一種高精度直流恆流源的製作方法
2023-10-18 06:10:24 1
專利名稱：一種高精度直流恆流源的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高精度直流恆流源，屬於空間測量技術領域。
背景技術：
在空間探測技術中，弱信號常常被其它信號所掩蓋，需要高精度、高可靠的採集系統對其進行測量，特別是需要精度和穩定度相對較高的電源提供電壓信號，以消除電壓波動對微小變化量的測量引起的誤差。恆流源是解決這一問題的有效方法之一，但傳統的精密恆流源是由電晶體構成的，雖然電路設計簡單、精度高，但這種恆流源的電源電壓的變化會影響輸出電流大小，且負載的變化對恆流源的影響也比較大，一定程度上影響了其應用範圍。因此，為了能夠提供高精度、溫漂小的恆定電流，實現弱信號、微小變化量的測量，需要提供一種精密恆流源，所述恆流源要儘可能地消除電源電壓和負載變化對電流的影響。·
發明內容
針對空間技術中弱信號的測量問題，本發明提供了一種高精度直流恆流源，所述直流恆流源能為負載提供小電流、高精度的恆定直流電流，對空間粒子在空間中產生的弱信號提供恆流激勵，實現弱信號測量。本發明的目的是通過以下技術方案實現的。一種高精度直流恆流源，所述直流恆流源包括電源電路、調整電路、取樣電路、誤差放大及反饋電路、基準電壓uc，以及與所述直流恆流源連接的負載電阻R ;其中電源電路包括變壓器、二極體D1、二極體D2、三端穩壓電源晶片1C、電容Cl、電容C2 ;調整電路包括三極體Q1、三極體Q2、電阻R1、電容C3 ;誤差放大及反饋電路包括運算放大器UIA、UIB,電阻R3 ;取樣電路包括電阻R2、取樣電阻Rs ；所述直流恆流源各部分的連接關係如下變壓器一端接輸入電壓，另一端分別連接二極體Dl、D2的陽極；二極體Dl、D2的陰極並連後，與三端穩壓電源晶片IC的輸入端連接；三端穩壓電源晶片IC的地線接地，三端穩壓電源晶片IC的輸出端分別與三極體Q2的集電極和三極體Ql的集電極連接；三極體Ql的發射極和三極體Q2的基極連接，在三端穩壓電源晶片IC的輸出端和地線之間並連電容Cl和電容C2 ；取樣電阻Rs的一端與電阻R2的一端連接，電阻R2的另一端與運算放大器ΠΒ的同相端連接，運算放大器ΠΒ的反相端與電阻R3的一端連接，電阻R3的另一端與運算放大器ΠΒ的輸出端連接後，與運算放大器ΠΑ的反相端連接，運算放大器ΠΑ的同相端與基準電壓Uc的輸出端連接，運算放大器ΠΑ的輸出端與電阻Rl的一端連接，電阻Rl的另一端與三極體Ql的基極連接後，與電容C3的一端連接，電容C3的另一端、基準電壓U。的輸入端和取樣電阻Rs的另一端接地；負載電阻R的一端與三極體Q2的發射極連接，負載電阻R的另一端分別與電阻R2和取樣電阻Rs連接。
其中，電源電路的作用為，實現對輸入電壓的穩壓、整流和濾波，得到恆定電壓；調整電路的作用為，對恆流源輸出電流進行反饋和調整，得到恆定電流；取樣電路的作用為，通過取樣電阻Rs產生壓降；誤差放大及反饋電路的作用為，在運算放大器ΠΑ、ΠΒ和電阻R3之間將取樣電阻Rs產生的壓降與基準電壓U。