多量程高精密恆流源的製作方法
2024-03-07 06:04:15 1
本發明創造屬於恆流源領域，尤其是一種多量程高精密恆流源。
背景技術：
目前，恆流源在各種電子測量電路和傳感器電子電路中具有非常廣泛的應用，是LED新能源、新型半導體材料、科學研究中必備的測試單元。多量程高精度恆流源更是廣泛地應用於各種智能儀器和先進檢測技術中。由於多量程高精度恆流源輸出電流範圍廣、精度高，因此，高精度恆流源與一般的恆流源電路相比更容易受到電路中紋波和噪聲的影響，使得其難以提高到0.1納安級的解析度，不能滿足高精度測量的需要。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明創造旨在提出克服現有技術的不足，提供一種設計合理並能使恆流源輸出電流範圍從0.1nA到2A的多量程高精密恆流源。
為達到上述目的，本發明創造的技術方案是這樣實現的：
多量程高精密恆流源，包括機箱、機箱內部的控制電路，在所述機箱的前面板上設有數字電流表，電流調節旋鈕，量程選擇開關，恆流輸出端子，所述控制電路主要包括電源轉換電路、恆流源電路，電源轉換電路與恆流源電路相連接，恆流源電路包括參考電源、複合放大器A1、跟隨放大器A2和浮置電源，該複合放大器A1的反向輸入端與參考電源的正極、電阻R1的一端相連接，複合放大器A1的輸出端與參考電源的負極、電阻R1的另一端及電阻排的一端相連接，複合放大器A1的正向輸入端與跟隨放大器A2的正向輸入端及電阻R2的一端相連接，跟隨放大器A2的反相輸入端與輸出端及浮置電源的浮置地B端相連接，浮置電源的兩個電源輸出端分別與複合放大器A1的電源輸入端相連接，浮置電源的浮置地B端與複合放大器A1的輸入保護屏蔽端相連接，電阻R2的另一端和電阻排另一端共同通過負載與地線相連接，所述的複合放大器A1主要由主放大器、場效應管和斬波放大器組成，主放大器與場效應管連接，主放大器與斬波放大器相連接；所述的電阻排包括量程選擇器K1和若干個子電阻，量程選擇器K1為多路開關，每一路均與一個子電阻連接。
進一步，所述主放大器為精密放大器，所述的斬波放大器使用高輸入阻抗且低輸入失調電壓的斬波放大器。
進一步，所述的場效應管為至少兩個規格相同的場效應管。
進一步，所述的電阻R1、電阻R2和電阻排子電阻採用精密電阻。
進一步，所述的電阻排至少包括6個不同阻值的子電阻。
進一步，所述的數字電流表為四位半數字顯示電流表。
進一步，所述的電流調節按鈕包括粗調、細調兩個電流調節旋鈕。
進一步，所述的恆流輸出端子至少為兩個。
相對於現有技術，本發明創造所述的多量程高精密恆流源具有以下優勢：
本發明創造將高精度複合放大器、跟隨放大器及浮置電源有機地連接在一起，從而最大程度上減小環境溫度、溼度、電壓波動及器件自身漂移等產生的誤差，滿足了高精密恆流源電路的解析度(解析度達到0.1納安級)的要求，提高了檢測電路的抗幹擾能力和電路的性價比，同時，高精度複合放大器採用主放大器、一對FET場效應管和斬波放大器組成，具有成本低、性能穩定等特點，可廣泛地應用在需要精密測量的各個領域中。
附圖說明
構成本發明創造的一部分的附圖用來提供對本發明創造的進一步理解，本發明創造的示意性實施例及其說明用於解釋本發明創造，並不構成對本發明創造的不當限定。在附圖中：
圖1為本發明創造實施例所述的結構示意圖；
圖2為本發明創造實施例所述的電路原理圖。
具體實施方式
下面結合實施例進一步描述本發明，但它們不是對本發明任何的限制，除非另外說明，本文中所用的術語均具有本領域技術人員常規理解的含義，實施例中所用的器件、材料等如無特殊說明，為市售產品，即均可從商業途徑得到。
