CN109709400A - 一种恒流源电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种恒流源电路，包括电压参考基准电路、电流产生电路和光隔离负反馈电路；电压参考基准电路包括一个电压参考基准芯片电路；电流产生电路包括第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器；光隔离负反馈电路包含光电耦合器和三极管电路。本发明由电压参考基准电路通过分压产生标准电压；通过第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器将标准电压信号转换成电流信号；光隔离负反馈电路可以有效减少电路的噪声。此电路稳定性强，电路结构较新颖，具有很强的实用性。

Description

一种恒流源电路

技术领域

本发明涉及一种恒流源电路。

背景技术

电阻测量分为两线制、三线制和四线制测量方法。由于两线制测量方法会引入两根测量导线电阻，该方法常用于低准确度场合。三线制测量方法可以消除一根导线电阻引入的误差，常用于要求较高的工业领域。

四线制测量方法通过恒流源电路给被测电阻施加一定值的恒定电流，电流通过被测电阻两端产生电压差，再通过高准确度电压表测量被测电阻上的电压差，欧姆定律计算获得电阻的实际值。由于四线制测量法可有效减少或消除测量导线的影响，因此常用于高精度电阻测量中。由于高准确度电压表可以通过高位模数转换器实现，因此测量中电流的稳定性就显得格外重要。常见的恒流源电路为了达到恒流源的稳定，部分也采用了负反馈技术，但是由于其电路复杂、成本较高，不能很好的消除外部干扰。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种稳定性强、抗干扰性能好、电路结构简单的恒流源电路。

本发明的技术解决方案是提供一种恒流源电路，其特殊之处在于：包括电压参考基准电路、电流产生电路和光隔离负反馈电路；

上述电压参考基准电路用于将标准电压信号输入到电流产生电路；

上述电流产生电路用于将标准电压信号转换为电流信号；

上述光隔离负反馈电路用于将电路电流同向变化反馈至电流产生电路产生反向变化，实现负反馈。

进一步地，上述电流产生电路还包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3；

上述第一运算放大器U1的正向输入端与电压参考基准电路的输出端连接，上述第一运算放大器U1反向输入端与输出端通过电容C1连接，上述第一运算放大器U1反向输入端通过电阻R1与第二运算放大器U2正向输入端相连接；

上述第二运算放大器U2正向输入端与第二运算放大器U2输出端通过电阻R2相连，上述第二运算放大器U2反向输入端通过电阻R3与第二运算放大器U2的输出端相连接；

上述第二运算放大器U2的正向输入端与第一运算放大器U1的输出端之间用于接待测电阻R_X；

上述第三运算放大器U3正向输入端通过一个电阻R5与地相连接，上述第三运算放大器U3正向输入端通过一个电阻R4与第一运算放大器U1正向输入端及电压参考基准电路的输出端相连接；上述第三运算放大器U3的反向输入端通过可调电阻R6接地。

进一步地，R2＝R3。

进一步地，上述电流产生电路还包括电容C2与电容C3，上述第三运算放大器U3的输出端通过电容C2与第三运算放大器U3的反向输入端连接；上述第二运算放大器U2的输出端通过电容C3与第二运算放大器U2的反向输入端连接。

进一步地，上述光隔离负反馈电路包括三极管Q1，光电三极管U4和电阻R7；所述三极管Q1的基极与第三运算放大器U3的输出端连接，所述三极管Q1的发射极通过电阻R7接地，所述三极管Q1的集电极与光电三极管U4输入端的负极相连接，所述光电三极管U4的输入端正极与电源相连接；光电三极管U4隔离输出端发射极与第三运算放大器U3的反向输入端相连接，光电三极管U4隔离输出端的集电极与第二运算放大器U2的反向输入端相连接。