進行反饋比較，得到電壓差；基準電壓的作用為，產生恆定的基準電壓，與取樣電阻產生的壓降進行比較，同時降低電壓噪聲；所述直流恆流源的工作過程如下 輸入的電壓經變壓器降壓後，通過二極體Dl、D2整流，然後經過三端穩壓電源晶片IC和電容Cl、電容C2進行穩壓後，得到穩定的直流電壓；取樣電阻Rs得到的電流經過電阻R2後產生壓降，輸入到運算放大器ΠΒ的同相端；運算放大器ΠΒ的反相端通過電阻R3進行閉環反饋後，將取樣電阻Rs上產生的壓降輸入到運算放大器UIA的反相端；將取樣電阻Rs上產生的壓降與基準電壓進行比較，得到電壓差，所述電壓差經過電阻R1，在三極體Ql第一級的基極產生基極電流，經過三極體Ql第二級的放大後，在負載電阻R上得到恆定的電流，即輸出電流。優選所述基準電壓包括78L15型基準電壓晶片UC、精密電阻Re、電容C4 ;其中電容C4的一端與基準電壓晶片的3腳連接，為基準電壓輸出端；電容C4的另一端與基準電壓晶片的4腳連接，基準電壓晶片的3腳通過精密電阻Re接+15V電壓。有益效果I.本發明提供了一種高精度直流恆流源中，由於一個運算放大器不能滿足反饋的增益要求，所述直流恆流源中的誤差放大及反饋電路同時使用兩個運算放大器，構成閉環反饋，可提高輸入阻抗；具體來說，取樣電路在取樣電阻Rs上產生壓降，通過接成閉環的第一級同相運算放大器ΠΒ，到第二級反相運算放大器UIA與基準電壓進行比較產生一個差壓AU，經過一個電阻R1，在三極體第一級基極形成一個基極電流，再經過第二級發射極放大對恆流源輸出電流進行控制，在負載電阻R上產生高精度的直流恆定電流，為進一步實現空間弱信號探測提供了一種恆流源設計方式。2.本發明提供了一種高精度直流恆流源，所述直流恆流源中的基準電壓通過使用溫度係數較低的基準電壓晶片，並在其兩端並聯一個電容，再通過精密電阻設計成分壓電路，以獲取恆定的基準電壓。由於並聯了電容，可使噪聲電壓顯著降低。3.在所述高精度直流恆流源中，取樣電阻Rs採用錳銅絲線繞電阻，該電阻溫度係數小，可達到10_6/°c。所述取樣電阻穩定性好，同時要求其與外界的接觸面積較大，即使通過大電流也能很快的散熱，可進一步減小溫度漂移帶來的影響。
圖I為本發明所述的高精度直流恆流源的電路圖。圖2為所述基準電壓的電路圖。圖3為實施例所述的輻射敏感場效應電晶體(RadFET)讀取數據時偏置狀態示意圖。
具體實施例方式下面通過實施例，對本發明進一步說明。實施例如圖I所示的高精度直流恆流源，所述直流恆流源包括電源電路、調整電路、取樣電路、誤差放大及反饋電路、基準電壓U。，以及與所述直流恆流源連接的負載電阻R ;其中電源電路包括變壓器、二極體D1、二極體D2、三端穩壓電源晶片1C、電容Cl、電容C2 ;調整電路包括三極體Q1、三極體Q2、電阻R1、電容C3 ;誤差放大及反饋電路包括運算放大器ΠΑ、ΠΒ、電阻R3 ;取樣電路包括電阻R2、取樣電阻Rs ；其中，二極體Dl、D2的型號為5401，三極體Ql、Q2的型號為2Ν3906，三端穩壓電源晶片IC的型號為78L15，運算放大器的型號為0Ρ07，電容Cl=4700 μ F、C2=C3=0. I μ F、C4=100 μ F、電阻Rl=200 Ω、R2=910 Ω、R3=910 Ω ;取樣電阻Rs採用錳銅絲線繞電阻，阻值為100 Ω。