高精度宽范围恒流源设计
浅谈高精度可调恒流源的设计
恒流源在现代检测计量领域中发挥了极其重要的作用。
在浙江虎王公司开发的“线缆自动化检测设备”系统中，恒流源是重要的组成部分。
只有开发出精度高、输出功率大、可调范围广的高精度恒流源，“线缆自动化检测设备”才能满足“精准、快速、智能地检测各类线缆”的技术要求。
因此，本文着重探讨该系统中高精度可调恒流源的设计问题。
一、系统设计高精度可调恒流源主要由两部分组成：一是电流源主电路，二是控制电路。
其中主控电路主要由两块场效应管产生输出所需的大电流，控制电路主要由ＰＷＭ控制芯片ＳＧ３５２５及运放构成闭环负反馈。
系统结构图如图１所示。
图1恒流源主电路由整流滤波、ＭＯＳ管驱动、电流输出等三部分电路模块组成。
其中ＭＯＳ管驱动电路如图２所示，图中开关管Ｑ１、Ｑ４是电压驱动全控型ＭＯＳＦＥＴ，具有输入阻抗高、驱动电路简单、驱动功率小、开关速度快及安全工作区大等优点。
半桥式逆变电路一个桥臂由开关管Ｑ１、Ｑ４组成，另一个桥臂由电容Ｃ６、Ｃ９组成。
通过调节开关管的占空比，就能改变变压器二次侧整流输出平均电压Ｖｏ，经全波变换和电感去噪后，对外输出电流。
图2场效应管选择２ＳＫ２６４８型芯片，它的最大漏极电流９ Ａ，最大功耗１５０Ｗ。
由于流过场效应管的电流较大，场效应管的发热比较严重，为保证恒流源的可靠工作，可以给场效应管加装合适大小的散热片。
恒流源控制电路由信号采样、比较放大、ＰＷＭ控制、推挽等电路模块组成，是稳定恒流输出、提高调节精度的关键所在，控制环节的好坏直接影响电路的整体性能。
如图３所示，本设计采用以ＳＧ３５２５芯片为核心的恒频脉宽调制控制方式。
ＳＧ３５２５芯片的脚５和脚７间串联一个电阻Ｒｄ，可以在较大范围内调节死区时间。
ＳＧ３５２５的振荡频率可表示为：式中ＣＴ，ＲＴ分别是与脚５、脚６相连的振荡器的电容和电阻，Ｒｄ是与脚７相连的放电端电阻值。
取值分别为浅谈高精度可调恒流源的设计文/高建强 李 博1(0.73)sT T dfC R R=+ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ812011 3ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ2011 382２２００ｐ、１０ｋ、１５０，即频率为６１ｋｈｚ。
基于FPGA的高精度恒流源系统设计
基于FPGA的高精度恒流源系统设计目录一、内容综述 (2)1. 研究背景和意义 (3)2. 国内外研究现状 (4)3. 论文研究目的及内容 (5)二、FPGA技术概述 (6)1. FPGA基本概念及特点 (7)2. FPGA的发展历程 (8)3. FPGA的主要应用领域 (9)三、恒流源系统基本原理与设计要求 (11)1. 恒流源系统基本原理 (12)2. 恒流源系统的设计要求 (13)3. 恒流源系统的性能指标 (14)四、基于FPGA的高精度恒流源系统设计方案 (15)1. 系统架构设计 (16)2. 主要功能模块设计 (18)3. 系统工作流程设计 (18)五、关键技术研究与实现 (19)1. 高精度电流采样与转换技术 (21)2. 高性能PWM波形生成技术 (22)3. 基于FPGA的电流闭环控制技术 (23)六、系统硬件设计与实现 (24)1. 电源模块设计 (26)2. 电流采样与处理模块设计 (27)3. FPGA配置与实现 (28)七、系统软件设计与实现 (30)1. 软件架构设计 (31)2. 程序流程设计 (33)3. 关键算法实现与优化 (34)八、系统测试与性能评估 (36)1. 测试环境与平台搭建 (37)2. 系统测试方法与步骤 (38)一、内容综述本文档主要介绍了基于FPGA的高精度恒流源系统的设计。
恒流源系统在众多领域中有着广泛的应用，如精密测量、电子仪器、医疗设备和通信系统等。
随着科技的不断发展，对恒流源系统的精度和稳定性要求也越来越高。
研究并设计一种基于FPGA的高精度恒流源系统具有重要的实际意义。
该系统设计的主要目标是实现高精度、高稳定性的恒流输出，同时具备良好的响应速度和负载调整能力。
系统设计的核心部分是基于FPGA（现场可编程门阵列）的控制电路，通过优化算法和控制策略，实现对恒流源输出电流的精确控制。
