恒流源实验电路的设计_周利祥pdf.doc

科技资讯 2013 NO.14 SCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION 动力与电气工程 恒流源实验电路的设计① 周利祥 张科红 ( 浙江大学城市学院信息与电气工程分院 浙江杭州 3 1 0 0 1 5 ) 摘 要:在模拟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,分别为负载悬浮式和负载接地式两大类型,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 :TM9 33 .1 文献标识码:A 文章编号 :1 67 2- 379 1(20 13)05 (b )-0 11 8- 02  恒流源 ,是一种能向负载提供恒定电 流的电路 ,在电阻的测量、温度的测量、金 属杨氏模量的测量等许多场合中得到了广 泛应用 [1]。目前 ,在国内常见的模拟电子技 术实验教材中 ,少见有恒流源电路的实验 内容 , 为此 , 有必要将一些典型实用的恒流 源电路引入实验教学,以增进学生的理解。 Cadence公司的 OrCAD/PSpice16. 3(本 文简称 PSpice)是一套功能强大的 ED A 软 件 ,日益成为世界上越来越多的科研和工 程技术人员进行仿真计算的必备工具 ,利 用软件进行电路的辅助设计 ,对于在真实 当中不方便试验的一些因素 (如变化的负 载、温度等 )都可以进行仿真。本文运用 PSpice仿真工具,设计了两个高精度的恒流 源电路 ,利用其强大的仿真功能和方便易 用的图形后处理功能 ,对恒流源电路的负 载影响以及温度影响进行了仿真分析 ,结 果证明是可行的,运用PSpice的分析方法也 具有很好的借鉴意义[2]。 1 负载悬浮式的恒流源实验电路设计 1 . 1 理论分析 实验电路如图 1, 在该电路中 , 负载 RL 串接在集成运放反向输入端与晶体管Q1发 射极之间。由 Q1 、R2 、RL 构成了负反馈支 路 ,在晶体管 Q1工作在正常的放大区条件 下 ,考虑集成运算放大器输入阻抗极高 ,可 近似为理想运算放大器。根据理想运放的 特点,利用“ 虚短”特性,可知流经负载RL的 电流 : I RL = IR1 = V1 ( 1 ) R1 该电流只与输入电压 V1和 R1 有关 ,与 RL无关,故是恒流源电路。通过改变输入电 压 V1 和 R1,就可以实现恒流范围的变化。 1 . 2 负载特性分析 本例中设计的恒流源电流较大,对负载 的功率有一定要求 ,如果使用者不注意恒 流源的负载特性 ,就可能会导致负载电阻  的烧坏,但是在软件仿真当中不必担心。在 图 1中选取负载 RL,设置其 Value={RL},放 置参数元件PARA M,并在其属性中增加一 行RL=1.5 Ω,保持V1、R1不变,在分析设置 里选择DCSWEEP,扫描变量选择全局参数 RL,设定RL变化范围为从0.1 Ω～10 Ω,步 进为0.1 Ω,进行仿真计算,即可得到流经负 载电流 IRL的图形 , 从中可知 :当负载电阻 RL在 0 ～ 7.5Ω 时 , 输出电路 IRL为 1A,当负 载为 9 Ω 时 ,IRL=985.6mA,误差为 1.44%; 当负载为 10 Ω 时 ,IRL=975 .2 mA, 误差为 2.48%。事实上 ,对于大电流恒流源而言 ,负 载电阻一般很小 ,所以该恒流源在负载为 0～ 8 Ω 范围内 , 精度都很高 , 实用性强。如 果学生在实验使用时 ,输入电压 V1一开始 不要调大 ,否则很容易烧掉负载。 1 . 3 电路的温度特性分析 设计的恒流源电路除了要考虑负载特 性外 ,还需要考虑环境温度可能产生的影 响。在本电路中 ,选取负载电阻 RL=1. 5 Ω , 功率 2W,设置电路工作环境温度分别为 - 50 ℃～50 ℃,步进为1 ℃,在软件中对电路 进行温度扫描分析 ,可得到图形 , 从图中可知,当温度在 -50 ℃ ～ 0 ℃ 时 , 输出电流IRL随温度近似线性增长;当温度 0 ℃～50 ℃时,输出电流IRL=1A。当温度 -50 ℃ 时 ,IRL=858 mA, 误差为 14.2%;当 温度在-10 ℃ 时 ,IRL=971 mA,误差为2.9%。 所以对于该 1A恒流源电路 ,实际工作中最 好选择在温度为0 ℃以上,这样能更好保证 电流的精