·所述直流恆流源各部分的連接關係如下變壓器一端接輸入電壓，另一端分別連接二極體Dl、D2的陽極；二極體Dl、D2的陰極並連後，與三端穩壓電源晶片IC的輸入端連接；三端穩壓電源晶片IC的地線接地，三端穩壓電源晶片IC的輸出端分別與三極體Q2的集電極和三極體Ql的集電極連接；三極體Ql的發射極和三極體Q2的基極連接，在三端穩壓電源晶片IC的輸出端和地線之間並連電容Cl和電容C2 ；取樣電阻Rs的一端與電阻R2的一端連接，電阻R2的另一端與運算放大器ΠΒ的同相端連接，運算放大器ΠΒ的反相端與電阻R3的一端連接，電阻R3的另一端與運算放大器ΠΒ的輸出端連接後，與運算放大器ΠΑ的反相端連接，運算放大器ΠΑ的同相端與基準電壓Uc的輸出端連接，運算放大器ΠΑ的輸出端與電阻Rl的一端連接，電阻Rl的另一端與三極體Ql的基極連接後，與電容C3的一端連接，電容C3的另一端、基準電壓Uc的輸入端和取樣電阻Rs的另一端接地；負載電阻R的一端與三極體Q2的發射極連接，負載電阻R的另一端分別與電阻R2和取樣電阻Rs連接。所述直流恆流源的工作過程如下輸入的電壓經變壓器降壓後，通過二極體Dl、D2整流，然後經過三端穩壓電源晶片IC和電容Cl、電容C2進行穩壓後，得到穩定的直流電壓；取樣電阻Rs得到的電流經過電阻R2後產生壓降，輸入到運算放大器ΠΒ的同相端；運算放大器ΠΒ的反相端通過電阻R3進行閉環反饋後，將取樣電阻Rs上產生的壓降輸入到運算放大器ΠΑ的反相端；將取樣電阻Rs上產生的壓降與基準電壓進行比較，得到電壓差，所述電壓差經過電阻R1，在三極體Ql第一級的基極產生基極電流，經過三極體Ql第二級的放大後，在負載電阻R上得到恆定的電流，即輸出電流。其中，基準電壓包括78L15型基準電壓晶片UC、精密電阻Re、電容C4 ;其中電容C4的一端與基準電壓晶片的3腳連接，為基準電壓輸出端；電容C4的另一端與基準電壓晶片的4腳連接，基準電壓晶片的3腳通過精密電阻Re接+15V電壓，如圖2所示。空間探測中，電源電壓的波動程度將嚴重影響弱信號監測的精確度，需要恆定的電源為其提供穩定的電源信號，以消除電源信號對被測信號的幹擾。以RadFET為例，在輻射劑量探測中，為了能夠消除電源電壓對RadFET閾值電壓的影響，採用本發明所述的高精度直流恆流源給RadFET供電。如圖3所示，其中S、B、G、D分別表示RadFET的源極、襯底、柵極和漏極；變壓器輸入電壓為Vss，所述高精度直流恆流源工作過程如下，步驟一、將RadFET的源極、漏極、襯底和柵極都接地，通過輻射源對RadFET進行輻照，通過與源極連接的數據讀出電路，得到RadFET的輻照前漏源電壓Vdsq ;步驟二、將RadFET的漏極和柵極都接地，將襯底和源極相連後與三極體Q2的發射極連接，將RadFET作為所述高精度直流恆流源的負載電阻R，將在源極提供恆流源的條件下，通過與源極連接的數據讀出電路，得到RadFET的輻照後的漏源電壓Vds，用輻照後的漏源電壓Vds減去輻照前的漏源電壓V·，得到的差值為閾值漂移電壓AVthtl步驟三、通過公式AVth=aXDb，得到閾值電壓和輻射劑量之間的相互關係。其中， a、b為係數，與RadFET的性能有關；D為輻射劑量，可通過實驗測出。由於Λ Vtl^P D均可以通過實驗得到，因此可通過所述高精度直流恆流源，測試RadFET的性能。綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種高精度直流恆流源，其特徵在於所述直流恆流源包括電源電路、調整電路、取樣電路、誤差放大及反饋電路、基準電壓U。