恒流源實(shí)驗電路的設計

科技資訊2013 NO.14TECHINOL oGY INFOFMATION動(dòng)力與電氣工程恒流源實(shí)驗電路的設計D(浙江大學(xué)城市學(xué)院信息與電氣工程分院浙江杭州 310015)摘要:在模叔電子技術(shù)實(shí)驗教學(xué)中,一般都沒(méi)有開(kāi)設恒流源電路實(shí)驗。事實(shí)上,恒流源電路是一種應用廣泛的電路。為此,設計了兩個(gè)恒流源電路,分別為負載懸淳式和負曩接地式兩大類(lèi)型,通過(guò)PSpice仿真與真實(shí)實(shí)驗相結合,使學(xué)生充分了解恒流源電路的工作原理以及影響因素,掌握其設計方法。關(guān)鍵詞:恒流源PSpice 集成運算放大器 仿真中圖分類(lèi)號:TM933.1文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2013)05(b)-0118-02恒流源,是一種能向負載提供恒定電的燒壞，但是在軟件仿真當中不必擔心。在根據疊加定理,可知運放IC1同相輸出流的電路,在電阻的測量.溫度的測量.金圖1中選取負載RL,設置其Value={RL},放端 電壓為:屬楊氏模量的測量等許多場(chǎng)合中得到了廣置參數元件PARAM ,并在其屬性中增加一R泛應用"。目前,在國內常見(jiàn)的模擬電子技行RL=1.5 Q ,保持V1.R1不變,在分析設置V.="R+k,+VrR+R(3術(shù)實(shí)驗教材中,少見(jiàn)有恒流源電路的實(shí)驗里選擇DCSWEEP ,掃描變量選擇全局參數由于集成運放IC2實(shí)際上構成了一個(gè)內容，為此，有必要將-一些典型實(shí)用的恒流RL,設定RL變化范圍為從0.10~10,步 跟隨器電路 ,其目的是為了將輸人端與輸源電路引入實(shí)驗教學(xué),以增進(jìn)學(xué)生的理解。進(jìn)為0.1 a,進(jìn)行仿真計算，即可得到流經(jīng)負出端隔離 ，避免輸入信號對輸出產(chǎn)生影響，.Cadence公司的OrCAD/ PSpice16.3(本載電流IRL的圖形,從中可知:當負載電阻所以有:文簡(jiǎn)稱(chēng)PSpice)是-套功能強大的EDA軟RL在0~7.50時(shí),輸出電路IRL為1A,當負V=V =IoxR2(4件,日益成為世界上越來(lái)越多的科研和工載為9 Q時(shí),IRL=985.6mA,誤差為1.44%; .又因為Vg=loxR, +V2(5程技術(shù)人員進(jìn)行仿真計算的必備工具,利當負載為10 Q時(shí),IRL=975.2 mA,誤差為考慮到集成運放IC1近似為理想，兩個(gè)用軟件進(jìn)行電路的輔助設計,對于在真實(shí)2.48%。事實(shí)上,對于大電流恒流源而言,負輸入端電壓相等:當中不方便試驗的-些因素(如變化的負載電阻-般很小，所以該恒流源在負載為V.=V_(6)載.溫度等)都可以進(jìn)行仿真。本文運用0~8 Q范圍內，精度都很高,實(shí)用性強。如在電路中取R1. R2. R3. R4相等,聯(lián)系PSpice仿真工具,設計了兩個(gè)高精度的恒流果學(xué)生在實(shí)驗使用時(shí) ,輸人電壓V1-開(kāi)始以 上(2)- (6)式，即有流經(jīng)負載RL的輸出電源電路，利用其強大的仿真功能和方便易不要調大,否則很容易燒掉負載。用的圖形后處理功能,對恒流源電路的負1.3電路的溫度特性分析10=R(7;載影響以及溫度影響進(jìn)行了仿真分析,結設計的恒流源電路除了要考慮負載特從以上分析可知,該電路輸出電流I0果證明是可行的,運用PSpice的分析方法也性外，還需要考慮環(huán)境溫度可能產(chǎn)生的影與負載RL無(wú)關(guān),所以是恒流源電路。如在圖.具有很好的借鑒意義21。響。在本電路中,選取負載電阻RL=1.5 n,中取V1=2.5 V,Rf=250 q,R1=10 k0,功率2W,設置電路工作環(huán)境溫度分別為-RB=20 Q ,晶體管選Q2N3904,即可以得到負載懸浮式的恒流源實(shí)驗電路設計50C-50 C,步進(jìn)為1 C,在軟件中對電路輸出電流為10mA的恒流源電路。1.1理論分析進(jìn)行溫度掃描分析，可得到圖形，實(shí)驗電路如圖1,在該電路中,負載RL從圖中可知，當溫度在一-50 C~0 C時(shí)，2.2負載特性分析串接在集成運放反向輸入端與晶體管Q1發(fā)輸 出電流IRL隨溫度近似線(xiàn)性增長(cháng);當溫度在ORCAD軟件當中建立電路圖，選取射極之間。由Q1.R2、RL構成了負反饋支在0 C -50 C時(shí),輸出電流IRL=1A。當溫度負載RL為可變負載，變化范圍為從0.1 a .