实用恒流源电路设计

电子测量技术・２０（）２年第五期

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实用恒流源电路设计

翟玉文

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摘要文中详细介绍丁两个实用的恒流源电路，分析了电路原理，给出了应用方法。关肇词恒靠源温漂电路设计

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恒流源足模拟集成电路巾广泛使用的一种单元电路．在吏际中也有着广泛的应用。以］业测温为例，热电阻作为常用的测温传感器．其电阻值反映了它所处位置的温度。要精确地测温，首先就要准确地测出热电阻的电阻值．而测量电阻最有效的方法就是采用恒流源电路．使恒定的电流流过所要测量的电阻，将电阻信号转换为电压信号，由电压值就可求出电阻值，从而测得温度值本文介绍两个实用的恒流源电路，详细分析其恒流原理，并说明应用中如何进行电路中的器件选择。

１．２正恒流源电路

图２所示电路是由运放、基准电压源、电阻和三极管组成的正恒流源电路。输出电流为

…

，＝曾‰等（。）ｉ＋＆＆Ｒ

图２正恒流源电路

其中肪和岛为两个三

极管的电流放大系数。选取不问的Ｒ即可得到不同的恒流，。对于一般的三极管（如９０１５），其卢均为１５０以上．因此两个三极管的电流放大系数之积卢届很大．式

（２）又可近似为

１实用恒流源电路

１．１负恒流源电路

图ｌ所示电路是一个由运算放大器、基准电压源和电阻组成的负恒流源电路。此电路的输人是，个山基准电压源（姐Ｔ．Ｍ３９９等）

提供的恒定电压。通过对电路的分析（推图Ｉ负恒流源电路导过样小太复杂，略）可以得到输出电流的表达式为：

，＝等

（３）

此恒流源电路的输出恒流Ｉ为了Ｆ值，＝

设计参数选择实例：选取凡＝２．５魁２，町得输Ｈｊ恒流ｌ＝ｈＦＩＡ，

应用要点：１．运放Ｉｃ应选高输入阻抗的运算放大器（如ｃＡ３１４０）；２恒流源电路中三极管的电流放人系数口值越大、温漂系数越小，恒流值Ｉ越稳定，即恒流效果越好。－般情况下．选用两个｛极管（或复赍管）

卜警“

（１）

由式（１）可见ｆ‘，恒定，适当选取电阻见、岛和尺的值，就可以得到需要的恒流值，。此恒流源电路的输出电流

，为负值、

即可满足较高精度的要求。如果对恒流精度要求更高，可用三个＿三极管；对恒流精度要求不高或恒温场合也可用一个三极管。

设计参数选择实例：选取玑＝６

８

ｐ７，月＝ｌｏ删，

２结论

本文介绍的两个恒流源电路，设计简单、实用，恒流值稳定．已应用于热电阻测温仪表的设计中。

参考文献

ｌ

厅．＝１０枷．峨＝５ｍ。可得输出恒流，＝一２０４叫。

应用要点：ｌ运放Ｉｃ应选高输入阻抗的运算放大器；２电阻要选取温漂系数小的，且耍求Ｒ，与尺２的温漂系数相同，并通过精选使阿个月』值相同．两个

Ｒ２值相同，、

康华光电于技术基础（模拟部分）北京：高等教育出版

社．１９９９年

万方数据　

实用恒流源电路设计

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：

翟玉文， 艾学忠， 杨潇吉林化工学院

电子测量技术

ELECTRONIC MEASUREMENT TECHNOLOGY2002，

参考文献(1条)

1.康华光 电子技术基础(模拟部分) 1999

相似文献(10条)

1.学位论文 吉文婷 电容式传感器的CMOS检测电路设计与实现 2009

电容式传感器是将被测的非电量变化转换为电容量变化的一类传感器。随着微电子机械系统（MEMS）设计与加工技术的不断进步，已研制出包括电容式压力传感器、湿度传感器、加速度计、化学和生物传感器等产品。在国内，尚无成熟的电容式传感器接口集成电路投入市场。本文分析了国外电容式传感器处理电路的典型形式，比较了各种电容测量电路的特点，针对本实验室以前的流片的不足，改进了基于Schmitt触发器的电容式传感器检测电路，设计出了符合本实验室传感器温漂特性要求的接口电路。

