设计了基于场效应管和20位DA芯片的高稳定度精密可调恒流源,可以根据负载变化调整管压降反馈的补偿电路。分析影响恒流源的几大因素后,对主要模块通过光耦隔离等手段进行电气隔离降低数字电路引入的干扰,对220V供电电源进行滤波降低电源引入的干扰,通过电压跟随器对放大器前后级进行隔离,最后设计出的恒流源带有输出稳定度3.6×10 -7 V/h和相对标准差为3.24202×10-7且可以在0~10V间有任意输出的基准电压、稳定度(时间漂移)为4.2×10 -6 A/h和相对标准差为1.80361×10-6的0~1A可调可知电流、感性负载自动补偿电路以及搭载触摸屏的友好人机交互模块。
关键词:恒流源;基准电压;场效应管 Design and Realization of High stability Precision Adjustable Constant Current Cource Abstract: The high stability precision adjustable constant current source based on field effect tube and 20 DA chips is designed, which can adjust the compensation circuit of the feedback according to load change. After the analysis of several factors affecting constant current source, the main module through the optical coupling isolation means of electrical isolation to reduce the interference, introduced the digital circuit, to reduce the interference of power supply by filtering 220V power supply power supply, the amplifier is isolated at the front and back of the amplifier through a voltage follower, the final design of the constant current source with the output stability of 3.6 x 10-7 V/h and relative standard deviation is 3.24202 x 10-7 and can have any between 0 ~ 10 V output reference voltage, the stability of drift (time) of 4.2 x 10-6 A/h and relative standard deviation was 1.80361 x 10-6 0 ~ 1 A, perceptual load automatically adjustable knowable current compensation circuit and friendly human-computer interaction module with touch screen. Key words:constant current source,voltage reference,field-effect tube
0 引 言
恒流源是在内部环境和外部负载发生变化时依然可以输出稳定恒定电流的装置,它在测控、计量和高精密仪器仪表等广泛科研领域有着关键作用。比如恒流源在高精密度数字多用表中的应用、在串联补偿型透射电子显微镜物镜和高稳定度磁场产生中的应用[1-3]。
本文设计的恒流源在保证稳定度精密度的前提下扩大了电流输出量程并且可以程控调节幅值,大大增加了它的适应范围和实用价值。
1介绍
文献[1]和[4]都给出了包含低噪声运算放大器的硬件设计图,并对影响因素进行了分析,文献[1]受限于当时的输出基准电压的芯片技术,精度并不高,同时文献[4]的电流虽然可调,但输出范围只有1~45mA;文献[2]研究了一款稳定度为 2×10 -6 /min 串联补偿型透射电子显微镜物镜恒流源,对影响恒流源的因素进行了详细分析,并没有完整的设计分析过程而且恒流源的稳定时间不长,只在误差分析阶段对本文设计有很大帮助;文献[3]通过对大多数基于串联反馈的传统恒流源进行分析,在结合众多文献理论依据下给出现阶段能量天平磁场系统恒流源的设计改进方案,同时也证明了本文串联反馈电路设计的可行性,但并未涉及到设计原理和误差分析。
综合考虑后,对文献[5]中提出的方案进行改进是最优选择。文献[5]提出了超前补偿各种复合噪声增益的方法,有效解决了并联mosfet的高寄生电容所带来的自激振荡并设计了可以消除由电感负载引起的自激振荡的补偿网络,实验数据也表明其电源的稳定性高于于0.1 ppm/h,但它的短期(1 h)精度只能保证大约0.5 ppm。同时文献[5]对并联的mosfet的参数一致性要求严格,然而在实际中相同型号的同一批次 MOSFET在器件参数上总会有一定的差异,由此造成的并联器件之间温度和电流分配上的不均匀性都会客观存在[6],出于客观条件的限制本文设计只用了一个MOSFET,有效减少了由于极间电容和分布电容增加造成的功率 MOSFET的寄生震荡,同时输出较同类产品中的更大的1A可调电流。