输入电源及稳压模块：为系统提供稳定的输入电压，保证系统的稳定运行。
高精度4-20mA恒流源电路的设计
高精度4-20mA恒流源电路的设计[摘要] 4-20mA电流输出,在远程智能工业控制中占有重要的地位。
本设计提出的高精度可编程恒流源系统,以STC89C52单片机、AD421数模转换器为核心,经分析、处理后,可实现高精度的恒流输出,以为工业设备校准提供精密参考信号。
[关键词] 4-20mA电流恒流源AD421 单片机高精度1.引言恒流源是能够向负载提供恒定电流的电源,现代电子技术的广泛应用,促进了对恒流源的需求。
例如高精度恒流源在为智能仪器仪表的检测和为工业设计提供精密参考信号发挥了很好的作用。
本设计,提出了一种廉价的高精度可编程恒流源的设计方案,使用单片机作为系统的控制核心,通过16位电流输出型DA 转换器AD421输出电流信号。
在实际测试中,恒流输出精度表现出色,达到了设计得要求。
本设计具有如下优点:(1)电流可以由用户自行调整,并通过液晶显示器与用户交互;(2)经过软件校正后,电路线性相对较好, 精度可达到±1uA;(3)电路简单, 容易实现;(4)可用于对防爆有特殊要求的工业现场。
2.系统分析4—20mA可编程恒流源的功能模块图如图1所示。
通过单片机给AD421提供数字信号,经AD421转换后输出4-20mA电流;由于AD421环流输出电路的模拟部分的影响,导致输出电流呈现一定的非线性,本设计通过软件对其进行了校准,使恒流源的精度达1uA;输出电流大小可由用户通过键盘自由设定,并通过液晶显示出来;且由于单片机和AD421之间通过光耦合实现了隔离,使其可用于对防爆有特殊要求的工业现场。
3.基于AD421的主硬件电路设计AD421是美国ADI公司推出的一种单片高性能数模转换器。
它由电流环路供电,16位数字信号以串行方式输入,4-20mA电流输出。
本质上来说,AD421提供了三个功能:将来自微处理器的数字函数变为模拟函数;用作环电流放大器;提供将环流作为能源的稳定的工作电压调节器。
以AD421为核心的主硬件电路的设计如图2所示。
高精度数控恒流源
高精度数控恒流源高精度数控恒流源是一种电子设备，其主要作用是为各种电子设备提供恒定的电流输出。
高精度数控恒流源是目前电子设备中必不可少的一种设备，特别是在半导体器件和光器件的制造过程中。
高精度数控恒流源的主要特性是稳定性好、响应迅速、输出精度高。
它可以有效地控制电子设备的功率，确保其稳定运行。
这种设备的工作原理是根据输入电信号来控制输出电流，并具备对输出电流、电压、功率等参数进行精准控制的功能。
高精度数控恒流源通过稳定的电流输出，可以为各种电子设备提供一个恒定的电流源，从而保障设备的正常运行。
高精度数控恒流源的主要应用领域是半导体器件和光器件，其中最常用的是在半导体的制造过程中。
在半导体材料的化学腐蚀、电镀、轻蚀等工艺中，高精度数控恒流源能够保证电流和电压的恒定输出，确保制造过程的正常进行。
此外，在光器件中，高精度数控恒流源还能够为激光二极管驱动、LED驱动等提供恒定的电流。
高精度数控恒流源的性能对于电子设备的稳定性和精度来说十分重要。
因此，高精度数控恒流源使用的材料、硬件、软件设计等方面都要求十分严格。
一般来说，高精度数控恒流源的设计必须符合以下几个方面的要求：1. 稳定性高精度数控恒流源必须具有良好的稳定性，这意味着其需要对其输出电流进行精准的控制和调整。
当其中任何一个元件失去稳定性时，都能对整个系统产生不良的影响，降低系统的精度和可靠性。
2. 精度高精度数控恒流源需要提供高精度电流输出，这是它的主要功能之一。
它可以通过对输出电流进行调整和控制，以保证其精度。
同时还需要提供对输出电流、电压等参数进行监测和测量的功能。
3. 响应速度在不同的应用场景中，需要高精度数控恒流源能够快速地响应变化，来满足其特定的需求。
响应速度通常是指设备需要从一个电流输出值迅速切换到另一个电流输出值时所需的时间。
4. 可靠性高精度数控恒流源需要在长时间运行中保持其良好的性能，以保证其不会因为设备故障而中断正常的运行。
AD5542设计的高精度数控恒流源技
AD5542 设计的高精度数控恒流源技