，以及與所述直流恆流源連接的負載電阻R ;其中電源電路包括變壓器、二極體D1、二極體D2、三端穩壓電源晶片1C、電容Cl、電容C2 ;調整電路包括三極體Q1、三極體Q2、電阻R1、電容C3 ;誤差放大及反饋電路包括運算放大器ΠΑ、ΠΒ、電阻R3 ;取樣電路包括電阻R2、取樣電阻Rs ； 所述直流恆流源各部分的連接關係如下 變壓器一端接輸入電壓，另一端分別連接二極體D1、D2的陽極；二極體D1、D2的陰極並連後，與三端穩壓電源晶片IC的輸入端連接；三端穩壓電源晶片IC的地線接地，三端穩壓電源晶片IC的輸出端分別與三極體Q2的集電極和三極體Ql的集電極連接；三極體Ql的發射極和三極體Q2的基極連接，在三端穩壓電源晶片IC的輸出端和地線之間並連電容Cl和電容C2 ； 取樣電阻Rs的一端與電阻R2的一端連接，電阻R2的另一端與運算放大器ΠΒ的同相端連接，運算放大器ΠΒ的反相端與電阻R3的一端連接，電阻R3的另一端與運算放大器UIB的輸出端連接後，與運算放大器ΠΑ的反相端連接，運算放大器ΠΑ的同相端與基準電壓隊的輸出端連接，運算放大器UIA的輸出端與電阻Rl的一端連接，電阻Rl的另一端與三極體Ql的基極連接後，與電容C3的一端連接，電容C3的另一端、基準電壓Uc的輸入端和取樣電阻Rs的另一端接地； 負載電阻R的一端與三極體Q2的發射極連接，負載電阻R的另一端分別與電阻R2和取樣電阻Rs連接。
2.根據權利要求I所述的一種高精度直流恆流源，其特徵在於所述基準電壓包括78L15型基準電壓晶片UC、精密電阻Re、電容C4 ;其中電容C4的一端與基準電壓晶片的3腳連接，為基準電壓輸出端；電容C4的另一端與基準電壓晶片的4腳連接，基準電壓晶片的3腳通過精密電阻Re接+15V電壓。
3.根據權利要求2所述的一種高精度直流恆流源，其特徵在於二極體Dl、D2的型號為5401，三極體Ql、Q2的型號為2N3906，三端穩壓電源晶片IC的型號為78L15，運算放大器的型號為 0P07,電容 Cl=4700 μ F、C2=C3=0. I μ F、C4=100 μ F、電阻 Rl=200 Ω、R2=910 Ω、R3=910Q ;取樣電阻Rs採用錳銅絲線繞電阻，阻值為100 Ω。
全文摘要
本發明提供了一種高精度直流恆流源，屬於空間測量技術領域。所述直流恆流源包括電源電路、調整電路、取樣電路、誤差放大及反饋電路、基準電壓UC，以及與所述直流恆流源連接的負載電阻R；其中電源電路包括變壓器、二極體D1、二極體D2、三端穩壓電源晶片IC、電容C1、電容C2；調整電路包括三極體Q1、三極體Q2、電阻R1、電容C3；誤差放大及反饋電路包括運算放大器UIA、UIB、電阻R3；取樣電路包括電阻R2、取樣電阻Rs；所述直流恆流源能為負載提供小電流、高精度的恆定直流電流，對空間粒子在空間中產生的弱信號提供恆流激勵，實現弱信號測量。
文檔編號G05F1/56GK102929320SQ201210472688
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月20日 優先權日2012年11月20日
發明者安恆, 薛玉雄, 楊生勝, 把得東, 曹洲, 馮展祖, 柳青, 石紅 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一〇研究所