输出电流采样负反馈压控恒流源(VCCS)的分析
压控恒流源电路分析
摘 要：恒定电流源由于具有抗干扰能力强，适合 驱动半导体 器件等优点，在信号传输与信号测量、半导体光源驱动等方面得 到广泛应用。文章介绍７４种恒流源电路 ，可以满足多方面需求，在实际应用中具有一定的参考价值 。 关键词：压控恒流源；霍尔电流传感器；开关恒流源
在 日常生活 中，在半导体激光器、ＬＥＤ光压 （ＯＮ果反馈值是 电压）或电流 （如果反馈值是
３ 大电流恒流 源
电流 ）的 目的。
提高恒流源效率主要采用２种 方法：采 用霍尔电流传感
器代替采样电阻；把电流信号反馈到开关电源管理芯片上的
ＰＷ Ｍ控制器 ，控制开 关管开关 的占空比，使开关 电压源 为
开 关 电流 源 。
图３ 降压 型 开 关 电源 原 理
当供 电电压 为５ Ｖ时，测量双 向电流 的ＡＣＳ７５８，其 零电流输
样 电阻的电流值增加 了一个低通滤波环 节，也使得 电流输出
更加 稳定 ，电阻Ｒ６作为 电流负载 ，为恒流源提供了一个小电
流 ，在负载 是ＬＥＤ光源 时，可以防止ＬＥＤ存在 暗亮关不断的
问题 。
图１ 常用的恒流源电路
图２ 毫安 级 恒 流 源 电 路 图２中运放ＵＩ￣［Ｉ电阻组成一个同相放大 电路，Ｕ２输 出２．４ Ｖ左 右 的基 准 电压 ，通 过 调 节 电位 器ＶＲ１，可 以使 运 放 的 正
图１中的输出电流有公式ｉ＝ＶＪＲ ， 为运放正输入端 的
此 ，压控恒流源 可以很方便地实现手动或 自动控制 ，压控恒 给定电压 ， 电流采样 电阻。值得注意的是实际输出的电
流源 电路也具有广泛的应用价值。
流是三极管的集 电极 电流 ，而采样 电阻采集的是三极管的发
压控恒流源电路从工作状态上分为连续及开关两种，连 射极电流，两者之比值Ｎｐ／ｎ＋ｉ， 是三极管的电流放大倍数 ，
恒流源与电流反馈的入门概念...
恒流源与电流反馈的入门概念... 恒流源与电流反馈的入门概念[日期：2005-5-30] 来源：作者：赤铸[字体：大中小]所谓恒压源就是输出电压“极其稳定”，不随负载变化。
为了保证电压不变，输出电流必须始终符合I=V/R。
即负载R需要多大电流，恒压源就必须输出多大电流，“无条件”予以满足。
从外部看，就是输出电阻Ro=0。
如果负载电阻R→0，那么I→∞。
所以理想恒压源都不允许输出短路。
对于实际电路，当R小到一定程度，电流输出能力就会跟不上，输出电压必然会下降，不再恒定。
类似的，恒流源输出电压“极其稳定”，不随负载变化。
为了保证电流不变，输出电压必须始终符合V=I*R。
即负载需要多大电压，恒流源就必须输出多大电压，“无条件”予以满足。
从外部看，就是Ro=∞。
如果R→∞，那么V→∞。
所以理想恒流源都不允许输出开路。
对于实际电路，当R大到一定程度，电压输出能力就会不够，输出电流必然下降，不再恒定。
反馈（这里特指负反馈）的作用就是“使之稳定”。
使谁稳定？就是负反馈的对象（控制对象）。
怎么样稳定？通过时刻“检查”控制对象的状态，并进行调整。
发现小了，就设法使之增大，发现大了，就设法使之减小。
形象地说，就是“多退少补”。
拿国家的货币政策做个比喻。
物价过高（通货膨胀），就适当少发行货币；物价过低（通货紧缩），就适当多发货币。
这样使物价基本稳定，就是“负反馈”。
恒流源和的反馈概念理解了，电流反馈也就好理解了。
一般的电压输出放大电路是对输出电压进行采样，计算其与期望值的误差，并根据误差调整器件状态（如运算放大器内部推拉输出级两个晶体管的导通电阻），使输出电压稳定。
电流反馈电路则是采样输出电流，计算误差，据此调节自身状态，使输出电流稳定，因而，输出特性接近恒流源。
衡量“接近”程度的指标就是输出电阻Ro。