本文给出了一种基于AD5542 设计的高精度数控恒流源电路，并已成功应用于陀螺和加速度计等测试中。
随着电子技术向各个领域的渗透，许多场合，尤其是高精度测控系统需要高精度、高稳定性的数控恒流源。
数控恒流源主要由D/A 来控制电流输出大小，恒流源的分辨率、精度、稳定性主要取决于D/A 芯片及其外围电路，因此要达到高精度、高稳定性的恒流源，必须在选器件上慎重考虑。
基本原理
该高精度数控恒流源的结构原理框图如图1 所示，它由总线端、数字隔离电路、D/A 转换电路、V/I 转换电路组成，D/A 采用16 位芯片AD5542，V/I 转换电路采用了高精度运放OP97 和三极管来实现。
图1 高精度数控恒流源的结构原理框图
硬件电路设计
1 D/A 转换电路
数字隔离电路采用专门的磁隔芯片，在此不作介绍。
AD5542 是ADI 公司的一款单通道、16 位、串行输入、电压输出数模转换器，采用5V 单电源供电。
采用多功能三线式接口，并且与SPI、QSPI、MICROWIRE、DSP 接口标准兼容。
可提供16 位性能，无须进行任何调整。
DAC 输出不经过缓冲，。
高精度恒流源的设计与制作_米卫卫.pdf
电子测试Dec. 2012 2012 年12月第12 期ELECTRONIC TEST No.12高精度恒流源的设计与制作米卫卫，杨风，徐丽丽（中北大学信息与通信工程学院太原市030051）摘要：恒流源在现代检测计量领域中发挥了极其重要的作用。
通过对恒流源的工作原理和设计方法进行研究，对现有的恒流源设计方案进行对比，设计出毫安级高精度可调恒流源。
电路由基准电压源、比较放大器、调整管、采样电阻等部分构成，具体的工作过程：通过采样电阻把输出电流转变成电压，反馈给比较放大器输入端，再与基准电压相比较，放大器把误差电压放大后去控制调整管的内阻对输出电流进行调整、维持输出电流恒定。
采用基本没有温度漂移的精密电阻作为采样电阻，功率达林顿管作为调整管，实现高精度的目的。
比较放大器的输入电压可调，从而实现恒流源的可调。
用高精度电流表对输出电流进行检测，实现对恒流源输出进行实时监测。
此次所设计的恒流源具有精度高、结构简单、工作稳定、操作方便、成本低廉等优点。
关键词：恒流源；高精度；可调中图分类号:TP277文献标识码: AHigh precision constant current sourcedesign and productionMi Weiwei，Yang Feng，Xu Lili（Northern University of China，College of Informational and Communicating Engineering，Taiyuan 030051）Abstract:Constant-current source in the metrology area in modern detection plays a very important role.Through the constant current source of working principle and design method of the existing study, constant current source design schemes are compared, design a precision adjustable constant-current source.Circuit voltage source, comparative by benchmark amp- lifier, adjust tubes, sampling resistor etc components, specific work process: the output by sampling resistance, electric flow into voltage feedback to the comparative amplifier input, compared with benchmark voltage again the voltage amplifier, amplifier to control the adjustment tube