CN202041868U - 具有精密基准源的直流恒流源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有精密基准源的直流恒流源电路，包括精密基准源电路和放大电路，该放大电路由复合放大器A1、跟随放大器A2和浮置电源连接构成，该复合放大器A1的反相输入端与精密基准源的正极相连接，复合放大器A1的输出端与精密基准源的负极相连接，复合放大器A1的正向输入端与跟随放大器A2的正向输入端相连接，跟随放大器A2的反相输入端与输出端及浮置电源的浮置地B端相连接，浮置电源为复合放大器A1和跟随放大器A2供电。本实用新型采用以精密基准源电路和高精度放大电路，满足了高精密直流恒流源电路的设计分辨率(分辨率达到0.1纳安级)的要求，提高了检测电路的抗干扰能力和电路的性价比，具有成本低、性能稳定等特点。

Description

具有精密基准源的直流恒流源电路

技术领域

本实用新型属于恒流源领域，尤其是一种具有精密基准源的直流恒流源电路。

背景技术

目前，直流恒流源在各种电子测量电路和传感器电子电路中具有非常广泛的应用，是LED新能源、信号检测和功率放大等场合中不可替代的单元。在一些智能仪器和先进检测技术中对直流恒流源的精度要求越来越高。由于高精度恒流源输出的电流小、精度高，因此，高精度恒流源与一般的直流恒流源电路相比，其中的基准源及放大电路更容易受到电路中纹波和噪声的影响，导致输出的电流难以提高到0.1纳安级的分辨率，不能满足高精度测量的需要。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理且能够达到0.1纳安级分辨率的具有精密基准源的直流恒流源电路。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种具有精密基准源的直流恒流源电路，包括精密基准源电路和放大电路，该放大电路由复合放大器A1、跟随放大器A2和浮置电源连接构成，该复合放大器A1的反相输入端与精密基准源的正极、电阻R1的一端相连接，复合放大器A1的输出端与精密基准源的负极、电阻R1的另一端及电阻R3的一端相连接，复合放大器A1的正向输入端与跟随放大器A2的正向输入端及电阻R2的一端相连接，跟随放大器A2的反相输入端与输出端及浮置电源的浮置地B端相连接，浮置电源的两个电源输出端分别与复合放大器A1的电源输入端相连接，浮置电源的浮置地B端与复合放大器A1的输入保护屏蔽端相连接，电阻R2的另一端和电阻R3的另一端共同通过负载与地线相连接。

而且，所述的精密基准源由精密基准电压源芯片LM399、基准电源输入电路和基准电源输出电路连接构成，基准电源输入电路和基准电源输出电路均由运算放大器及晶体管连接构成。

而且，所述的复合放大器A1由主放大器、一对场效应管和斩波放大器连接构成，在主放大器的输入端连接一对性能完全一样的场效应管，主放大器与斩波放大器相连接。

而且，所述主放大器为精密放大器，所述的斩波放大器使用高输入阻抗且低输入失调电压的斩波放大器。

而且，所述的复合放大器由主放大器和斩波放大器连接构成。

而且，所述的主放大器采用内部集成一对FET场效应管的静电计级精密运算放大器，所述的斩波放大器使用高输入阻抗且低输入失调电压的斩波放大器。

而且，所述的电阻R1、电阻R2和电阻R3使用精密线绕电阻。

本实用新型的优点和积极效果是：

本实用新型采用以精密基准电压源芯片LM399为主的高精密基准源电路和高精度放大电路，一方面高精密基准源电路提供高精度的参考电源，另一方面高精度放大电路将高精度复合放大器、跟随放大器及浮置电源有机地连接在一起，从而最大程度上减小环境温度、湿度、电压波动及器件自身漂移等产生的误差，满足了高精密直流恒流源电路的设计分辨率(分辨率达到0.1纳安级)的要求，提高了检测电路的抗干扰能力和电路的性价比，具有成本低、性能稳定等特点，可广泛地应用在需要精密测量的各个领域中。