一般希望Ro→∞。
（只能接近，不可能完全达到）。
实验五 受控源特性的研究
实验采用人工黑体作热环境，将水煤浆滴挂在热电偶上，记录浆滴初始直径，并描绘出燃烧过程中浆滴温度随时间的变化曲线，由此计算浆滴的燃尽时间。
1、水份蒸发时浆滴平衡温度的计算
由液滴蒸发理论可知，平衡蒸发时，水蒸汽的质量流率可由气相组分方程和连续方程求得：
（1）
式中（OD）为混气的密度与扩散系数乘积， 为滴的半径， 为蒸发的质传递函数。Yw，s，Yw，分别为表面和无穷远处水蒸汽的质量百分数。假定Yw，=0，则上式可简化为
7.用大小不同的浆滴，重复步骤4—6，至少做十次。
8.切断各电源，清理现场。
9.在暗室或用暗袋和冲洗罐冲洗胶卷，挂起凉干。
10.在读数显微镜下读出浆滴初始直径，可读两个互相垂直的直径，然后取平均值。同时对照记录纸顺序，确定各次实验的浆滴燃尽时间。
五、实验数据处理
1.根据环境温度 ，查表求得 。用迭代法计算（8）式中水份蒸发时的平衡温度理论值。与实验值进行比较，计算相对误差。
1.199
1.599
1.999
(2) IS=0.4mA，按表5-8调整RL，测量IL及U2值，填入表5-8中。并绘制负载特性曲线IL=f（U2）曲线。
CCCS 表5-8
RL( K )
0
0.1
0.2
10
16
30
IL(mA)
0.799472
0.799472
0.799472
0.799472
0.799472
（1）按图5-3接线，RL取2KΩ。
按表5-3调节稳压电源输出电压U1，测量U1及相应的IL值，填入表5-3。
绘制IL= f（U1）曲线，由其线性部分求出转移电导gm。
VCCS 表5-3
U1( V )
恒流源的工作原理
恒流源的工作原理
恒流源是一种电子元件，它用于稳定输出电流。
其工作原理基于负反馈。
具体工作原理如下：
1. 反馈控制：恒流源利用反馈机制来控制输出电流。
它通过测量输出电流并将其与参考电流进行比较，然后调整电路中的元件来保持输出电流恒定。
2. 参考电流：恒流源的一个重要组成部分是参考电流源。
这个参考电流源提供一个稳定的参考电流，被用作输出电流的目标值。
3. 比较与调整：输出电流与参考电流进行比较后，误差信号被产生。
这个误差信号会被发送到一个控制电路中，用来调整输出电流。
4. 反馈环路：调整后的误差信号会被放回系统中，与输入信号相加，并进一步修正输出电流。
这个反馈环路的作用是持续地监测输出电流，并对其进行调整，直到输出电流达到所期望的值。
综上所述，恒流源通过反馈机制和参考电流源来实现稳定的输出电流。
它能够自动调整输出电流，以使其保持一个恒定的数值，即使负载或输入电压发生变化。
这使得恒流源在各种电子应用中非常有用，如LED驱动、电源调节器、电动机驱动等。
恒流控制方案
恒流控制方案1. 引言恒流控制是一种常见的控制技术，它通过维持电路中的电流不变来实现对负载的控制。
恒流控制在许多应用中非常重要，例如LED照明、电动车电池管理系统等。
本文将介绍一种基于电流感知的恒流控制方案，该方案可以实现高精度的电流控制，确保负载的稳定工作。
2. 方案概述恒流控制方案的核心是通过电流感知技术实时监测负载电流，并根据测得的电流值对负载进行调节。
下面将详细介绍方案的各个组成部分。
2.1 电流感知器电流感知器是恒流控制方案的关键组件。
它能够测量电路中的电流，并将测得的电流值转化为电压信号输出。
常见的电流感知器包括电阻感应器和霍尔效应感应器。
电阻感应器采用常规的电阻方式来感知电流，其输出电压与电流成正比；而霍尔效应感应器通过霍尔元件测量电流，其输出电压与电流成线性关系。
2.2 采样电路采样电路用于将电流感知器输出的电压信号进行采样，并转化为数字信号供控制系统处理。
