rd2连接电源VHn，场效应管Mn1的源极通过电阻Rs1连接稳压二极管Dz2的正极，并通过电阻Rs1和限流电阻Rz2后连接负电源电压VEE，场效应管Mn2的源极通过电阻Rs2连接稳压二极管Dz1的负极，并通过电阻Rs2和限流电阻Rz1后连接正电源电压VCC，稳压二极管Dz1的正极稳压二极管Dz2的负极并接地，场效应管Mn3和场效应管Mn4的源极分别连接采样电阻Rs3和采样电阻Rs4，以及反馈回路中的电阻Rf1和电阻Rf2，电阻Rf1和电阻Rf2均连接运算放大器的正相输入端，采样电阻Rs3和采样电阻Rs4分别连接电源VHp和电源VHn，场效应管Mn3和场效应管Mn4的漏极的节点处接输出负载。
所述Rf1＝Rf2＝Rf，Rg1＝Rg2，Rd1＝Rd2＝RD，Rs1＝Rs2＝RSA，Rs3＝Rs4＝RSB，RZ1＝RZ2＝RZ，Ri为反相端输入电阻。
所述运算放大器为OP37。
所述场效应管Mn1和场效应管Mn2性能相同，场效应管Mn3和场效应管Mn4性能相同。
所述场效应管Mn1和场效应管Mn4为NMOS管，场效应管Mn2和场效应管Mn3为PMOS管。
所述稳压二极管Dz1和稳压二极管Dz2的性能相同。
所述正电源电压VCC为+15V电源、负电源电压VEE为-15V电源，VHp为高压正电源、VHn为高压负电源，|VHp|＝|VHn|＝VH。
与现有技术相比，本发明没有直接控制负载电流，所以负载端电压vout的大小、相位变化对流过取样电阻Rs3和取样电阻Rs4的电流无影响。所以负载可以是电阻、电感、电容，而对电流源的输出电流没影响。就是说该电流源可驱动电阻、电感或电容负载，只是不同负载需要对运放(或整个电路)进行不同的补偿，超前或滞后补偿。本发明采用场效应管和运算放大器设计的电流源电路具有恒流精度高、可实现大电流恒流、外围电路简单的等优点，并且本电流源输出电流与输入电压成线性关系，具有广泛的实用价值。
附图说明
图1为现有的运算放大器实现压控电流源的结构示意图；
图2为本发明的电路图；
图3为本发明实施例的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图2，本发明包括OP37运算放大器，运算放大器的反相输入端连接电压信号vin，正相端连接输入电阻Ri，输出端分别通过电阻Rg1和电阻Rg2连接场效应管Mn1的栅极和场效应管Mn2的栅极，场效应管Mn1的漏极连接场效应管Mn3的栅极，并通过电阻Rd1连接电源VHp，场效应管Mn2的漏极连接场效应管Mn4的栅极，并通过电阻Rd2连接电源VHn，场效应管Mn1的源极通过电阻Rs1连接稳压二极管Dz2的正极，并通过电阻Rs1和限流电阻Rz2后连接负电源电压VEE，场效应管Mn2的源极通过电阻Rs2连接稳压二极管Dz1的负极，并通过电阻Rs2和限流电阻Rz1后连接正电源电压VCC，稳压二极管Dz1的正极稳压二极管Dz2的负极并接地，场效应管Mn3和场效应管Mn4的源极分别连接采样电阻Rs3和采样电阻Rs4，以及反馈回路中的电阻Rf1和电阻Rf2，电阻Rf1和电阻Rf2均连接运算放大器的正相输入端，采样电阻Rs3和采样电阻Rs4分别连接电源VHp和电源VHn，场效应管Mn3和场效应管Mn4的漏极的节点处接输出负载。
其中，Rf1＝Rf2＝Rf，Rg1＝Rg2，Rd1＝Rd2＝RD，Rs1＝Rs2＝RSA，Rs3＝Rs4＝RSB，RZ1＝RZ2＝RZ，Ri为反相端输入电阻。
场效应管Mn1和场效应管Mn2性能相同，场效应管Mn3和场效应管Mn4性能相同。
场效应管Mn1和场效应管Mn4为NMOS管，场效应管Mn2和场效应管Mn3为PMOS管。
稳压二极管Dz1和稳压二极管Dz2的性能相同。
正电源电压VCC为+15V电源、负电源电压VEE为-15V电源，VHp为高压正电源、VHn为高压负电源，|VHp|＝|VHn|＝VH。