附图说明

图1是本实用新型的电路方框图；

图2是本实用新型的精密基准源电路图；

图3是一种放大电路的电路图；

图4是另一种放大电路的电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述：

一种具有精密基准源的直流恒流源电路，如图1所示，包括精密基准源电路和放大电路，该精密基准源电路主要由精密基准电压源芯片LM399构成为放大电路输出电压Vref，该放大电路由复合放大器A1、跟随放大器A2、浮置电源和电阻R1、R2、R3连接构成，为了保证直流恒流源电路的精度，所述的电阻R1、R2、R3选用稳定性非常好的精密线绕电阻，其温度系数优于2PPM/度。该放大电路的连接关系为：复合放大器A1的反相输入端与精密基准源的正极、精密线绕电阻R1的一端相连接，复合放大器A1的输出端与精密基准源的负极、精密线绕电阻R1的另一端及精密线绕电阻R3的一端相连接，复合放大器A1的正向输入端与跟随放大器A2的正向输入端及精密线绕电阻R2的一端相连接，跟随放大器A2的反相输入端与跟随放大器A2的输出端及浮置电源的的浮置地B端相连接，浮置电源的两个电源输出端+B、-B分别与复合放大器A1的电源输入端相连接，浮置电源的的浮置地B端与复合放大器A1的输入保护屏蔽端B相连接，精密线绕电阻R2的另一端和精密线绕电阻R3的另一端共同通过负载与地线相连接。该放大电路的工作原理为：浮置电源和跟随放大器A2为复合放大器A1供电，复合放大器A1作为一理想放大器，当一个精密基准源输出的电压Vref加到电阻R1上时，其电流为I_R1＝Vref/R1，由于电阻R2上没有电流流过(放大器的输入阻抗为无穷大)，因此V_R3＝Vref，流过负载的电流I_Z＝V_R3/R3＝Vref/R3，这个电流全部流过负载，该电流的大小只取决于Vref和R3，并不受负载大小的影响。

下面对电路中的各部分分别进行说明。

如图2所示，精密基准源电路由精密基准电压源芯片、基准电源输入电路和基准电源输出电路连接构成。精密基准电压源芯片采用的是LM399芯片(图中标识为N5)，该LM399芯片的基准电压由隐埋齐纳管提供，由于该新型稳压管是采用次表面隐埋技术制成的，具有温度漂移小、噪声电压低、动态电阻低、寿命长等优良特性，当恒温电路能把芯片温度自动调节到90℃，只要环境温度不超过90℃，就能消除温度变化对基准电压的影响，因此，LM399芯片的电压温度系数才降低到1PPM/℃(最大值)，这是其它基准电压源很难达到的指标。基准电源输入电路主要由运算放大器N6和晶体管V7连接构成为精密基准电压源芯片N5提供恒流供电，并进一步确保N5的稳定性；基准电源输出电路主要由运算放大器N7和晶体管V8连接构成，最后由精密电阻R27和W2产生一个0.1伏的精密参考电压Vref，并为下一步电压电流变换电路做好准备。

放大电路有两种实施例，第一实施例，如图3所示，在该放大电路中，复合放大器由主放大器N2、一对场效应管(V5、V6)和斩波放大器N3共同组成一高增益复合放大器，主放大器N2为精密放大器，在主放大器N2的输入端连接一对性能完全一样的FET场效应管(V5、V6)，它们的栅极作为主放大器N2的输入端，这样就极大的改善了主放大器N2的输入阻抗，其值为10¹²欧姆。同时使用斩波放大器N3配合主放大器N2来进行稳定的输出，斩波放大器N3作为一种高精度斩波放大器，其输入阻抗为10¹²欧姆，而且它的输入失调电压非常低只有1微伏，这样的设计充分利用了N3的低失调电压，高稳定的特点，组合成一个线性好、稳定性好、失调电压又非常小的近于理想的放大器。也就是说，由于N3的失调电压非常小，在1微伏左右，通过它的调节作用，使得N2的失调得以调整，其数值也为1微伏左右，即整个放大器的失调电压也为1微伏左右，整个放大器的失调电压越是小，那么在工作时才可以越加稳定。