本文分析了实验室2007年开发的气压式传感器接口电路，对芯片进行了功能测试，得到它的温漂达到90Hz/℃，电容分辨率达10Hz/fF。针对前述电路温漂太大，提出了具有低温漂、低电源电压干扰的差分式张弛型电容式传感器检测电路。并针对其设计了差频电路，利用共用恒流源实现了敏感电容及参考电容与输出差频的转换。差频后的温度系数为8Hz/℃，相比之前减小了一个数量级，基本符合一个灵敏度为46fF/hpa的气压传感器的接口电路的温漂特性要求。

本文采用Tanner TM L-edit软件完成了版图设计。作者先基于对CMOS工艺版图设计技术的研究工作总结了版图设计技术，并对电路的关键器件的版图设计进行阐述。在此基础上对本设计电路进行了规范的版图设计，完成了DRC文件、版图参数提取文件、LVS文件等必要的版图设计的辅助文档，对版图提取了寄生参数，验证了版图与原理图的一致性，通过后仿真验证了版图设计后的电路满足设计要求。

电路的制备采用1μm N阱双层金属单层多晶工艺，在中国电子科技集团第五十八所流片成功。测试结果表明基于Schmitt振荡器的电容检测电路的核心器件恒流源、Schmitt触发器和D触发器等核心器件性能符合设计指标，整体能正常工作，其输出频率与测量的电容成反比，给出了在不同参数条件下的电容——频率曲线，分辨率达到10Hz/fF。

本文最后总结了整个课题的主要工作，同时提出了工作中的一些问题和进一步改进的办法。

2.学位论文 李国玉 智能压力传感器的设计 2004

压阻型扩散硅压力传感器以其低价格得到广泛应用,基于单片机技术的智能压力传感器以其使用方便,测量精确而得以推广.压力传感器的核心是扩散硅电阻桥,智能压力传感器应用单片机技术采集数据、处理并输出显示结果.扩散硅的压阻系数是温度的函数,所以存在灵敏度温漂,而影响温度的因素是多方面的:测量环境的变化,测量电路产生的热量的影响等等,所以要想得到比较精确的压力值,必须对压力传感器进行校正.压力传感器的零点存在热漂移、电漂移和时间漂移,减小压力传感器的热零点漂移的措施是各力敏电阻的电阻值及其温度系数的相等性.本论文应用曲线拟合方法,神经网络算法和多项式拟合的规范化方法校正零点,降低成本且精确度提高.压力传感器的压力灵敏度与压阻系数成比例关系,而压阻系数是温度的函数,所以非线性补偿的实质是消除温度对灵敏度的影响.可应用的方法很多:二极管补偿法,恒流源补偿法,热敏电阻补偿法等.本论文利用集成的温度传感器AD590获得温度信息,应用曲线拟合技术,融入温度信息,得出带有温度信息的压力解析表达式,此方法简化硬件电路且可实现自校正自补偿功能.本论文根据压力传感器零点补偿与非线性补偿原理,设计出了测量压力传感器的硬件电路及C51软件编程,应用单片机技术测量电路简单,成本低,应用面广,但是由于自身的稳定性其测量结果仍存在误差.

3.期刊论文 谢益光.陈宝忠.陈立.XIE Yiguang.Chen Baozhong.CHEN Li 恒流源在输油管线冰堵位置测定的应用 -现代电子技术2006,29(12)

北方冬季气温一般在-15℃～-30℃左右,在冰冻期内,脱水不完全或者蜡质过高的油气在输送过程中,部分水或蜡质会在油气管线或气管线内壁凝聚,造成管内介质流动孔径变小,严重时会造成管道局部冰堵,从而导致全线停输,若不能及时处理将会造成巨大的经济损失.以应变片的应力应变特性利用电桥的加减特性,通过检测变送电路在管线加压过程中冰堵位置前后管内介质压力不同,致使冰堵点前后管道变形程度也不同,通过传感器来捕捉冰堵前后管道的变形程度,从而判断冰堵点的位置,是一种相比传统检测方法(如钻孔法、敲击法、理论数值分析法、超声波法等)较为高效的测量方法.