采样电路通常包括模拟到数字转换器（ADC）和信号处理模块。
ADC将模拟信号转换为数字信号，并提供给信号处理模块进行后续处理，例如滤波、放大等。
2.3 控制算法控制算法是恒流控制方案的核心部分。
根据采样电路获取的电流值，控制算法通过对负载施加适当的控制信号来调节电流。
常用的控制算法包括比例积分（PI）控制算法、模糊控制算法等。
其中，PI控制算法是最常用的恒流控制算法之一，它通过比例和积分控制来实现对电流的精确控制。
2.4 输出驱动输出驱动模块将控制算法生成的控制信号转化为实际的输出电流。
输出驱动模块通常采用开关电源作为电流源，通过开关的开合控制来实现对输出电流的调节。
开关电源具有高效率和快速响应的特点，适用于恒流控制应用。
3. 方案优势相比传统的电流控制方案，基于电流感知的恒流控制方案具有以下优势：•高精度：通过实时感知电流并采用精确的控制算法，可以实现对负载电流的高精度控制，保证负载的稳定工作。
•高效率：采用开关电源作为输出驱动，能够提供高效率的电流输出，减少能量损耗。
输出电流采样负反馈压控恒流源(VCCS)的分析
输出电流采样负反馈压控恒流源(VCCS)的分析一、结果电路中1个运放和4个电阻组成的就是模电教科书上的“单位减法器”（如果把图中的V REF 换成地，它的输出－输入关系就是：V OUT= ΔV IN= V IN+- V IN-），只不过有两个“正输入端”V IN+和V REF，所以V OUT = V IN+ + V REF - V IN- = ΔV IN + V REF于是，这种恒流源可以分为3部分：一个单位减法器，一个电流采样电阻R S和一个反馈跟随器。
（这种恒流源其实是“电压-电流变换器”或者“压控恒流源”，当输入电压ΔV IN 为常量时，便成了恒流源。
）其中，“单位减法器”在这里的作用就是维持“输出电压为输入电压和参考电压之和”，即维持V OUT = ΔV IN + V REF，或者V OUT - V REF = ΔV IN .由电路结构可见，V OUT - V REF正是采样电阻R S上的电压，于是便可以维持“采样电阻R S上的电压为常量ΔV IN”，根据欧姆定律，控制了电压，当然也就控制了电流：I OUT = ΔV IN / R S二、过程上面的说法似乎有些“抽象”，因为它直接说了最终结果，而没有说实现结果的过程。
维持这个结果的过程就是“深负反馈”。
因为有个运放，“深反馈”是毫无疑问的，关键就是是否“负”。
我们假设I OUT↑，那么I OUT R S↑，当V OUT还来不及变化的时候，就会有V REF = V OUT - I OUT R S↓，既然V REF是“正输入端”之一，当然会导致V OUT↓，而V OUT↓显然会减小输出电流。
由I OUT↑出发得到I OUT↓的结果，因此电路对于I OUT是负反馈，趋向于使它保持稳定。
三、说明一般情况下，分析这种负反馈的电路，都可以分三步：第一步：只看结果，不问过程。
就是假设电路已经达到“平衡状态”，即“运放输入端虚短”的状态，然后根据各个参数的关系列方程。
实验2 受控源VCVS、VCCS、CCVS、CCCS的实验
实验二受控源VCVS、VCCS、CCVS、CCCS的实验一、实验目的1、了解用运算放大器组成四种类型受控源的线路原理。
2、测试受控源转移特性及负载特性。
二、原理说明1、运算放大器（简称运放）的电路符号及其等效电路如图A所示。
图A运算放大器是一个有源三端器件，它有两个输入端和一个输出端，若信号从“+”端输入，则输出信号与输入信号相位相同，故称为同相输入端，若信号从“-”端输入，则输出信号与输入信号相位相反，故称为反相输入端。
