压控恒流源电路设计

3、电流源模块的选择方案

方案一：由晶体管构成镜像恒流源

一缺点在于，集电极最大输出电流约为几百毫安，而题目要求输出电流为 200~2000mA，因此由晶体管构成的恒流源不适合采用。

方案二：由运算放大器构成恒流电路

运算放大器构成的恒流电路摆脱了晶体管恒流电路受限于工艺参数的缺点。但是只由运放构成的恒流电路，输出电流同样只能达到几十毫安，远远不能满足设计要求，因此必须加上扩流电路。采用运算放大器加上扩流管构成恒流电路，既能利用运算放大器准确的特性，输出又能达到要求。该电路的缺点之一在于电流的测量精度受到两个晶体管的匹配程度影响，其中涉及到比较复杂的工艺参数。

方案三：由运算放大器加上扩流管构成恒流电路

采用高精度运算放大器 OP07，更能增加其准确的性能；采用达林顿管 TP127 进行扩流，具有很大的扩流能力，两者结合，可以实现比较精确的恒流电路。

鉴于上面分析，本设计采用方案三。

（3）恒流源电路的设计

恒流源电路如图所示。其中，运算放大器 U3 是一个反相加法器，一路输入为控制信号 V1，另一路输入为运放 U1 的输出反馈，R8 是 U3 的反馈电阻。用达林顿管 TIP122 和 TIP127 组成推挽式电路，两管轮流导通。U2 是电压跟随器，输入阻抗高，基本没有分流，因此流经 R2 的电流全部流入负载 RL。U1 是反相放大器，取 R14＝R11 时，放大

倍数为-1，即构成反相器。

针对运算放大器输出电流小的不足，该电路加了扩流电路。采

图恒流源部分电路

若 U3 的输入电压为 Vin，根据叠加原理，有

由 U2 的电压跟随特性和 U1 的反相特性，有

代入得到

即流经 R7 的电流完全由输入控制电压 Vin 决定

由于 U2 的输入端不取电流，流经负载 RL 的电流完全由输入控制电压 Vin 决定，实现了压控直流电流源的功能。由于 R7 中流过的电流就是恒流源的输出电流，按照题目要求，输出的直流电流需要达到 2A，这里采用康锰铜电阻丝作为电阻 R7。

2压控恒流源电路设计

压控恒流源是系统的重要组成部分，它的功能是用电压来控制电流的变化，由于系统对输出电流大小和精度的要求比较高，所以选好压控恒流源电路显得特别重要。采用如下电路：电路原理图如图所示。该恒流源电路由运算放大器、大功率场效应管 Q1、采样电阻 R2、负载电阻 RL 等组成。

图压控恒流源原理图

电路中调整管采用大功率场效应管 IRF640。采用场效应管，更易于实现电压线性控制电流，既能满足输出电流最大达到 2A 的要求，也能较好地实现电压近似线性地控制电流。因为当场效应管工作于饱和区时，漏电流 Id 近似为电压Ugs 控制的电流。即当 Ud 为常数时，满足：Id=f（Ugs），只要 Ugs 不变，Id 就不变。在此电路中，R2 为取样电阻，采用康铜丝绕制（阻值随温度的变化较小），阻值为欧。运放采用OP-07 作为电压跟随器，UI=Up=Un，场效应管 Id=Is(栅极电流相对很小，可忽略不计)所以 Io=Is= Un/R2= UI/R2。正因为Io=UI/R2，电路输入电压 UI 控制电流 Io，即 Io 不随 RL 的变化而变化，从而实现压控恒流。同时，由设计要求可知：由于输出电压变化的范围 U〈=10V，Iomax=2A,可以得出负载电阻 RLmax=5欧

。