恒流源实验电路的设计

科技资讯2013 NO.14TECHINOL oGY INFOFMATION动力与电气工程恒流源实验电路的设计D(浙江大学城市学院信息与电气工程分院浙江杭州 310015)摘要:在模叔电子技术实验教学中,一般都没有开设恒流源电路实验。事实上,恒流源电路是一种应用广泛的电路。为此,设计了两个恒流源电路,分别为负载悬淳式和负曩接地式两大类型,通过PSpice仿真与真实实验相结合,使学生充分了解恒流源电路的工作原理以及影响因素,掌握其设计方法。关键词:恒流源PSpice 集成运算放大器 仿真中图分类号:TM933.1文献标识码:A文章编号:1672-3791(2013)05(b)-0118-02恒流源,是一种能向负载提供恒定电的烧坏，但是在软件仿真当中不必担心。在根据叠加定理,可知运放IC1同相输出流的电路,在电阻的测量.温度的测量.金图1中选取负载RL,设置其Value={RL},放端 电压为:属杨氏模量的测量等许多场合中得到了广置参数元件PARAM ,并在其属性中增加一R泛应用"。目前,在国内常见的模拟电子技行RL=1.5 Q ,保持V1.R1不变,在分析设置V.="R+k,+VrR+R(3术实验教材中,少见有恒流源电路的实验里选择DCSWEEP ,扫描变量选择全局参数由于集成运放IC2实际上构成了一个内容，为此，有必要将-一些典型实用的恒流RL,设定RL变化范围为从0.10~10,步 跟随器电路 ,其目的是为了将输人端与输源电路引入实验教学,以增进学生的理解。进为0.1 a,进行仿真计算，即可得到流经负出端隔离 ，避免输入信号对输出产生影响，.Cadence公司的OrCAD/ PSpice16.3(本载电流IRL的图形,从中可知:当负载电阻所以有:文简称PSpice)是-套功能强大的EDA软RL在0~7.50时,输出电路IRL为1A,当负V=V =IoxR2(4件,日益成为世界上越来越多的科研和工载为9 Q时,IRL=985.6mA,误差为1.44%; .又因为Vg=loxR, +V2(5程技术人员进行仿真计算的必备工具,利当负载为10 Q时,IRL=975.2 mA,误差为考虑到集成运放IC1近似为理想，两个用软件进行电路的辅助设计,对于在真实2.48%。事实上,对于大电流恒流源而言,负输入端电压相等:当中不方便试验的-些因素(如变化的负载电阻-般很小，所以该恒流源在负载为V.=V_(6)载.温度等)都可以进行仿真。本文运用0~8 Q范围内，精度都很高,实用性强。如在电路中取R1. R2. R3. R4相等,联系PSpice仿真工具,设计了两个高精度的恒流果学生在实验使用时 ,输人电压V1-开始以 上(2)- (6)式，即有流经负载RL的输出电源电路，利用其强大的仿真功能和方便易不要调大,否则很容易烧掉负载。用的图形后处理功能,对恒流源电路的负1.3电路的温度特性分析10=R(7;载影响以及温度影响进行了仿真分析,结设计的恒流源电路除了要考虑负载特从以上分析可知,该电路输出电流I0果证明是可行的,运用PSpice的分析方法也性外，还需要考虑环境温度可能产生的影与负载RL无关,所以是恒流源电路。如在图.具有很好的借鉴意义21。响。在本电路中,选取负载电阻RL=1.5 n,中取V1=2.5 V,Rf=250 q,R1=10 k0,功率2W,设置电路工作环境温度分别为-RB=20 Q ,晶体管选Q2N3904,即可以得到负载悬浮式的恒流源实验电路设计50C-50 C,步进为1 C,在软件中对电路输出电流为10mA的恒流源电路。1.1理论分析进行温度扫描分析，可得到图形，实验电路如图1,在该电路中,负载RL从图中可知，当温度在一-50 C~0 C时，2.2负载特性分析串接在集成运放反向输入端与晶体管Q1发输 出电流IRL随温度近似线性增长;当温度在ORCAD软件当中建立电路图，选取射极之间。由Q1.R2、RL构成了负反馈支在0 C -50 C时,输出电流IRL=1A。当温度负载RL为可变负载，变化范围为从0.1 a .