运算放大器的输出电压为：U O=A O（U P-U n）其中A O是运放的开环电压放大倍数，在理想情况下，A O与运放的输入电阻R1均为无穷大，因此有U P=U n i P=U P/R iP=0 i n=U n/R in=0这说明理想运放具有下列三大特征:（1）运放的“+”端与“-”端电位相等，通常称为“虚短路”。
（2）运放输入端电流为零，即其输入电阻为无穷大。
（3）运放的输出电阻为零。
以上三个重要的性质是分析所有具有运放网络的重要依据，要使运放工作，还须接有正、负直流工作电源（称双电源），有的运放也可用单电源工作。
2、理想运放的电路模型是一个电压控制电压源（即VCVS），如图A（b）所示，在它的外部接入一个不同的电路元件，可构成四种基本受控源电路，以实现对输入信号的各种模拟运算或模拟变换。
3、所谓受控源，是指其电源的输出电压或电流是受电路另一支路的电压或电流所控制的。
当受控源的电压（或电流）与控制支路的电压（或电流）成正比时，则该受控源为线性的。
根据控制变量与输出变量的不同可分为四类受控源：即电压控制电压源（VCVS）、电压控制电流源（VCCS）、电流控制电压源（CCVS）、电流控制电流源（CCCS）。
电路符号如图B所示。
理想受控源的控制支路中只有一个独立变量（电压或电流），另一个变量为零，即从输入口看理想受控源或是短路（即输入电阻Ri=0，因而Ui=0）或是开路（即输入电导Gi=0，因而输入电流I1=0），从输出口看，理想受控源或是一个理想电压源或是一个理想电流源。
实验九受控源VCVS、VCCS、CCVS、CCCS的实验研究
实验九 受控源VCVS 、VCCS 、CCVS 、CCCS 的实验研究一、实验目的通过测试受控源的外特性及其转移参数，进一步理解受控源的物理概念，加深对受控源的认识和理解。
二、原理说明1. 电源有独立电源（如电池、 发电机等）与非独立电源（或称为受控源）之分。
受控源与独立源的不同点是：独立源的电势E s 或电激流I s 是某一固定的数值或是时间的某一函数，它不随电路其余部分的状态而变。
而受控源的电势或电激流则是随电路中另一支路的电压或电流而变的一种电源。
受控源又与无源元件不同，无源元件两端的电压和它自身的电流有一定的函数关系，而受控源的输出电压或电流则和另一支路（或元件）的电流或电压有某种函数关系。
2. 独立源与无源元件是二端器件，受控源则是四端器件， 或称为双口元件。
它有一对输入端（U 1、I 1）和一对输出端（U 2、I 2）。
输入端可以控制输出端电压或电流的大小。
施加于输入端的控制量可以是电压或电流，因而有两种受控电压源（即电压控制电压源VCVS 和电流控制电压源CCVS ）和两种受控电流源（即电压控制电流源VCCS 和电流控制电流源CCCS ）。
它们的示意图见图9-1。
3. 当受控源的输出电压（或电流）与控制支路的电压（或电流）成正比变化时，则称该受控源是线性的。
理想受控源的控制支路中只有一个独立变量（电压或电流），另一个独立变量等于零，即从输入口看，理想受控源或者是短路（即输入电阻R 1＝0，因而U 1＝0）或者是开路（即输入电导G 1＝0，因而输入电流I 1＝0）；从输出口看，理想受控源或是一个理想电压源或者是一个理想电流源。
VCVSVCCS图 9-14. 四种受控源的转移函数参量的定义如下：(1) 压控电压源(VCVS)：U 2＝f(U 1)，μ＝U 2/U 1 称为转移电压比（或电压增益）。
(2) 压控电流源(VCCS)：I 2＝f(U 1)，g m ＝I 2/U 1 称为转移电导。
恒流源电路工作原理
恒流源电路工作原理
恒流源电路是一种常用的电路设计，用于提供恒定的电流输出。
它是由一个电流源和一个负载电阻组成的。
