1mA恒流源电路设计及分析一种基于运放的精密恒流源电路设计及分析
李万军
(北华航天工业学院 河北 廊坊)
摘要:常见的TL431与晶体管搭建的恒流源有着温度系数小、电流精密度高等优点,但这种恒流源的电源电压变化会影响到输出电流的大小,且负载对于恒流源也有影响。采用7805和场管对TL431电路改进后,精度有所提高,但是还是易受外部干扰。本设计采用高精度电压基准,采用仪用运放INA118和低偏置电流运放OPA602构建成而成,误差在1uA以内,相比之下有明显的优越性能,实际应用中稳定。
关键字:恒流源,精密,OPA602,INA118,运放
Base...
一种基于运放的精密恒流源电路
及分析
李万军
(北华航天工业学院 河北 廊坊)
摘要:常见的TL431与晶体管搭建的恒流源有着温度系数小、电流精密度高等优点,但这种恒流源的电源电压变化会影响到输出电流的大小,且负载对于恒流源也有影响。采用7805和场管对TL431电路改进后,精度有所提高,但是还是易受外部干扰。本设计采用高精度电压基准,采用仪用运放INA118和低偏置电流运放OPA602构建成而成,误差在1uA以内,相比之下有明显的优越性能,实际应用中稳定。
关键字:恒流源,精密,OPA602,INA118,运放
Based On an Op-amp Precision Constant Current Source Circuit Design and Analysis
LI Wan-jun
(North ChinaIn stitute of Aerosapce Engineering,Hebei Langfan,China)
Abstract:
Key words:
0引言:随着测控技术的发展,对于高精度仪器仪
要求越来越高,在许多测量仪器中需求高精度恒流源,而传统的恒流源电路已经不能满足现在测量仪器的需求。因此,对于高精度的恒流源的设计在应用中很有价值。
TL431与晶体管搭建的恒流源是常见一种恒流源电路,而且电路设计简单、成本低、原理简单、精度高以及温漂小,但这种恒流源电路输出的电流会受输入电源电压的变化而改变。为了减小输入电压对恒流源的影响,本设计采用高精度电压基准LM399,采用仪用运放调节电压,采样电阻采用高精度的金属箔电阻。
1 常见恒流源电路分析
常见的恒流源基于TL431的基础上进行改进,图1中RS为基准电阻,理论运算Isink=VREF/RS,负载接在电源电压和晶体管的集电极之间。此电路中TL431起到电压基准稳定作用,温漂50ppm/。C,如果电压基准不变,那么基准电阻上的电流就不变。然后利用NPN的集电极电流与发射极的电流近似相等使Isink保持恒定。很明显晶体管的基极存在漏电流,根据KCL原理可知,漏电流的存在使负载电流变小,以至恒流源负载的变化对恒流源的影响也较大。简易改进,电源电压输入端增加7805稳定电压,晶体管换成场效应管,提高了输入电压基准的稳定性,减小了漏电流,相对恒流效果好些。
图1 TL431与三极管组成的常见恒流源
Fig.1 A common constant current composed by TL431 and the triode
图2 运放组成的恒流源
Fig.2 Op-amp composition constant current source
2 采用运放恒流源电路分析
改进电路依照运放OPA602在理想状态下的虚短、虚断原理而设计。改进输入基准电压的稳定性和减小输出电流受负载的影响。电路设计原理图如图2所示。运放电路采用LM399,温漂0.5ppm/。C,输出电压6.95V。经过仪用运放INA118进行放大,温漂0.5uV/。C。进过低偏置电流运放OPA602,偏置电流1pA。恒流理论运算为IOUT=VREF/RS,基准电阻为RS,即电路中的R6。利用虚短原理,运放INA118输出电压VREF=VR6,利用虚断原理,IREF=0,IOUT=IR6。基准电阻采用金属箔电阻,精度千分之一的10K电阻,温漂低。对于数控恒流源直接对于电压基准进行修改即可,数字量对应电压输出控制恒流,原理同上。
3、实际电路性能测试
对于TL431和晶体管构建的数据测试如表1所示,测试条件采用SS3323可跟踪直流稳
编号
时间
电流(mA)
1
10:54:00
1.135
2
10:55:00
1.134
3
10:56:00
1.135
4
10:57:00
1.131
5
10:58:00
1.135
6
10:59:00
1.038
7
11:00:00
1.135
8
11:01:00
1.135
9
11:02:00
1.12
10
11:03:00
1.135
表1 TL431和晶体管测试数据
Tab.1 TL431 and transistor test data
压电源,输出12V,电流测试UT61E万用表。整体数据有些波动,主要受输入电源电压影响,而且该恒流源负载电阻不能超过2K,同时易受外界温度影响。采用7805和场管
编号
时间
电流(mA)
1
9:44:00
0.806
2
9:45:00
0.805
3
9:46:00
0.804
4
9:47:00
0.804
5
9:52:00
0.804
6
9:52:30
0.803
7
9:54:00
0.803
8
9:55:00
0.804
9
9:55:30
0.803
10
9:56:00
0.802
表2 TL431改进电路的测试数据
Tab.2 TL431 improved circuit test data
后测试数据有所改善。测试数据如表2所示。测试条件一样。采用运放设计的恒流源电路测试数据如表3所示,测试条件采用电源输出为15V,电流测量采用FLUKE 17B万用表,
编号
时间
电流(mA)
1
19:29:00
0.998
2
19:30:00
0.999
3
19:31:00
1
4
19:32:00
0.999
5
19:33:00
1
6
19:34:00
0.999
7
19:35:00
0.999
8
19:36:00
1
9
19:37:00
0.999
10
19:38:00
1
表3 基于运放的恒流源测试数据
Tab.3 Based on the op-amp constant current source test data
其他条件一样。从测试数据可以看到基于运放的恒流源稳定性明显
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