路,在晶体管Q1工作在正常的放大区条件在-50 C时,IRL=858 mA,误差为14.2%;当到2k日,步进为1 n, 进行仿真计算,即可下,考虑集成运算放大器输人阻抗极高,可温度在-10 C时,IRL=971 mA,误差为2.9%。得到流经负载电流IRL的图形。近似为理想运算放大器。根据理想运放的所以对于该1A恒流源电路 ,实际工作中最从图中可知:负载电阻RL在0 0~1.1 kQ .特点,利用“虛短”特性,可知流经负载RL的好选择在温度为0C以上,这样能更好保证时,输出电路IRL为10 mA;当负载为1.5 kQ时,IRL=7.94 mA,误差为2%;当负载为2 kQ电流:电流的精度。时,IRL=6. 18 mA,误差为3.82%。In=Im-R(12负载接地式恒流源实验电路设计所以为保证该10 mA电流源精度,负载该电流只与输人电压V1和R1有关,与最好不要超过1.5 K0.目前,工业过程控2.1理论分析RL无关,故是恒流源电路。通过改变输入电设计的负载接地式恒流源电路如图4,制中常用的恒流负载- -般在0~7500,通压V1和R1,就可以实现恒流范围的变化。由于集成运放IC1.1C2输入阻抗极高,可近过采用该电路,大大增加了负载能力。1.2负载特性分析2.3电路的温度特性分析本例中设计的恒流源电流较大，对负载似为理想运算放大器。在图中,针对集成运在本电路仿真中,选取负载电阻为250的功率有一定要求,如果使用者不注意恒放IC1,其反向输入端电压为:Q,设置电路工作环境温度分别为-50流源的负载特性,就可能会导致负载电阻V_=VER+R2)口~50C,在软件中对电路进行温度扫描①作者简介:周利祥(1990,8-),汉族，男，浙江省杭州市人，本科在读,自动化0903班学中国煤化工张科红(1978,12-),汉族，男,湖北省公安县人,硕土研究生，实验师,主要从事:MYHc N M H G验教学和研究.118 科技资讯SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATIONSCENCE & TEGNOLOY OCMAION科技资讯动力与电气工程[2]刘东梅,陈飞鸣,王晓媛.基于OrCAD/ PSpice15.7的无损均匀线实验研究与实践[J].实验技术与管理, 2011,28(4):73-75.3] 秦玲,张良，赖青贵,等.基于功率运算岸放大器的恒流源技术研究[J].通信电源技术,2007,24(1):43-46.+PAALSTEASL吉图1负载悬浮式的恒流源电路R2_V8言10KbyD 。-.15VdC108R31ok。vec。多RIG°唱do哈PARAMETERS:vERL(RI负载接地式恒流源电路分析，即可得到电流图形。性主要取决于集成运算放大器以及采样电阻，从图形中可知,当温度在-50 C，所以在实际应用当中要注意选择高精度的运IRL=9.997 mA,误差为0.03%;当温度在算放大器芯片(如OP07等)以及温漂小的电阻+50C时,IRL=9.996 mA,误差为0.04%。所(普通电阻的温漂系数大约在0.05%/ C以上,以对于该10mA电流源,温度的影响不大。此电路中R可选取温漂系数为S x 10-4%/ C的值得注意的是,同样要用该电路实现一个电阻),要根据电流的大小选择合适的晶体管1A的电流源时,其温度敏感度将大大增强。或场效应管!。目前,该两种电路已分别在某工业控制产品中得到了应用,通过在实3结语验项目中引入这两个电路,让学生得到了本文介绍了两种简单实用的恒流源电训练,了解了恒流源电路的原理及应用特路，分别是负载悬浮型与负载接地型,并在.点。ORCAD/PSPICE16.3软件中分别举例实现了一个1A的电流源以及一个10 mA的电流参考文献源，并对电路的负载特性、温度特性进行了[1] 凌向虎.自制恒压恒流电源在物理实验仿真分析，结果证明其在一定范围内精度中的应用[J].物理与工程, 2008, 18(3)较高,具有很好的通用性。由于恒流源的稳定17-19.中国煤化工"YHCNMHG科技资讯SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 119