进一步地，上述电压参考基准电路包括一个电压参考基准芯片电路。

参考电压基准通过电阻R4和R5分压在运算放大器U3的正向输入端产生电压，根据虚短分析方法可知运算放大器U3反向输入端电压与正向输入端一致，反向输入端通过可调电阻R6与地相连，由欧姆定律可知在电阻R6上产生电流I；根据虚短分析方法可知运算放大器U1的正向输入端与反向输入端电压一致；根据运算放大器U2虚短和运算放大器U1虚段可知运算放大器U2的正向输入端和反向输入端的电压一致且与电压参考基准一致；由于电阻R2与电阻R3相同，运算放大器U2输出电流经电阻R2流向运算放大器U1输出端，并经电阻R3流向光电耦合器的输出线路且大小等于I。

当流经Rx电流I发生改变时会引起流经电阻R2和电阻R3线路的电流也产生同向变化，此电流经光电三极管U4的输出端流向电阻R6，在电阻R6上产生同向变化的电压施加于运算放大器U3的反向输入端，引起运算放大器U3输出端电压产生反向变化，从而导致三极管Q1集电极反向变化，通过光电三极管U4输出产生反向变化，电阻R3电流和电阻R2上的电流反向变化，流经电阻Rx电流也反向变化，从而达到稳定电路的作用。

本发明的有益效果是：

1、本发明将光电隔离技术引入恒流源电路，使得该电路稳定性强、抗干扰性能好、电路结构简单，不仅可以应用在电阻测量中，也可以应用在恒流源电路中，具有较好的应用前景。

2、本发明由电压参考基准电路通过分压产生标准电压；通过第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器将标准电压信号转换成电流信号；反馈部分隔离部分采用光电隔离技术，可以有效提高电路的稳定性，减少外界电路的波动及噪声干扰，起到稳定电路作用，当电路受到干扰时导致参考电压基准变化，参考电压的变化导致电流产生变化；参考电压通过运算放大器同相输入端使输出产生同向变化，此变化通过光电隔离三极管反馈至反向输入端，从而导致运算放大器输出端起到反向变化达到稳定的作用。

3、基准芯片通过分压产生电流，此电流通过运算放大器及其外围电路形成一个电流回路，同时加载至被测电阻上，在被测电阻上形成电压，通过采集电路采集被测电路可获得其高精度电阻值。

4、输出电流信号可通过调整电阻R4、R5和R6的大小来调整输出电流大小为，电流与电阻和参考电压基准的关系为I＝U×R5/(R4+R5)/R6。

5、输出电流信号通过参考电压可调，可以通过不同的参考芯片或其他电路结构实现不同的参考电压基准U输出。

附图说明

图1是本发明具体实施的结构原理示意图；

图2是本发明具体实施的电路原理示意图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例禁用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本实施例恒流源电路，包括电压参考基准电路、电流产生电路和光隔离负反馈电路，当需要测量待测电阻阻值时，还包括采集电路，用于采集待测电阻两端的电压。

具体工作流程是电压参考基准电路通过直连、分压等方式将一标准电压信号输入到电流产生电路中，电流产生电路经过处理将电压信号转换为电流信号；光隔离负反馈电路可以有效保障电路的输出稳定可靠，提高电路的抗干扰能力；采集电路用以采集电阻上的电压值，通过欧姆定律计算实测电阻值。

从图2可以看出，本实施例电流产生电路包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3，第一运算放大器U1的正向输入端与电压参考基准电路的输出端连接，第一运算放大器U1反向输入端与其输出端通过电容C1连接，第一运算放大器U1反向输入端通过电阻R1与第二运算放大器U2正向输入端相连接；第二运算放大器U2正向输入端与第二运算放大器U2输出端通过电阻R2相连，第二运算放大器U2的正向输入端通过电阻Rx(负载)与第一运算放大器U1的输出端相连接，第二运算放大器U2反向输入端通过电阻R3和电容C3与第二运算放大器U2的输出端相连接；所述第三运算放大器U3正向输入端通过电阻R5与地相连接，所述第三运算放大器U3正向输入端通过电阻R4与第一运算放大器正向输入端相连接，被测电阻Rx两端通过J1与采集电路相连接。