after adjustment for output current internal, maintain the output current constant. Using basic no temperature drift precision resistor as sampling resistance, power of linton tube as adjust tube, realize high precision purpose. Compare the amplifier's input voltage of adjustable, so as to realize the constant-current source is adjustable. Adopting high precision testing of output current ammeter is to realize constant-current source real-time monitoring output. The design has the constant-current source of high precision, simple structure, stable work, convenient operation, low cost, etc.Keywords:constant-current source；precision；adjustable652012.12Test Tools & Solution0 引言一定的个体差异。
高精度数字万用表恒流源和交流测量电路设计
３ 交流变换 电路设计
交 流变 换 电路 的设 计 实现 消 除 了导通 电 阻对增 益 的影 响 。在 交 流 测试 电路 中 ，用 电子 开关 替代 继 电 器 ，必需 考虑 电 子开 关导 通 电 阻 （ 尤其 是 温度 漂 移 ）对 增 益 的影 响 。 图４ 给 出 了交 流变 换 电路 设 计 的交 流 电路 原理 图 ，尽管 将 电子 开关 接入 了反馈 环 中 ，但 为 了保 证增 益 的准 确性 和稳 定性 ，对 信 号输 出环节 进 行 ｒ改进 。 若按照传 统方法从ｕｌ Ｂ 的第７ 脚输 出，整个 电路 的增益收到 电子开 关 导通 电阻 的影响 ，使得变 小，而 且随温度 变化 ，该 导通 电阻变化 较 大 ，使得 电路增益对温度 极其敏感 。如图４ 所示 ，该电路设计相 当于输 出 电压 从反馈环 的有 效电阻后端 引出 ，由于在开关ｕ Ｋ ２ 的Ａ 侧 （ Ｄ Ａ、 Ｓ ｘ Ａ）上的导通 电阻几乎没 有电流 （ 由ｕ Ａｌ Ａ 的偏 置电流和Ｕ Ｋ ２ 的漏 电 流共同决定 ），因此没有压 降产生 ，克服 了该导通 电阻对增 益准确度 和 稳定性 的影 响。交流信 号电路完整 电路 图如图５ 所示 ，电路包括交流 电 压衰减 电路 、交流信 号放 大 电路 、真有 效值变换 电路 、比较整形 电路４ 个部分 。隔离 电源 变换出来的正 负ｌ ５ Ｖ电源 ，需要经过 电感隔离和 电容 稳压后作为交流器件的 电 源＋ ｌ ５ Ａｇ ］ ． １ ５ Ａ 。 真有 效值 变换 电路 。Ｃ ４ ４ ； ￣ １ ］ Ｒ ５ ６ 用 于消 除 交流信 号 处理 电路 中的 直流 分量 ，Ｎｌ ９ Ｂ 和Ｎ２ ２ 的２ 个比例 电阻 及Ｎ ２ ６ 的第２ 组 外关选 择信号 进 入真 有效值 转换 前是放 大 ｌ 还是２ 倍 ，控制 信 号为Ａ ＭＰ Ｌ ：Ｎ ２ ２ 的 另两 个 比例 电阻 和Ｎ ２ ６ 的第 ｌ 组开 关用 于选 择 是衰减 ｌ 或２ 倍 后作 为ＡＣ Ｏ Ｕ Ｔ （ Ａ ＭＰ ７ ）进入直流信 号选择 电路 ，控制信号 为Ａ ＭＰ Ｌ 。真有效值转换 芯片为Ａ Ｄ ６ ３ ７ ，其转换 前的放大和转换后的衰减是为 了确保较 小信 号也 能在真有效值转换时处于较大 的状态 ，以确保转换 的技 术指标 。由于比 例电阻温度系数匹配，放大和衰减的误差可 以忽略不计 ，该部 分的误 差 主要是真有效值芯片的误差Ｅ ２ ２ ，以及频率因素造成的幅频误差Ｅ ２ ３ 。 比较 整 形 电路 。该部 分 电路 是一 个经 典 的 回差 比较 电路 ，比较 器 为Ｌ Ｍ３ ｌ Ｉ ，比较 器工 作允 许选 通控 制信 号 为Ｓ Ｔ Ｒ ＯＢ Ｅ 。
