一种提高恒流源电路性能的方法技术

本发明专利技术提供了一种提高恒流源电路性能的方法，其特点是：在恒流源电路的参考电源和运算放大器之间增设一减法装置，电路电源Ｖｃｃ和参考电源通过减法装置相减后的结果作为运算放大器的正输入端，参考电阻连接在电路电源Ｖｃｃ和运算放大器的负输入端之间，运算放大器的输出连接ＮＰＮ三极管的基极，三极管的集电极连接运算放大器的负输入端，负载连接在三极管的发射极和电源地之间。使负载上的电压以零电势作为参考点，减少了恒流源电路对供电电源的依赖性，提高了恒流源电路的带载能力、抗干扰能力等多方面的性能。

Method for improving performance of constant current source circuit

The present invention provides a method for improving the performance of the constant current source circuit, which is characterized in that a subtraction device between the reference source and the operational amplifier circuit of constant current source, the circuit of power Vcc and a reference power supply through subtraction device after subtraction as the positive input terminal into the operational amplifier, between the negative input reference resistor connected to the power supply Vcc and operational amplifier circuit, the output of the operational amplifier connected to a base electrode of the NPN triode, negative input transistor collector is connected with the operational amplifier, the load connected to the emitter of the transistor and the power supply. The voltage on the load is used as the reference point, the dependence of the constant current source circuit on the power supply is reduced, and the capacity of the constant current source circuit, the anti-interference capability, and the like are improved.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术与恒流源电路有关，涉及。
技术介绍
目前，如图1所示原理的恒流源电路已被广泛采用，其详细描述可参见National Semiconductor Application Note20《An Applications Guidefor Op Amps》中的Figure17。从图1中可明显看出其负载的电压是以电源电压Vcc作为参考端的，而一般电源的电压在+12VDC以上，这就给后级模/数转换带来了很大的困难。通常情况下，大多模/数转换器件的模拟输入端的绝对电压值均在+5V到+10V之间，若采用增加差分器件或者其它电平平移处理方法，一方面会给整个测量系统带来误差；另一方面，根据差分器件的特性，要将输入高达+12VDC的电压进行差分运算，必须进一步提高差分装置的供电电压，这在实际使用中是比较困难的，在电路中引入多种电源也会影响最终布板的性能，或者通过增加电阻Rext进行分压降低输入值，但这又会导致恒流源电路的使用效率大大降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对目前常用的恒流源电路的不足，提供，通过在参考电源和运算放大器之间增加减法装置，提高恒流源电路的带载能力、抗干扰能力等多方面的性能。本专利技术的目的是这样实现的，其实质性特点在于在恒流源电路的参考电源和运算放大器之间增设一减法装置，使负载上的电压以零电势作为参考点，以减少恒流源电路对供电电源的依赖性。上述的，其中，省略负载与模/数转换器件之间的差分装置，以避免因此而引入的误差，提高测量对负载变化的响应速度。上述的，其中，将所述的负载直接作为模/数转换器件的输入，无需附加分压措施，以提高恒流源的带载利用率。上述的，其中，电路电源Vcc和参考电源通过减法装置相减后的结果作为运算放大器的正输入端，参考电阻连接在电路电源Vcc和运算放大器的负输入端之间，运算放大器的输出连接NPN三极管的基极，三极管的集电极连接运算放大器的负输入端，负载连接在三极管的发射极和电源地之间。本专利技术由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果通过在参考电源和运算放大器之间增加减法装置，减少了恒流源性能对供电电源的依赖性，提高恒流源电路的带载能力、抗干扰能力等多方面的性能。