光隔离负反馈电路包括一个三极管Q1，一个光电三极管U4和一个电阻R7；三极管Q1的基极与第三运算放大器U3的输出端连接，三极管Q1的发射极通过电阻R7与地相连接，三极管Q1的集电极与光电三极管U4的输入端负极相连接，光电二极管U4输入端的正极与电源相连接；光电三极管U4的输出端发射极与第三运算放大器U3的反向输入端相连接，并通过电阻R6与地相连接，光电三极管U4的输出端集电极与第二运算放大器U2的反向输入端相连接。

参考电压基准通过电阻R4和R5分压，在运算放大器U3的正向输入端产生电压，由运算放大器U3电路可知其反向输入端电压与正向输入端一致；运算放大器U3反向输入端通过R6与地之间产生电流信号；

运算放大器U2、电阻R2和电阻R3组成电路向电阻Rx输出电流信号，电流经过电阻Rx流向运算放大器U1的输出端，通过测量电阻Rx上的电压值，通过欧姆定律可计算电阻大小。

该反馈电路通过光隔离负反馈实现，电路受到干扰导致通过电阻Rx的输出电流大小发生变化，流经电阻R2和R3上的电流大小产生同向变化，在电阻R6上产生同向变化的电压值，该电压施加于运算放大器U3的反向输入端导致运算放大器U3输出电压大小产生反向变化，流经光电耦合器的输入端电流大小产生反向变化，通过光耦反馈使光耦的输出电流大小产生反向变化，即流经电阻R6的电流大小产生反向变化，流经电阻R3和R2的电流大小发生反向变化，流经电阻Rx的电流大小产生反向变化从而达到电路输出稳定的目的。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种恒流源电路，其特性在于：包括电压参考基准电路、电流产生电路和光隔离负反馈电路；

所述电压参考基准电路用于将标准电压信号输入到电流产生电路；

所述电流产生电路用于将标准电压信号转换为电流信号；

所述光隔离负反馈电路用于将电路电流同向变化反馈至电流产生电路产生反向变化，实现负反馈。

2.根据权利要求1所述的恒流源电路，其特性在于：所述电流产生电路还包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3；

所述第一运算放大器U1的正向输入端与电压参考基准电路的输出端连接，所述第一运算放大器U1反向输入端与输出端通过电容C1连接，所述第一运算放大器U1反向输入端通过电阻R1与第二运算放大器U2正向输入端相连接；

所述第二运算放大器U2正向输入端与第二运算放大器U2输出端通过电阻R2相连，所述第二运算放大器U2反向输入端通过电阻R3与第二运算放大器U2的输出端相连接；

所述第二运算放大器U2的正向输入端与第一运算放大器U1的输出端之间用于接待测电阻R_X；

所述第三运算放大器U3正向输入端通过一个电阻R5与地相连接，所述第三运算放大器U3正向输入端通过一个电阻R4与第一运算放大器U1正向输入端及电压参考基准电路的输出端相连接；所述第三运算放大器U3的反向输入端通过可调电阻R6接地。

3.根据权利要求2所述的恒流源电路，其特性在于：R2＝R3。

4.根据权利要求3所述的恒流源电路，其特性在于：所述电流产生电路还包括电容C2与电容C3，所述第三运算放大器U3的输出端通过电容C2与第三运算放大器U3的反向输入端连接；所述第二运算放大器U2的输出端通过电容C3与第二运算放大器U2的反向输入端连接。

5.根据权利要求2所述的恒流源电路，其特性在于：所述光隔离负反馈电路包括三极管Q1，光电三极管U4和电阻R7；所述三极管Q1的基极与第三运算放大器U3的输出端连接，所述三极管Q1的发射极通过电阻R7接地，所述三极管Q1的集电极与光电三极管U4输入端的负极相连接，所述光电三极管U4的输入端正极与电源相连接；光电三极管U4隔离输出端发射极与第三运算放大器U3的反向输入端相连接，光电三极管U4隔离输出端发射极通过可调电阻R6接地；光电三极管U4隔离输出端的集电极与第二运算放大器U2的反向输入端相连接。

6.根据权利要求1所述的恒流源电路，其特性在于：所述电压参考基准电路包括一个电压参考基准芯片电路。

7.根据权利要求6所述的恒流源电路，其特性在于：还包括采集电路，所述采集电路用于采集待测电阻R_X上的电压值。