4.学位论文 何洪伟 高精度大电流直流恒流源 2008

在实际应用中，也有许多用电设备要求供给的电流保持恒定。我们把这种能够向负载提供恒定电流的电源称为“恒流源”。所谓“恒流”是一种习惯的说法，并不是电流值绝对不变，只是这种变化相当小，在一个规定的工作范围内保持足够的稳定性。

本文设计了一种基于单片机控制的高精度大电流直流恒流源。该恒流源以W77E58为控制核心，采用了高共模抑制比低温漂的运算放大器OP07和三极管MJ11032构成恒流源的主体，配以高精度直流比较仪、16何D/A芯片DAC702，完成了单片机对输出电流的实时控制。人机接口采用4×4键盘及4位半芯片ICL7135C制作的数字表头，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能。本文在软件设计上采用增量式PID控制算法，即数字控制器的输出只是控制量的增量。增量式控制虽然只是算法上作了一点改进，却带来了如下的优点：一是算式中不需要累加，控制增量的确定仅与最近三次的采样值有关，容易通过加权处理获得比较好的控制效果；其次是计算机每次只输出控制增量，即对应执行机构位置的变化量，故机器发生故障时影响范围小、不会严重影响生产过程。

文章最后对该恒流源的主要性能参数进行了测试，测试结果表明：本恒流源输出电流稳定度优于0.005％(每分钟)，输出交流纹波系数优于1％，输出功率大于60W，该恒流源已达到预期效果，设计方法适用有效。

5.学位论文 穆云田 基于单片机控制的直流恒流源的设计 2007

目前电源技术已逐步发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科，它对现代通讯、电子仪器、计算机、工业自动化、电力工程、国防及某些高新技术提供高质量、高效率、高可靠性的电源起着关键作用。

本文设计了一种基于单片机控制的数控直流恒流源。该恒流源以AT89S52为控制核心，采用了高共模抑制比低温漂的运算放大器OP07和达林顿管TIP122构成恒流源的主体，配以高精度采样电阻及12位D/A芯片MAX532、16位A/D芯片AD7715，完成了单片机对输出电流的实时检测和实时控制。人机接口采用4×4键盘及LED数码管显示器，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能。

本文在软件设计上采用增量式PID控制算法，即数字控制器的输出只是控制量的增量。增量式控制虽然只是算法上作了一点改进，却带来了如下的优点：一是算式中不需要累加，控制增量的确定仅与最近三次的采样值有关，容易通过加权处理获得比较好的控制效果；其次是计算机每次只输出控制增量，即对应执行机构位置的变化量，故机器发生故障时影响范围小、不会严重影响生产过程。

文章最后对该恒流源的主要性能参数进行了测定，测试结果表明：该系统已基本达到预期的设计目标，具有功能强、性能可靠、体积小、电路简单

的特点，可以应用于需要高稳定度的小功率恒流源的领域。

6.期刊论文 戎华.李俊峰.张声良.Rong Hua.Li Junfeng.Zhang Shengliang 一种补偿扩散硅压力传感器零点温漂的电阻网络 -仪器仪表学报2000,21(1)

本文从恒压源和恒流源两种不同的供电方式出发,推导出了两套扩散硅压力传感器零点及零点温漂串、并联补偿电阻阻值的公式,运用这两套公式,只需测量流过电桥的电流、桥压以及零点输出,而无需测量桥臂电阻就可计算出补偿电阻的大小,使用极其方便.

7.学位论文 赵彦晓 压力传感器的热零点漂移补偿与非线性修正 2003

压力传感器的核心是扩散硅电阻桥,智能压力传感器应用单片机技术采集数据、处理并输出显示结果.扩散硅的压阻系数是温度的函数,所以存在灵敏度温漂,而影响温度的因素是多方面的:测量环境的变化,测量电路产生的热量的影响等等,所以要想得到比较精确的压力值,必须对压力传感器进行校正.压力传感器的零点存在热漂移、电漂移和时间漂移,减小压力传感器的热零点漂移的措施是各力敏电阻的电阻值及其温度系数的相等性.该论文应用曲线拟合方法校正零点,降低成本且精确度提高.压力传感器的压力灵敏度与压阻系数成比例关系,而压阻系数是温度的函数,所以非线性补偿的实质是消除温度对灵敏度的影响.可应用的方法很多:二极管补偿法,恒流源补偿法,热敏电阻补偿法等.该论文应用曲线拟合技术,融入温度信息,得出带有温度信息的压力解析表达式,此方法简化硬件电路且可实现自校正自补偿功能.该论文根据压力传感器零点补偿与非线性补偿原理,设计出了测量压力传感器的硬件电路及软件编程,应用单片机技术测量电路简单,成本低,应用面广,但是由于半导体本身的特点其测量结果仍存在一定的误差.

8.期刊论文 张文.胡生清 压阻式传感器温度误差补偿技术 -电子质量2003,

介绍了一种简单实用的压阻式传感器零点温度误差补偿技术在恒流源供电下,可用计算机同时采集多个待补偿传感器的输出电压和电桥输入端电压,即可通过软件自动计算出补偿电阻的大小并确定补偿位置,通过实验获得了较好的补偿效果,可以方便的指导实际生产.