由于取消了负载和模/数转换器件之间的差分装置，一方面避免了因此引入的误差，另外提高了测量对负载变化的响应速度。避免了测量系统电源直接引到负载端，负载完全作为从动对象，一方面减少了负载对测量系统电源的影响，另一方面避免了误操作可能带来的损坏风险。使负载的参考电压为零电位，模/数转换器件可以直接对负载两侧的电压进行转换；使负载上的信号全部为系统的被动信号，减少使用过程中引入误差或损害的可能性。用本专利技术激励的负载可以直接作为模/数转换器件的输入，不需要附加分压措施，提高了恒流源的带载利用率。在不增加任何成本的条件下，仅仅将电路的结构进行修改就可以大幅度提高恒流源多方面的性能。附图说明通过以下对本专利技术的的一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解其专利技术的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为图1为目前常用的恒流源电路；图2为本专利技术的恒流源电路；图3为本专利技术恒流源电路的应用实例；图4为采用本专利技术的温度测量系统动态误差曲线图。具体实施例方式本专利技术的恒流源电路如图2所示。通过在参考电压Vref上增加减法装置，并将其输入到运算放大器正输入端的电压VA＝(VCC-Vref)。根据运算放大器的原理，可知B点的电压等于A点电压VB＝VA＝(VCC-Vref)。参考电阻Rsense两侧的电压Vsense＝(VCC-VB)＝VCC-(VCC-Vref)＝Vref与供电电源无关。根据欧姆定律，参考电阻Rsense上的电流Isense＝Vsense/Rsense＝Vref/Rsense。根据三极管的电流特性，可知流过负载两侧的电流Iload＝Ie＝(Ic-Ib)＝(Ic-Ic/β)＝(1-1/β)Ic＝(1-1/β)Isense＝(1-1/β)Vref/Rsense，而一般三极管的电流放大倍数β＝(150～250)，所以Iload≈Vref/Rsense，当Vref和Rsense保持不变时，也就实现了恒流的作用。而此时负载Rload两侧的电压值分别为(Vref/Rsense)*Rload和零电势，可以直接作为模/数转换器件的输入。从图1和图2的对比中可以看出，本专利技术取消了图1中的差分装置，在参考电源与运算放大器之间增加了减法装置，这样减少了测量过程中因为差分装置给测量带来的时滞，可以提高测量对负载变化的响应速度。参考电源的稳定性对恒流源性能起着至关重要的作用，加了一级减法装置相当于缓冲，带来的静态误差可以通过调节Rsense进行消除，对恒流源的动态性能会有比较大改善。使用恒流源作为激励的负载大多采用标准四线制接线，测量系统和被测对象通常会有一定的接线距离。在图1中，直接将测量系统的供电电源引到负载处，一方面增加了它被干扰的可能性，另外使用过程中也容易因为误操作而对装置电源造成损坏。而本专利技术则避免了这个问题，而且恒流源的负端可以直接用来作为四线制接线的屏蔽，会大大提高电路的抗干扰能力。从前面的分析可以看出，本专利技术的恒流源电路对供电电源的要求大大降低，电源上的干扰通过减法装置和Rsense两者所抵消，可以大大降低恒流源性能对供电电源性能的依赖性。图3为本专利技术的一个具体应用实例，图3中Sensor采用HartScientific公司的5641高精度热敏电阻传感器，它的测温精度为±0.001℃；Ri+为恒流源正端到传感器的接线电阻；Ri-为恒流源负端到传感器的接线电阻；Rv+为传感器正电压端到模/数转换器件的接线电阻；Rv-为传感器负电压端到模/数转换器件的接线电阻；U1为ADI公司的+5V高精度电压基准器件；U2为TI公司的高精度单位增益差分放大器；U3为TI公司的高速精密运算放大器；Q1为Philips公司NPN三极管；C1、C2、C3、C4和C5均为X7R电容，起高频滤波作用；R1为1％普通金属膜电阻，可以避免运算放大器和三极管形成高频振荡；图中1为TI公司24位高精度∑-Δ模/数转换芯片ADS1255，将传感器上的模拟电压转换为数字量；图中2为IDT公司的IDT70V24，它是一个高速的DPRAM(Dual-port StaticRAM)容量为4K*16bits，左侧地址/数据端口连接DSP器件3，右侧地址/数据端口通过VME总线连接到VME接口4；其中，DSP器件3为TI公司的16位DSP器件TMS320VC5402，通过和AD1255建立SPI通信获取模/数转换结果，并进行数字滤波后写入DPRAM2；图中5为MV5100单板机，型号为Motorola PowerPlusII，通过VME接口4从DPRAM2中读取温度传感器的最终数字量结果，然后通过以太网通信将这些数据传送到SUN工作站做进一步分析或显示等其它处理。图4为图3所示的测量系统在SUN工作站上实测的温度动态误差曲线，是和Hart Scientific公司的超级电阻温度测温仪1590的比较结果，超级温度仪器1590在使用标准电阻温度传感器时测温精度高达0.000125℃，完全可以作为温度测量的参考基准。从曲线可以看出采用本专利技术作为激励源的温度测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高恒流源电路性能的方法，其特征在于：在恒流源电路的参考电源和运算放大器之间增设一减法装置，使负载上的电压以零电势作为参考点，以减少恒流源电路对供电电源的依赖性。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：常依斌，汤勇，李小平，束剑平，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]