高精度数控恒流源
（3）功率三极管的选择
场效应管是电压控制元件，而晶体管是电 流控制元件。在只允许从信号源取较少电 流的情况下，应选用场效应管；而在信号 电压较低，又允许从信号源取较多电流的 条件下，应选用晶体管。场效应晶体管具 有较高输入阻抗和低噪声等优点。本系统 采用运算放大器控制功率管，从运算放大 器的特性及各方面考虑，最终选用场效应 管IRF640作为本系统的恒流功率管。
同时通过键盘的控制,实现了输出电流值和 限压值可预置，可步进调整、输出的电流 信号和电压信号可直接数字显示的功能， 并具有输出电压实时监控限压报警并自动 降低输出电流等功能。
系统的特点
用户可以通过键盘直接输入所需电流值和限流值。 用户可以通过键盘上的“+”和“-”键对电流值和 限压值进行微调。 单键模式转换 “M”可以随时对电流值和限压值 进行设定，方便使用。 显示实时输出电压值，并能对输出电压值设上限 值，超出上限值则报警。 系统处于限压状态数秒后自动将输出电流值降低， 保护用电器。 额定功率可达到20W。
最后，我还要感谢各位评审老师在百忙之中，抽出时间来 阅读我的论文。
谢谢
21
在所测的电压值与显示的电压值误差在 10mV以内。基于这个误差，导致这样结果 的原因主要是输出电压采样回来时经过了 分压处理，以确保采样值能在A/D的测量范 围内。此外，目前负载使用的是水泥电阻， 因为水泥电阻的温度漂移比较大，当在大 电流通过时只要有微小的电阻变化都会使 电压有所变化，所以显示值和实测值都一 直在不停跳动，因此构成读数误差。
采用性能优于普通晶体管的场效应管作为 恒流源的主要部件，大功率晶体管作为扩 流电路的主要器件，结合三端稳压管和多 层滤波使得整个系统性能提升了一个层次， 从而实现了高精度恒流源的目的。系统还 对输出电压进行实时采样，通过A/D转换器 采样回单片机与用户给定的限压值进行比 较，从而对输出电压进行时实监控。
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高精度宽范围恒流源设计吴茂成(苏州大学物理科学与技术学院,江苏苏州215006)摘要:设计了一种由基准电压源、集成运算放大器及复合管等组成的高精度恒流源电路,其输出电流范围为1 A~1A。
详细分析了该电路的工作原理,公式推导证明了设计的正确性,并对实际应用中元器件的选取进行了说明。
对所设计恒流源电路的性能进行了测试,测试结果表明:该电路精度高、稳定性好,输出电流精度相对误差的最大值为0.152%,输出电流稳定性误差的最大值为0.047%。
关键词:恒流源;高精度;运算放大器;反馈中图分类号:T M933 文献标识码:B文章编号:1001-1390-(2011)01-0064-03D esi gn of a H i gh-precision W i de-range Constant-current SourceWU M ao-cheng(Depart m ent o f Physics Sc i e nce and Techno logy,Soocho w Un i v ersity,Suzhou215006,Ji a ngsu,Ch i n a)A bstract:A w i d e-range high-precisi o n constant-current source i s presented,wh ic h is m a i n l y co m prised o f a vo lt age reference,so m e operational a mp lifiers and a darli n g ton transistor.The range of the circu itry s output curren t va l u e is fro m1 A to1A.The w orking pr i n ciple o f the designed constant-current circu itry is ana l y zed i n details