为了防止斩波放大器N3引脚间微弱泄漏造成对直流恒流源电路的影响，通过稳压管V1、V2及三极管V3、V4及电阻R1、R2、R3、R4、R5组成的浮置电源为复合放大器供电，该浮置电源的电源输出端+B，-B连接在放大器N2、N3的电源输入端为其供电，跟随放大器N1(放大器N1的正输入)的参考点来自复合放大器的场效应管的输入端H，该跟随放大器N1的反相输入端和跟随放大器N1的输出端相连接，浮置电源的的浮置地与斩波放大器N3的输入保护屏蔽端B相连接，这样使得斩波放大器N3的输入端与保护屏蔽端是同电位，进一步避免了电流的正反向泄漏，以保证流过负载的电流不受其他因素的影响。

图3中的电阻R15、R16、R17对应于图1中的电阻R1、R3、R2，同样选用稳定性非常好的精密线绕电阻，其温度系数优于2PPM/度，这样便能够保证放大器非常稳定输出。

放大电路的第二实施例，如图4所示，该电路与第一实施例的不同之处在于复合放大器构成不同，其他部分完全相同，现只对复合放大器部分进行说明，其他不再详述。本实施例中的复合放大器由主放大器N2和斩波放大器N3共同组成，主放大器N2采用静电计级精密运算放大器，其内部集成一对FET场效应管输入阻抗高达欧10¹³姆，其输入基流为75fA，远远小于1nA，开环增益110dB，共模抑制比90dB，由于主放大器N2的输入失调电压500uV/℃，还需斩波放大器N3配合主放大器N2来进行稳定的输出，斩波放大器N3作为一种高精度斩波放大器，其输入阻抗也很高10¹²欧姆，而且它的输入失调电压非常低只有1微伏，利用了N3的低失调电压，高稳定的特点，组合成一个线性好、稳定性好、失调电压又非常小的近于理想的放大器。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

Claims (7)

1.一种具有精密基准源的直流恒流源电路，其特征在于：包括精密基准源电路和放大电路，该放大电路由复合放大器A1、跟随放大器A2和浮置电源连接构成，该复合放大器A1的反相输入端与精密基准源的正极、电阻R1的一端相连接，复合放大器A1的输出端与精密基准源的负极、电阻R1的另一端及电阻R3的一端相连接，复合放大器A1的正向输入端与跟随放大器A2的正向输入端及电阻R2的一端相连接，跟随放大器A2的反相输入端与输出端及浮置电源的浮置地B端相连接，浮置电源的两个电源输出端分别与复合放大器A1的电源输入端相连接，浮置电源的浮置地B端与复合放大器A1的输入保护屏蔽端相连接，电阻R2的另一端和电阻R3的另一端共同通过负载与地线相连接。

2.根据权利要求1所述的具有精密基准源的直流恒流源电路，其特征在于：所述的精密基准源电路由精密基准电压源芯片LM399、基准电源输入电路和基准电源输出电路连接构成，基准电源输入电路和基准电源输出电路均由运算放大器及晶体管连接构成。

3.根据权利要求1所述的具有精密基准源的直流恒流源电路，其特征在于：所述的复合放大器A1由主放大器、一对场效应管和斩波放大器连接构成，在主放大器的输入端连接一对性能完全一样的场效应管，主放大器与斩波放大器相连接。

4.根据权利要求3所述的具有精密基准源的直流恒流源电路，其特征在于：所述主放大器为精密放大器，所述的斩波放大器使用高输入阻抗且低输入失调电压的斩波放大器。

5.根据权利要求1所述的具有精密基准源的直流恒流源电路，其特征在于：所述的复合放大器由主放大器和斩波放大器连接构成。

6.根据权利要求5所述的具有精密基准源的直流恒流源电路，其特征在于：所述的主放大器采用内部集成一对FET场效应管的静电计级精密运算放大器，所述的斩波放大器使用高输入阻抗且低输入失调电压的斩波放大器。

7.根据权利要求1至6任一项所述的具有精密基准源的直流恒流源电路，其特征在于：所述的电阻R1、电阻R2和电阻R3使用精密线绕电阻。 

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