摘 要： 基于運算放大器原理,，介紹了一種電壓控制電流源的設(shè)計,，分析了控制電壓的輸入范圍和電流的輸出范圍,，用三極管進行擴流,，以滿足不同的應(yīng)用要求,。該電路結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定,、可控性好,、線性度高、成本低廉,。最后給出了電池充電電路的應(yīng)用實例,。
關(guān)鍵詞： 壓控電流源；運算放大器,；電池,；充電
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電流源的用途很多，壓控電流源因設(shè)計簡單,，調(diào)試方便而得到廣泛應(yīng)用,。
壓控電流源有多種實現(xiàn)方法。文獻[1]和文獻[2]采用運算放大器做輸出,，得到的輸出電流?。晃墨I[3]是一種比較復(fù)雜的應(yīng)用,；文獻[4]用于蓄電池恒流充電,；文獻[5]采用脈寬調(diào)制控制器實現(xiàn)了開關(guān)恒流源。
本文采用運算放大器作為恒流元件,，克服了文獻[1]和文獻[2]的不足,，由單片機通過DA進行控制，通過A/D采樣進行比較,，以得到精度高,、電路穩(wěn)定的閉環(huán)恒流控制。
1 電壓控制電流源的原理設(shè)計與分析
1.1 電路原理
電路如圖1所示,，根據(jù)理想運算放大器“虛短”和“虛斷”的原理,，可以得到：
當R>>R0、RL時,，有如下近似等式：
即輸出電流IL與輸入電壓vi成線性關(guān)系,。
1.2 改進后的電路
圖1所示電路要求R>>R0、RL時,，(4)式才滿足,。將電路進行如圖2所示的改進。由于理想運算放大器的輸入阻抗為無限大,，所以,，流過電阻R0和RL的電流相等,，可以得到：
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1.3 進一步擴充電流后的電路
由于運算放大器的電流輸出能力很小,，一般為20mA～40mA,，因此當實際應(yīng)用電流比較大時，要對電路進行擴流,，如圖3所示,。
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同理，可以得到：
式中VEB是三極管發(fā)射結(jié)電壓,。所以,，對應(yīng)的輸入電壓范圍是：
根據(jù)三極管的電流原理，設(shè)三極管的電流放大倍數(shù)為β,，有：
??? 因此在實際應(yīng)用時,，要根據(jù)輸出電流的大小，按照(13)式,、(14)式和(15)式的要求,，選擇合適的電阻R0、Rb和電源電壓,，以保證控制電壓在合理的范圍,。
2 電壓控制電流源的應(yīng)用
??? 圖4所示為電池充電器中充電及控制電路的原理框圖。單片機采用AT89C52,，AD采用MAX195,，DA采用DAC1232，采樣放大是用OP177對采樣電阻RS(100mΩ)上的小信號進行差分放大,，負載電阻就是電池組,，擴流三極管采用TIP127，壓控電流源內(nèi)的運算放大器采用TL082,，以保證有足夠大的輸入阻抗,。通過單片機進行置數(shù)，得到所需要的充電電流,。對電流采樣放大后進行比較,，若電流偏大，則壓控電壓控制減1個LSB,；若電流偏小,，則加1個LSB，以實現(xiàn)穩(wěn)定電流的閉環(huán)控制,。在F3.4設(shè)備中,，電流的范圍是0.1mA～400mA，誤差小于2％,，滿足了實際需要,。
??? 壓控電流源的實現(xiàn)有很多種方法，本文所介紹的電路結(jié)構(gòu)簡單,，理論分析明確,。文中詳細介紹了輸出電流與輸入電壓的控制關(guān)系及動態(tài)范圍,，這對實際應(yīng)用非常有幫助，這一點在充電電池的化成設(shè)備中得到了驗證,。
參考文獻
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[3] 郭繼昌,，李香萍,，張宏濤.基于單片機控制的恒流源的設(shè)計[J].電子測量與儀器學(xué)報，2000,，114(12).
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[5] 尉廣軍,，朱宇虹,，姚志敏.關(guān)于蓄電池充電器中的恒流源電路設(shè)計[J].河北工業(yè)科技，2000(4).