and deduced m athe m atica lly,and the se lective ru les o f the practica l e le m ents are ill u m i n ated.The perfor m ance o f the designed con stant-current source is tested,and the resu lts i n dicate t h at the circu itry cou l d generate a high-prec ision steady cur ren.t The m ax i m al re lati v e error of precisi o n and m ax i m al error o f stab ility of the ou t p ut current are0.152%and0. 047%respecti v e l y.K ey words:constant-current source,h i g h-prec ision,operati o na l a m plifier,feedback0 引 言恒流源是指能够向负载提供恒定电流的电源,在金属薄膜电阻率测量、金属丝杨氏模量测量、磁阻效应、光电效应以及光电池特性测量等大学物理实验中应用广泛。
目前市场上较成熟的恒流源产品的输出虽然可达毫安培到百安培量级,但通常并不能完全满足于具体的实验应用需求,对输出电流大小、稳定度及精度等指标有特殊要求的恒流源电路通常仍需要自行研制[1-4]。
本文介绍一种由基准电压源、集成运算放大器及复合管等组成的高精度恒流源电路,其输出电流范围为1 A~1A,精度高,稳定性好。
通过简单的元器件参数调整或电路并联等设计后,即可满足多数大学物理实验应用电路的需求。
1 电路设计1.1 工作原理所设计的高精度恒流源电路,如图1所示。
由该原理图可知,整个恒流源电路包括基准电压源V ref、阻抗变换器A1、电压放大器A2与A3、电流放大器Q1~Q3、精密采样电阻R N1~R N7以及反馈信号电压跟随器A4等部分。
其中,V r ef为5V基准电压源,Q2、Q3组成复合管,以便输出较大的电流,S1~S7为输出电流切换开关。
本恒流源电路的核心设计原理是:通过负载电压反馈,在高精度采样电阻上产生恒定的压降,则与该精密采样电阻相串联的支路中就可以得到恒定的输出电流。
具体的工作过程简述如下:设开关S1~S7中某一路接通,当负载电阻R x变大时,其上瞬间压降V x随之增大,则运算放大器A3的同相输入端与反相输入端之间的压差减小,输出电压V2小于基准电压V ref,64图1恒流源电路原理图F i g.1Funda m ental d iagra m of constant-c urrent source此时运算放大器A2的反相输入端产生微小的负电压,A2将其同相输入端与反相输入端之间的压差进行线性放大,输出的正电压使得三极管Q3的发射极电压增大,从而维持精密采样电阻上的压降保持不变。
当负载电阻R x减小时,工作过程与上述类似。
1.2 公式推导根据运算放大器的特性,由图1可知:V ref R1=-V1R2(1)V1 R3=-V2R4(2)V3=V4=(V x+I!R N)(R5+R7)!R5(3)V4-V2 R6=V x-V4R8(4)取R1~R6相等,R7与R8相等,且R1=5R7,则结合式(1)~式(4),可以推导出:I=V ref5!R N(5)由式(5)可以可知:理想情况下,采样电阻所在支路上的电流I与基准电压V ref和采样电阻R N阻值成线性关系。
根据运算放大器∀虚断#的特性,即有流过负载电阻R x上的电流恒定。
但在实际应用中,基准电压源和采样电阻的温度系数将影响输出电流的稳定性[5-7]。
对式(5)进行全微分,则有:d II= 1d V ref- 2d R N(6)式中 1=1V ref, 2=1(5!R N)分别基准电压源和采样电阻的不稳定系数。
实际应用中,基准电压V ref取为5V,精密采样电阻R N1~R N7分别为1M、100k、10k、1k、100、10、1,开关S1~S7分别接通时,即可输出1 A~1A的恒定电流。