下面結合實施例及附圖來詳細說明本發明創造。
多量程高精密恆流源，如圖1、2所示，包括機箱、機箱內部的控制電路，在機箱前面板上有數字電流表，兩個精密電流調節旋鈕，一組量程選擇開關，兩個恆流輸出端子；控制電路包括電源轉換電路、恆流源電路，電源轉換電路與恆流源電路相連接，恆流源電路包括參考電源Vref、複合放大器A1、跟隨放大器A2、浮置電源和電阻R1、電阻R2、電阻排R3-R8，為了保證恆流源電路的精度，所述的電阻R1、R2均選用穩定性非常好的精密線繞電阻該恆流源電路的連接關係為：複合放大器A1的反相輸入端與參考電源Vref的正極、電阻R1的一端相連接，複合放大器A1的輸出端與參考電源Vref的負極、電阻R1的另一端及電阻排的一端相連接，複合放大器A1的正向輸入端與跟隨放大器A2的正向輸入端及精密線繞電阻R2的一端相連接，跟隨放大器A2的反相輸入端與跟隨放大器A2的輸出端及浮置電源的的浮置地B端相連接，浮置電源的兩個電源輸出端+B、-B分別與複合放大器A1的電源輸入端相連接，浮置電源的的浮置地B端與複合放大器A1的輸入保護屏蔽端B相連接，精密線繞電阻R2的另一端和電阻排一側電阻R3的另一端共同通過負載與地線相連接。
本發明創造的電路原理為：浮置電源和跟隨放大器A2為複合放大器A1供電，複合放大器A1作為理想放大器，當參考電源Vref與電阻R1組成分迴路時，其電流為IR1＝Vref/R1，由於電阻R2上沒有電流流過(放大器的輸入阻抗為無窮大)，因此VR3＝Vref，流過負載的電流IZ＝VR3/R3＝Vref/R3，源電流全部流過負載，該電流的大小隻取決於Vref和R3，並不受負載大小的影響。
本發明創造的複合放大器A1主要由主放大器、一對場效應管和斬波放大器組成，主放大器為精密放大器，在主放大器的輸入端連接一對性能完全相同的FET場效應管)，它們的柵極作為主放大器的輸入端，這樣就極大的改善了主放大器的輸入阻抗，其值為1012Ω。同時使用斬波放大器配合主放大器來進行穩定的輸出，斬波放大器作為一種高精度斬波放大器，其輸入阻抗為1012Ω，而且它的輸入失調電壓非常低(1μV左右)，這樣的設計充分利用了斬波放大器的低失調電壓，高穩定的特點。同時，由於斬波放大器的失調電壓非常小(1μV左右)，通過斬波放大器的調節作用，使得主放大器的失調得以調整，其數值同為1μV左右，即複合放大器A1的失調電壓也為1μV左右，工作時穩定性提升。
為了防止斬波放大器引腳間微弱洩漏造成對恆流源電路的影響，通過穩壓管、三極體及電阻組成的浮置電源為複合放大器供電，該浮置電源的電源輸出端+B，-B連接在主放大器、斬波放大器的電源輸入端為其供電，跟隨放大器A2的參考點來自複合放大器的場效應管的輸入端，跟隨放大器A2的反相輸入端和跟隨放大器A2的輸出端相連接，浮置電源的的浮置地與斬波放大器的輸入保護屏蔽端B相連接，這樣使得斬波放大器的輸入端與保護屏蔽端是同電位，進一步避免了電流的正反向洩漏，以保證流過負載的電流不受其他因素的影響。
需要強調的是，本發明創造所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發明創造並不限於具體實施方式中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本發明創造的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬於本發明創造保護的範圍。