9.学位论文 王书杰 半导体材料电阻率测试原理研究和测试仪研制 2006

电阻率是半导体材料最重要的特性参数之一，通过对其测量，可以掌握样品中杂质浓度的分布情况。因此，在半导体工业中，必须快速、准确地对硅晶圆片电阻率进行测量和分档。

本文首先详细分析了四探针电阻率测试原理，在比较了几种测试方法的基础上，确立了矩形四探针法，与国内厂家现在普遍采用的直线四探针法相比，用矩形四探针法可以获得更小的测量微区，而且其游移偏差也小于直线四探针测量所产生的偏差。

在此基础之上，将直流四探针测试方法与嵌入式系统相结合，设计出数字化智能四探针电阻率测试仪，详细说明了各部分电路的组成及功能，以及相应的软件设计。该系统依据直流四探针法原理，采用由16位单片机MSP430控制的高稳定度可编程恒流源电路和低温漂、低噪声可编程放大器电路，以及自动量程转换电路等部分构成测量回路，使得该仪器能够自动识别待测样品的电阻率，并根据电阻率大小自动切换量程，既可以独立工作，又可以通过RS-232接口与PC机通信，大大提高了该测试仪的数据处理能力和测量精度，而且操作十分方便高效。该测试仪有较高的实用价值和发展前景。

10.学位论文 高玉峰 一种基于电流倒向技术的四线制微弱电阻测量方法 2006

微弱信号自身的幅度很小，同时还会被噪声信号所淹没，放大及测量仪器的固有噪声以及外界的干扰噪声往往比有用信号的幅度大得多，放大待测信号的过程也会放大噪声信号，通常的测量方法不可能把微弱信号精确地检测出来的。但是在军事、生产、科研、医学等诸多领域有许多微弱信号需要精确地测量(电压、电流、电阻等)。因此微弱直流信号的检测意义重大，同时也充满挑战。

几乎任何物理量都是要首先转换为电信号之后再进行测量的，而这些电信号大多为直流信号，对于自身比较微弱的物理量其转换成的直流信号也很微弱，因此微弱直流信号测量有着广泛而现实的应用场合。最常见的微弱直流信号包括：微弱电压信号，微弱电流信号，微弱电阻信号等。

本文详细分析了微弱直流信号检测中各种噪声和主要误差源产生的机理，并结合实际测量中遇到的具体问题提出解决方法。此外，本文归纳了当前比较通用的微弱直流信号检测的主要方法，并在此基础上提出了一种新的测量方法。在对比分析了三种常见的电阻测量方法后，本文针对微弱直流信号检测中的主要误差源(热电势、温漂等)以及工频干扰等误差因素，采用四线制电流倒向技术设计了一种新型的微弱电阻测量仪。

该测量仪以单片机为控制中心，设计分为恒流源、第一放大阶段、第二放大阶段、饱和判别单元等部分。其中：恒流源输出的电流大小在0～1A范围内可调且方向可控，从而实现电流可倒向；第一放大阶段为主放大阶段，对待测电阻两端电压进行初次放大，第二放大阶段的作用是有效地减小整个放大电路的级差，对待测电阻两端电压进行再次放大，两个放大阶段不同放大级的组合可以对不同待测电阻两端不同的电压值灵活有效地放大；饱和判别单元可以对两个放大阶段某一放大级的输出进行饱和判断。 经实验证明，该测量板具有很好的测量精度与重复精度。

引证文献(8条)

1.李冬梅 大电流恒流源放电回路及其分析[期刊论文]-中小企业管理与科技 2009(21)2.薛易 一种精密程控恒流源设计[期刊论文]-自动化仪表 2009(4)

3.王万峰.鲁浩.徐剑芸 开环光纤陀螺信号处理[期刊论文]-航空兵器 2008(6)

4.丁喜波.段兆丽.王锦仁.张任.张俊杰 脉宽调制程控恒流源的设计[期刊论文]-传感器与微系统 2008(6)5.王锦仁.DUAN Zhao-li.段兆丽 基于脉宽调制的程控恒流源设计[期刊论文]-佳木斯大学学报（自然科学版）2008(2)

6.丁喜波.刘新华.段兆丽.王新亮 敏感元件烧结测控仪的研制[期刊论文]-电测与仪表 2007(11)7.贺桂芳.张佰力 基于数字温度传感器的风速测量仪[期刊论文]-传感器技术 2005(12)8.李建新 基于恒流源的电阻测量[期刊论文]-现代电子技术 2004(19)

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