工作原理如下：当电路接通时，电流源会提供稳定的电流输出。
这个电流通过负载电阻，形成一个电压降。
根据欧姆定律，电压与电流之间的关系是通过电阻的阻值来确定的。
负载电阻的阻值决定了通过它的电流的大小。
为了实现恒定的电流输出，电流源需要具备稳定的输出特性。
常见的实现方法是利用负反馈电路来控制电流源的输出，以使其稳定在所需的数值。
负反馈电路的原理是将电流源的输出电流与参考电流进行比较，并通过控制元件（如晶体管或运算放大器）的控制，调节电流源的输出电流，使其保持恒定。
通过不断地比较和调节，使得输出电流不受负载电阻的变化影响，从而实现恒定的电流输出。
总结起来，恒流源电路的工作原理是通过电流源和负反馈电路共同实现的。
电流源提供稳定的输出电流，而负反馈电路监测并调节电流源的输出，以保持恒定的电流输出。
这样就可以在实际应用中提供恒定的电流供给。
恒流源的工作原理和设计方法
恒流源的工作原理和设计方法恒流源是一种电路，它可以提供一个恒定的电流输出。
它的工作原理基于负反馈控制，通过调节输出电压来保持输出电流恒定。
设计一个恒流源需要考虑以下几个因素：1. 选择合适的电路拓扑结构：常见的恒流源电路有电压跟随器、差分放大器、反向串联放大器等。
不同的拓扑结构具有不同的性能指标和适用范围。
2. 选择合适的元器件：在设计过程中需要选择合适的元器件，如晶体管、二极管、电阻等。
这些元器件应该具有高精度、低温漂移、高稳定性等特点。
3. 负反馈控制：通过负反馈控制可以调节输出电压来保持输出电流恒定。
在设计过程中需要确定合适的反馈网络，以及调节参数如增益、带宽等。
下面是一个基于差分放大器拓扑结构实现的恒流源设计方法：1. 确定基准电压：选择一个稳定可靠的基准电压源作为参考，例如使用稳压二极管或者参考电路芯片。
2. 设计差分放大器：选择合适的差分放大器电路，其中包括晶体管、电阻等元器件。
通过调整差分放大器的增益和带宽来满足设计要求。
3. 设计反馈网络：使用反馈电路将输出电流与基准电压进行比较，并通过调节输出电压来保持输出电流恒定。
在设计过程中需要确定合适的反馈网络，例如使用运算放大器或者其他反馈元件。
4. 选择合适的控制元件：在设计过程中需要选择合适的控制元件，如可变电阻、可变电容等。
这些元件可以用来调节差分放大器的增益和带宽，以及调节反馈网络的参数。
5. 优化性能指标：在完成基本设计后，可以通过对各种参数进行优化来提高性能指标，例如增加稳定性、减小温漂等。
总之，恒流源是一种非常实用的电路，在很多应用中都有广泛的应用。
通过选择合适的拓扑结构、元器件和反馈网络，以及进行精细化优化可以实现高精度、高稳定性的恒流源设计。
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输出电流采样负反馈压控恒流源(VCCS)的分析
一、结果
电路中1个运放和4个电阻组成的就是模电教科书上的“单位减法器”（如果把图中的V REF 换成地，它的输出－输入关系就是：V OUT= ΔV IN= V IN+- V IN-），只不过有两个“正输入端”V IN+和V REF，所以
V OUT = V IN+ + V REF - V IN- = ΔV IN + V REF
于是，这种恒流源可以分为3部分：一个单位减法器，一个电流采样电阻R S和一个反馈跟随器。
（这种恒流源其实是“电压-电流变换器”或者“压控恒流源”，当输入电压ΔV IN 为常量时，便成了恒流源。
）
其中，“单位减法器”在这里的作用就是维持“输出电压为输入电压和参考电压之和”，即维持V OUT = ΔV IN + V REF，或者
V OUT - V REF = ΔV IN .