路,在晶體管Q1工作在正常的放大區條件在-50 C時(shí),IRL=858 mA,誤差為14.2%;當到2k日,步進(jìn)為1 n, 進(jìn)行仿真計算,即可下,考慮集成運算放大器輸人阻抗極高,可溫度在-10 C時(shí),IRL=971 mA,誤差為2.9%。得到流經(jīng)負載電流IRL的圖形。近似為理想運算放大器。根據理想運放的所以對于該1A恒流源電路 ,實(shí)際工作中最從圖中可知:負載電阻RL在0 0~1.1 kQ .特點(diǎn),利用“虛短”特性,可知流經(jīng)負載RL的好選擇在溫度為0C以上,這樣能更好保證時(shí),輸出電路IRL為10 mA;當負載為1.5 kQ時(shí),IRL=7.94 mA,誤差為2%;當負載為2 kQ電流:電流的精度。時(shí),IRL=6. 18 mA,誤差為3.82%。In=Im-R(12負載接地式恒流源實(shí)驗電路設計所以為保證該10 mA電流源精度,負載該電流只與輸人電壓V1和R1有關(guān),與最好不要超過(guò)1.5 K0.目前,工業(yè)過(guò)程控2.1理論分析RL無(wú)關(guān),故是恒流源電路。通過(guò)改變輸入電設計的負載接地式恒流源電路如圖4,制中常用的恒流負載- -般在0~7500,通壓V1和R1,就可以實(shí)現恒流范圍的變化。由于集成運放IC1.1C2輸入阻抗極高,可近過(guò)采用該電路,大大增加了負載能力。1.2負載特性分析2.3電路的溫度特性分析本例中設計的恒流源電流較大，對負載似為理想運算放大器。在圖中,針對集成運在本電路仿真中,選取負載電阻為250的功率有一定要求,如果使用者不注意恒放IC1,其反向輸入端電壓為:Q,設置電路工作環(huán)境溫度分別為-50流源的負載特性,就可能會(huì )導致負載電阻V_=VER+R2)口~50C,在軟件中對電路進(jìn)行溫度掃描①作者簡(jiǎn)介:周利祥(1990,8-),漢族，男，浙江省杭州市人，本科在讀,自動(dòng)化0903班學(xué)中國煤化工張科紅(1978,12-),漢族，男,湖北省公安縣人,碩土研究生，實(shí)驗師,主要從事:MYHc N M H G驗教學(xué)和研究.118 科技資訊SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATIONSCENCE & TEGNOLOY OCMAION科技資訊動(dòng)力與電氣工程[2]劉東梅,陳飛鳴,王曉媛.基于OrCAD/ PSpice15.7的無(wú)損均勻線(xiàn)實(shí)驗研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗技術(shù)與管理, 2011,28(4):73-75.3] 秦玲,張良，賴(lài)青貴,等.基于功率運算岸放大器的恒流源技術(shù)研究[J].通信電源技術(shù),2007,24(1):43-46.+PAALSTEASL吉圖1負載懸浮式的恒流源電路R2_V8言10KbyD 。-.15VdC108R31ok。vec。多RIG°唱do哈PARAMETERS:vERL(RI負載接地式恒流源電路分析，即可得到電流圖形。性主要取決于集成運算放大器以及采樣電阻，從圖形中可知,當溫度在-50 C，所以在實(shí)際應用當中要注意選擇高精度的運IRL=9.997 mA,誤差為0.03%;當溫度在算放大器芯片(如OP07等)以及溫漂小的電阻+50C時(shí),IRL=9.996 mA,誤差為0.04%。所(普通電阻的溫漂系數大約在0.05%/ C以上,以對于該10mA電流源,溫度的影響不大。此電路中R可選取溫漂系數為S x 10-4%/ C的值得注意的是,同樣要用該電路實(shí)現一個(gè)電阻),要根據電流的大小選擇合適的晶體管1A的電流源時(shí),其溫度敏感度將大大增強?；驁?chǎng)效應管!。目前,該兩種電路已分別在某工業(yè)控制產(chǎn)品中得到了應用,通過(guò)在實(shí)3結語(yǔ)驗項目中引入這兩個(gè)電路,讓學(xué)生得到了本文介紹了兩種簡(jiǎn)單實(shí)用的恒流源電訓練,了解了恒流源電路的原理及應用特路，分別是負載懸浮型與負載接地型,并在.點(diǎn)。ORCAD/PSPICE16.3軟件中分別舉例實(shí)現了一個(gè)1A的電流源以及一個(gè)10 mA的電流參考文獻源，并對電路的負載特性、溫度特性進(jìn)行了[1] 凌向虎.自制恒壓恒流電源在物理實(shí)驗仿真分析，結果證明其在一定范圍內精度中的應用[J].物理與工程, 2008, 18(3)較高,具有很好的通用性。由于恒流源的穩定17-19.中國煤化工"YHCNMHG科技資訊SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 119