设计了基于场效应管和20位DA芯片的高稳定度精密可调恒流源,可以根据负载变化调整管压降反馈的补偿电路。分析影响恒流源的几大因素后,对主要模块通过光耦隔离等手段进行电气隔离降低数字电路引入的干扰,对220V供电电源进行滤波降低电源引入的干扰,通过电压跟随器对放大器前后级进行隔离,最后设计出的恒流源带有输出稳定度3.6×10 -7 V/h和相对标准差为3.24202×10-7且可以在0~10V间有任意输出的基准电压、稳定度(时间漂移)为4.2×10 -6 A/h和相对标准差为1.80361×10-6的0~1A可调可知电流、感性负载自动补偿电路以及搭载触摸屏的友好人机交互模块。
关键词:恒流源;基准电压;场效应管 Design and Realization of High stability Precision Adjustable Constant Current Cource Abstract: The high stability precision adjustable constant current source based on field effect tube and 20 DA chips is designed, which can adjust the compensation circuit of the feedback according to load change. After the analysis of several factors affecting constant current source, the main module through the optical coupling isolation means of electrical isolation to reduce the interference, introduced the digital circuit, to reduce the interference of power supply by filtering 220V power supply power supply, the amplifier is isolated at the front and back of the amplifier through a voltage follower, the final design of the constant current source with the output stability of 3.6 x 10-7 V/h and relative standard deviation is 3.24202 x 10-7 and can have any between 0 ~ 10 V output reference voltage, the stability of drift (time) of 4.2 x 10-6 A/h and relative standard deviation was 1.80361 x 10-6 0 ~ 1 A, perceptual load automatically adjustable knowable current compensation circuit and friendly human-computer interaction module with touch screen. Key words:constant current source,voltage reference,field-effect tube
0 引 言
恒流源是在内部环境和外部负载发生变化时依然可以输出稳定恒定电流的装置,它在测控、计量和高精密仪器仪表等广泛科研领域有着关键作用。比如恒流源在高精密度数字多用表中的应用、在串联补偿型透射电子显微镜物镜和高稳定度磁场产生中的应用[1-3]。
本文设计的恒流源在保证稳定度精密度的前提下扩大了电流输出量程并且可以程控调节幅值,大大增加了它的适应范围和实用价值。
1介绍
文献[1]和[4]都给出了包含低噪声运算放大器的硬件设计图,并对影响因素进行了分析,文献[1]受限于当时的输出基准电压的芯片技术,精度并不高,同时文献[4]的电流虽然可调,但输出范围只有1~45mA;文献[2]研究了一款稳定度为 2×10 -6 /min 串联补偿型透射电子显微镜物镜恒流源,对影响恒流源的因素进行了详细分析,并没有完整的设计分析过程而且恒流源的稳定时间不长,只在误差分析阶段对本文设计有很大帮助;文献[3]通过对大多数基于串联反馈的传统恒流源进行分析,在结合众多文献理论依据下给出现阶段能量天平磁场系统恒流源的设计改进方案,同时也证明了本文串联反馈电路设计的可行性,但并未涉及到设计原理和误差分析。
综合考虑后,对文献[5]中提出的方案进行改进是最优选择。文献[5]提出了超前补偿各种复合噪声增益的方法,有效解决了并联mosfet的高寄生电容所带来的自激振荡并设计了可以消除由电感负载引起的自激振荡的补偿网络,实验数据也表明其电源的稳定性高于于0.1 ppm/h,但它的短期(1 h)精度只能保证大约0.5 ppm。同时文献[5]对并联的mosfet的参数一致性要求严格,然而在实际中相同型号的同一批次 MOSFET在器件参数上总会有一定的差异,由此造成的并联器件之间温度和电流分配上的不均匀性都会客观存在[6],出于客观条件的限制本文设计只用了一个MOSFET,有效减少了由于极间电容和分布电容增加造成的功率 MOSFET的寄生震荡,同时输出较同类产品中的更大的1A可调电流。