由电路结构可见，V OUT - V REF正是采样电阻R S上的电压，于是便可以维持“采样电阻R S上的电压为常量ΔV IN”，根据欧姆定律，控制了电压，当然也就控制了电流：
I OUT = ΔV IN / R S
二、过程
上面的说法似乎有些“抽象”，因为它直接说了最终结果，而没有说实现结果的过程。
维持这个结果的过程就是“深负反馈”。
因为有个运放，“深反馈”是毫无疑问的，关键就是是否“负”。
我们假设I OUT↑，那么I OUT R S↑，当V OUT还来不及变化的时候，就会有V REF = V OUT - I OUT R S↓，既然V REF是“正输入端”之一，当然会导致V OUT↓，而V OUT↓显然会减小输出电流。
由I OUT↑出发得到I OUT↓的结果，因此电路对于I OUT是负反馈，趋向于使它保持稳定。
三、说明
一般情况下，分析这种负反馈的电路，都可以分三步：
第一步：只看结果，不问过程。
就是假设电路已经达到“平衡状态”，即“运放输入端虚短”的状态，然后根据各个参数的关系列方程。
但是，存在“平衡状态”，能否达到这个平衡状态，能否稳定呢？于是——
第二步再考虑平衡状态能否达到。
这首先要分析电路极性，假设输出变大或变小，从输出端沿反馈网络回到输入端，看净输入量朝哪个方向变化，如果净输入量的变化趋向于抵消假设的变化，那就是负反馈，如同不倒翁；否则就是正反馈，正反馈的平衡状态就如同笔尖朝下立着的铅笔，是几乎无法维持的。
第三步还要考虑平衡状态的稳定，这一步初学者有时可以不管，但真正做产品必须考虑。
这一步其实就是为了解决“当频率很高的时候，不倒翁会不会变成铅笔”的问题。
学过自控原理的人都该知道那个“极点在坐标系左半平面还是右半平面”的判别准则，还应该知道什么“超前/滞后校正”，那些东西就是为了解决负反馈系统的稳定性的。
上面把那个反馈电压称为V REF也是有历史渊源的。
用过AD公司的仪表放大器，诸如AD620之类的，立刻就能明白我什么这么叫它。
整个恒流源电路基本分为：1基准电压E，2取样电阻R，3放大器A，4调整管T，5负载RL
各单元连接关系为：RL做调整管T漏极D负载，由+55伏电源供电，取样电阻R接T的源级S与地，取样电阻R的输出电压V f接放大器A的“-”相输入端，基准电压E接放大器A的“+”相输入端，放大器A的输出端接调整管T的删级G，放大器A由正负15伏电源供电。
55伏电源与正负15伏电源共地。
基本公式为输出电流Io=E/R
各单元参数选择为：调整管T MOS管IRF840，放大器A LM741，基准电压E=3。
0V，
输出电流的调节可采用取样电阻调节或基准电压调节或相结合的办法。