由于场效应管存在输入电容Ciss，当输入信号是方波时，会产生较大的尖峰栅极电流，这里电阻Rg1和电阻Rg2起限流作用。电阻Rg1和电阻Rg2的阻值一般在几十Ω～10kΩ，场效应管Mn1的Rg1Ciss1以及场效应管Mn2的Rg2Ciss2影响电路通频带的上限频率，如果需要较高的上限频率，该时间常数可取小一些，即电阻Rg1和电阻Rg2取最小值。
由于场效应管Mn1和场效应管Mn2的栅极同电位，当vin＝0时，两栅极的电位等于0。所以场效应管Mn1源极必须有负偏压，由稳压二极管Dz2提供。场效应管Mn2源极必须有正偏压，稳压二极管Dz1提供。
稳压二极管Dz1和稳压二极管Dz2的稳压值Vz低一点，电阻Rs1和电阻Rs2就可以取小一些，负反馈就小一些，放大倍数就可大一点。但是，场效应管Mn1和场效应管Mn2的性能不可能完全相同，所以接入电阻Rs1和电阻Rs2形成负反馈，使两个管子的静态电流和交直流放大倍数尽可能接近。
推导压控电流源的表达式；
假定理想运放工作在线性状态，稳态时，根据“虚短、虚断”概念，A1的反相端和同相端电位相同，即vin＝vA1-3。
设场效应管Mn3的S端输出为vO3，场效应管Mn4的S端输出为vO4。则根据图2中参考方向，有
vO3＝vin+RfiRf1，vO4＝vin-RfiRf2
场效应管Mn3的漏极电流；
场效应管Mn4的漏极电流；
流过电阻Ri的电流。场效应管Mn3和场效应管Mn4的漏极电流差等于负载电流，即
负号表示输出电流与输入电压的相位相反。
可见输出电流只和电阻有关与场效应管的参数无关。只要选择合适的电阻，就可实现精密压控电流源。并且该电流源电路，可输出高压、大电流，取决于场效应管Mn1、场效应管Mn2、场效应管Mn3和场效应管Mn4的耐压和电源VHp和电源VHn。由于反馈电压取自采样电阻Rs3和采样电阻Rs4，而不是取自负载电流，即控制的是通过采样电阻Rs3和采样电阻Rs4的电流，但负载电流恒等于两电阻电流的差值，所以也间接地控制了负载电流。由于没有直接控制负载电流，所以负载端电压vout的大小、相位变化对流过采样电阻Rs3和采样电阻Rs4的电流无影响。所以负载可以是电阻、电感、电容，而对电流源的输出电流没影响。就是说该电流源可驱动电阻、电感或电容负载，只是不同负载需要对运放(或整个电路)进行不同的补偿，即超前或滞后补偿。
推导场效应管Mn1的交流放大倍数；
场效应管Mn1的源极电阻的下端，交流时相当于接地。
iRd1＝gm1vgs1＝gm1(vg1-RS1iRd1)＝gm1vg1-gm1RS1iRd1
上式可以看出，当1/gm1<<RS1时，与场效应管的跨导无关，所以当更换场效应管Mn1时，其放大倍数基本不受影响。
由于电路的对称性，场效应管Mn2的放大倍数AVMn2与AVMn1基本相等。
图3为根据本公开技术的某些实施例的电源装置的示例示意图,考虑到电路中可能出现的自激振荡，我们在优选方案中进行部分改进。在反馈回路中增加了补偿电路Rcom和Ccom，消除电路的自激振荡。电流反馈电阻R3和反馈电阻R4的阻值大小，会影响电路的稳定性，反馈电阻太大，即反馈电流太小，容易造成电路自激振荡。场效应管Mn3和场效应管Mn4并联相同性能的场效应管Mn3a和场效应管Mn4a，可满足对电流源输出大电流的需求。
场效应管Mn1和场效应管Mn2的源极电阻RS1和电阻RS2取合适值，调整电阻RS1和电阻RS2可调节场效应管Mn3和场效应管Mn4的静态偏置电流。

Claims (7)