1.3 元器件选取通过前文分析可知,该电路输出电流的稳定性主要受到基准电压源的稳定度和采样电阻的温度系数影响。
另外,运算放大器和三极管的选择对恒流源的精度也有一定影响。
因而,要在实际应用中得到高精度的输出电流,元器件的选择使用非常重要。
本电路设计中,基准电压源选择温度系数很好的REF195芯片,其最大的温度漂移仅为5∃10-6/%,输出电压稳定值为5.000V。
精密采样电阻R N1~R N6选用RX71系列精密线绕电阻,它们具有较低的温度系数;R N7选用经过老化的RX24系列功率型线绕锰铜电阻。
反馈回路中的电阻选用经过筛选的精密金属膜电阻,它们的阻值相对误差控制在0.01%之内。
运算放大器选用OP177,它具有高增益、低漂移、分辨率高、线性度好、输入阻抗高、抗干扰能力强等特点,其失调电压漂移仅为0.1 V/%。
开关S1~S7可由单片机控制的模拟电子开关代替,结合多路转换器即可实现输出电流的自动切换。
本电路设计中,选用导通电阻仅有10m的MOSFET管2SK4145来实现电子开关功能,既最大限度地抑制了集成多路模拟开关导通电阻和机械开关抖动所带来的误差影响,而且开关电路的切换速度很高。
另外,实际应用中,Q1应加装散热片,以保证工作过程中其上热量的迅速散发,从而保证输出电流的稳定。
652 测试分析对所设计的恒流源电路进行性能测试时,先加上负载电阻,预热10分钟左右,当电路内部温度达到平衡状态后,再开始测量。
通过开关S1~S7的切换,设置不同的额定输出电流值,利用5位半数字万用表(型号Ag ilent34405A)测量实际输出电流值。
对于某一路输出电流,保持负载电阻R x不变,重复三次测量,测试间隔约为2小时,所得到的输出电流精度测试结果如表1所示。
由表1可知,该恒流源电路实际输出电流与额定输出值之间的最大误差为0.152%,且输出电流值越大相对误差越小。
表1输出电流精度测试数据Tab.1The experi m ent data about t h e precisi o nof output c urrent额定值测量值相对误差/(%) 1A0.99991A0.99998A0.99996A0.009 100mA99.999mA100.005mA100.012mA0.01210mA10.0027mA9.9999mA10.0011mA0.0271mA 1.00031mA 1.00011mA0.99991mA0.031100 A99.997 A99.996 A100.042 A0.04210 A10.0082 A10.0050 A10.0077 A0.0821 A1.00152 A1.00099 A1.00147 A0.152选定一路输出电流,对于某次测量过程,多次改变负载电阻R x的大小,测得的输出电流稳定性数据(限于篇幅,本文仅列出标称输出电流值为100 A时的测试数据),如表2所示。
由表2可知,负载电阻的改变对于本电路输出电流值的影响几乎为零,进一步验证了电路设计的正确性。
实际测试中,对于每一路输出电流都进行了改变负载电阻测其输出电流的实验。
经过计算所有测试数据得到,该电路输出电流稳定性误差的最大值为0.047%。
表2输出电流稳定性测试数据Tab.2The exper i m ent data about the stab ility ofoutput curren t负载电阻/k输出电流值/ A绝对误差/ A2100.0220.0223100.0390.0393.9100.0330.0334.7100.0420.0425.1100.0150.0156.8100.0390.0399.1100.0290.0293 结束语本文采用基准电压源、高性能运算放大器、复合管及精密电阻等元器件构建了一种高精度恒流源电路,该电路精度高,稳定性好,其输出电流精度相对误差的最大值仅为0.152%,输出电流稳定性误差的最大值仅为0.047%,可满足金属薄膜电阻率测量、金属丝杨氏模量测量、磁阻效应、光电效应以及光电池特性测量等大学物理实验课程需要。
该电路经过简单的元器件参数调整或电路并联等设计后,即可满足多数恒流源电路的要求。
通过进一步电路设计,配以单片机等微处理器,便可以设计出多种高精度实验测量仪器。