0 引言

　　恒流源在測量領域和工程技術中都有著重要的用途，目前恒流源的設計方法有多種，常見的是場效應管恒流源和二極管恒流源，但其電流值有限，穩(wěn)定度較差，并且難以調(diào)節(jié)，在文獻中對此做過一定的論述。本文將介紹一個新型實用的恒流源電路，用于壓磁傳感器的測量，并詳細說明其工作原理。

　　恒流源的實質(zhì)是利用器件對電流進行反饋，動態(tài)調(diào)節(jié)設備的供電狀態(tài)，從而使得電流趨于恒定。只要能夠得到電流，就可以有效形成反饋，從而建立恒流源。

　　能夠進行電流反饋的器件，還有電流互感器，或者利用霍爾元件對電流回路上某些器件的磁場進行反饋，也可以利用回路上的發(fā)光器件（例如光電耦合器，發(fā)光管等）進行反饋。這些方式都能夠構成有效的恒流源，而且更適合大電流等特殊場合，不過因為這些實現(xiàn)形式的電路都比較復雜，這里就不一一介紹了。

　　1 程控恒流源系統(tǒng)的設計

　　由于溫度對集成電路參數(shù)的影響不如對晶體管和場效應管的影響顯著，本設計盡量采用集成電路取代分立元件。本文提出的恒流源以單片機為，結合ADC和DAC轉(zhuǎn)換，實時采集工作電流，并送單片機進行計算處理，然后輸出合適大小的電壓，使傳感器工作在恒流狀態(tài)。程控恒流源原理圖如圖1所示。

　　恒流源電路就是要能夠提供一個穩(wěn)定的電流以保證其它電路穩(wěn)定工作的基礎。即要求恒流源電路輸出恒定電流，因此作為輸出級的器件應該是具有飽和輸出電流的伏安特性。為了保證輸出晶體管的電流穩(wěn)定，就必須要滿足兩個條件：其輸入電壓要穩(wěn)定--輸入級需要是恒壓源；輸出晶體管的輸出電阻盡量大--輸出級需要是恒流源。

　　2 程控恒流源電路的設計

　　程控恒流源由1 MHz有源晶振產(chǎn)生正弦波后經(jīng)2片串聯(lián)的74HC390進行1 000分頻后得到1 kHz的方波，該方波再由五階低通濾波芯片MAX-7410轉(zhuǎn)化為正弦波，送往乘法器AD734AQ的X1管腳。傳感器的實時工作電流由電流互感器采集轉(zhuǎn)換成電壓信號后，由真有效值芯片AD736轉(zhuǎn)化為正弦電壓信號的有效值，再由程控D/A轉(zhuǎn)換芯片LTC2606將電壓的數(shù)字信號傳送給AT89S52單片機進行計算處理，處理結果由A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7705轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出到乘法器AD734AQ的Y1管腳。因為輸入級需要是恒壓源，所以可以采用具有電壓飽和伏安特性的器件來作為輸入級。一般的pn結二極管就具有這種特性--指數(shù)式上升的伏安特性；另外，把增強型MOSFET的源-漏極短接所構成的二極管，也具有類似的伏安特性--拋物線式上升的伏安特性。在IC中采用二極管作為輸入級器件時，一般都是利用三極管進行適當連接而成的集成二極管，因為這種二極管既能夠適應IC工藝，又具有其特殊的優(yōu)點。對于這些三極管，要求它具有一定的放大性能，這才能使得其對應的二極管具有較好的恒壓性能。

　　電路中的關鍵部分是以單片機為的ADC和DAC模塊，其電路圖如圖2所示。

　　其中，LTC2606和AD7705的參考電壓輸入管腳接AD780電壓轉(zhuǎn)換芯片，以提供可靠的參考電壓。

　　3 程控恒流源工作原理

　　整體電路的工作原理可由式（1）、式（2）說明：

　　式中：U基 為乘法器X1管腳的輸入電壓；U信號源 為乘法器Y1管腳輸入電壓的有效值；A乘法器 為乘法器增益；A放大電路 為功率放大電路和變壓器總的電壓增益；R傳感器為壓磁傳感器的等效阻值；I為傳感器的實時工作電流；i為電流互感器線圈匝數(shù)比的倒數(shù)；R采集 為電流互感器采集電阻阻值。

　　傳感器的初始阻值、U信號源、A乘法器、A放大電路、i和R采集 在硬件電路搭接完畢后為確定已知，因此當R傳感器 隨著測量的進行產(chǎn)生變化時，I也會隨之變化，所以只要通過反饋電路即時改變U基，即可達到傳感器恒流工作的目的。本設計通過單片機可計算得出所需的U基。具體計算過程如下：

　　先計算出傳感器即時工作電流：

     然后根據(jù)工作電流求出變化后的傳感器阻值：

     根據(jù)當前傳感器阻值求出使之在I設定 下工作需要的U基。I設定 為傳感器規(guī)定的工作電流。

　　4 程控恒流源的程序流程圖

　　程控恒流源的程序流程圖如圖3所示。

　　5 結語

　　綜上所述，該程控恒流源有如下優(yōu)點：

　?。?）在程序代碼中，根據(jù)硬件電路設定相應計算參數(shù)后，達到良好的恒流效果，從而滿足壓磁元件恒流工作的要求，并適用于各種阻抗類傳感器。只需改變代碼中相應參數(shù)即可。

　?。?）盡量避免使用分立元件，多采用集成電路，克服了分立元件容易受到環(huán)境變化影響的缺點。

　?。?）A/D和D/A轉(zhuǎn)換芯片均采用16位，提高了恒流源的可靠性。

　　本設計利用反饋原理，使用現(xiàn)代集成電路代替分立元件，并加入代碼計算控制反饋輸出量，使得恒流源能達到很好的恒流效果。

參考文獻:

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