1.一种用于驱动阻抗负载的宽频及压控交流大功率电流源，其特征在于，包括运算放大器，运算放大器的反相输入端连接电压信号vin，正相端连接输入电阻Ri，输出端分别通过电阻Rg1和电阻Rg2连接场效应管Mn1的栅极和场效应管Mn2的栅极，场效应管Mn1的漏极连接场效应管Mn3的栅极，并通过电阻Rd1连接电源VHp，场效应管Mn2的漏极连接场效应管Mn4的栅极，并通过电阻Rd2连接电源VHn，场效应管Mn1的源极通过电阻Rs1连接稳压二极管Dz2的正极，并通过电阻Rs1和限流电阻Rz2后连接负电源电压VEE，场效应管Mn2的源极通过电阻Rs2连接稳压二极管Dz1的负极，并通过电阻Rs2和限流电阻Rz1后连接正电源电压VCC，稳压二极管Dz1的正极稳压二极管Dz2的负极并接地，场效应管Mn3和场效应管Mn4的源极分别连接采样电阻Rs3和采样电阻Rs4，以及反馈回路中的电阻Rf1和电阻Rf2，电阻Rf1和电阻Rf2均连接运算放大器的正相输入端，采样电阻Rs3和采样电阻Rs4分别连接电源VHp和电源VHn，场效应管Mn3和场效应管Mn4的漏极的节点处接输出负载。
2.根据权利要求1所述的一种用于驱动阻抗负载的宽频及压控交流大功率电流源，其特征在于，所述Rf1＝Rf2＝Rf，Rg1＝Rg2，Rd1＝Rd2＝RD，Rs1＝Rs2＝RSA，Rs3＝Rs4＝RSB，RZ1＝RZ2＝RZ，Ri为反相端输入电阻。
3.根据权利要求1所述的一种用于驱动阻抗负载的宽频及压控交流大功率电流源，其特征在于，所述运算放大器为OP37。
4.根据权利要求1所述的一种用于驱动阻抗负载的宽频及压控交流大功率电流源，其特征在于，所述场效应管Mn1和场效应管Mn2性能相同，场效应管Mn3和场效应管Mn4性能相同。
5.根据权利要求1所述的一种用于驱动阻抗负载的宽频及压控交流大功率电流源，其特征在于，所述场效应管Mn1和场效应管Mn4为NMOS管，场效应管Mn2和场效应管Mn3为PMOS管。
6.根据权利要求1所述的一种用于驱动阻抗负载的宽频及压控交流大功率电流源，其特征在于，所述稳压二极管Dz1和稳压二极管Dz2的性能相同。
7.根据权利要求1所述的一种用于驱动阻抗负载的宽频及压控交流大功率电流源，其特征在于，所述正电源电压VCC为+15V电源、负电源电压VEE为-15V电源，VHp为高压正电源、VHn为高压负电源，|VHp|＝|VHn|＝VH。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5095284A (en) * 1990-09-10 1992-03-10 Synaptics, Incorporated Subthreshold CMOS amplifier with wide input voltage range
CN1357968A (zh) * 2000-12-06 2002-07-10 晶致半导体股份有限公司 具有改良线性度以及低偏差的跨导放大器

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7268625B2 (en) * 2004-09-15 2007-09-11 Broadcom Corporation Method and apparatus for a linear transconductance device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5095284A (en) * 1990-09-10 1992-03-10 Synaptics, Incorporated Subthreshold CMOS amplifier with wide input voltage range
CN1357968A (zh) * 2000-12-06 2002-07-10 晶致半导体股份有限公司 具有改良线性度以及低偏差的跨导放大器

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