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基于TL431的高精度0起调线性恒流仪的设计

来源:-- 作者:-- 浏览:1279

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摘要:集成基准电压、恒流源由于性能优良、价格低廉,因而得到了广泛的应用。采用TI431、LM385基准电压源以及LM334恒流源可设计制作一个低成本、高精度、从0起调的线性恒流仪,线路见附图。   如图所知,TI431是并联型三端精密可调基准电压源,最大输入电压为37V,工作电流从1~100mA,内置一个稳定度、精度极高的,温漂极小的2.5V基准电压,通过改变两个偏置电阻,可使输出的电压范围从2.5~3

  集成基准电压、恒流源由于性能优良、价格低廉,因而得到了广泛的应用。采用TI431、LM385基准电压源以及LM334恒流源可设计制作一个低成本、高精度、从0起调的线性恒流仪,线路见附图。

  如图所知,TI431是并联型三端精密可调基准电压源,最大输入电压为37V,工作电流从1~100mA,内置一个稳定度、精度极高的,温漂极小的2.5V基准电压,通过改变两个偏置电阻,可使输出的电压范围从2.5~36V。

  LM385则是微功耗二端基准电压源。工作电流从101μA~20mA。输出电压为2.5V。有非常低的动态电阻、低噪声和对时间及温度都非常稳定的优良特性。

  LM334是一种三端可调的恒流源(亦称电流源或稳流源)。其工作电压从1~40V,只需一个电阻就可调节输出1μA~10mA的恒定电流,由于其输出的电流与热力学绝对温度T(K)成正比,因此,也常用来测量温度,且不受测温距离的影响。

  由于LM385-2.5和LM334集成基准元件的稳定工作电流可低至10μA,因而使本恒流仪最小档的输出范围可低至0~200μA。

  一、特点和原理
1.由TI431、LM385以及电阻R3、R4和电位器RP构成一个极低电压精密可调电压发生器。

  调节电位器RP就可在E点获得一个稳定的电压变化范围,以满足各挡恒流输出在取样电阻RS1~RS7上对电压的需要。由于其工作电流由LM334可调恒流源提供一个稳定度很高的恒流电流。

  因而,大大提高了电压发生器的稳定度和精度,使输出的恒流电流更加稳定。2.如果由于某种原因使输出的电流增加,则在取样电阻上的压降将增加。由于精密电压发生器的电压不变,将使TI431的①一②端的电压增加,并大于TI431的内置基准电压,于是流过TI431的电流将迅速增加,因而使电阻R1的压降增加,迫使功率场效应管VTI的栅极G的电位下降,从而使输出电流下降,反之亦反。最后使输出电流恢复到设定的恒流值,达到恒定电流的目的。3.该恒流仪0输出的实现并不需要另外的分流辅助电源。当LM334的工作电流在最小恒流输出挡取样电阻RSl上产生的压降等于电压发生器的最小电压时,输出的恒流自然就等于0,而且非常正确。4.取样电阻确定后,流过取样电阻的输出恒流仅和E点的电压VE成正比。而VE电压又和电位器RP的阻值成正比,因此,输出的恒流电流在整个量程内与电位器RP的阻值呈线性变化的关系。而通常称之为线性稳压、稳流的电源是指其调整的元件工作在模拟而非开关的状态下,输出的稳压或稳流与调节电位器的阻值并非成线性的关系。5.由于电位器RP的阻值从0调到最大时,E点的电压也从VEMIn调到VEmax,因而各挡的输出恒流也从各挡的最小恒流调到该挡的最大恒流。

  除了第一挡的最小输出恒流为0外,其余各挡的最小恒流都不为0,并不像万用表各挡的电压、电流都是从0开始测量的。因而使得各挡的输出恒流是分段的、相互又是上下衔接的,加之调节电位器RP采用多圈精密线绕电位器,使得各挡恒流的调节非常的细腻和平滑。6.由于E点的电压VEmin~VEmax仅为0.142V~0.736V左右,都非常小,因此,取样电阻上的功耗也非常小。

  当最大输出恒流为2.5A时,其取样电阻RS7上的功率仅为1.86W。7.由于LM334的工作电流仅为491μA,LM385的工作电流仅为221μA,因此,两个基准元件在工作时的温升极小,因温度变化而引起的恒流输出变化也极小。8.K为优质大号陶瓷波段开关,将0~2500mA的全量程恒流电流分为七挡逐段输出。

二、主要指标
恒流输出的范围为0~2500mA,共分七挡,见附表。

  除第一挡外,其余各挡输出的最大恒流和最小恒流之比均为5。另外,为方便安装,减少对精密电阻选择的要求,设计时将各挡量程的最大和最小恒流比均进行了扩展,以确保各挡的输出能覆盖该挡的量程。

  三、主要应用
该恒流仪不仅线路简单、成本低廉,制作容易,是一个从0起调的高精度线性恒流仪,同时也是一个功耗很低的有源恒流型电子负载测试仪和耐压测试仪,用它还可作其他多种的用途和测试。

  1.耐压(或电压)测试仪。VT1选用2SKl414高耐压、大功率场效应三极管,其主要参数是:耐压1500V、最大开启电压3.5V、动态电阻2.5Ω、最大电流6A、最大功率为200W。可测试达数千伏耐压(或电压)的电子元器件。主要可用于以下多种元器件的测试:

  1)电子元件的电压测试(包括:各种反向耐压、工作电压和正向压降等)。根据待测电子元件的类型和测试原理,选择好外接VCC直流(稳压)电源的电压范围,然后将元件的引脚分清正负极接到A、B测试端上,调节RP使流过测试元件的恒流电流自小到大地达到手册规定的测试电流时,从电压表上读得的电压就是该元件的各种耐压(电压)。此类测试的电子元件包括各种三极管、二极管、可控硅、稳压管、各种电容(电解电容)、压敏电阻、发光二极管、双向触发二极管、场效应管等元件耐压的测试,也可测试元件的正向压降(如发光二极管在工作电流下的工作电压),以及大阻值电阻(阻值=电压/电流)等。当需要精确地测量元件的电压(如稳压管的稳压值)时,可将电压表的正表笔移到A测试端。2)三极管漏电流的测试。因三极管的各种漏电流测试一般是在额定的电压下进行的。因此,调节电位器RP,当电压表的读数达到规定的电压时,从电流表上读得的电流即为该元件的漏电流。3)继电器的吸合和释放电压、电流的测试。调节RP使输出的恒流电流逐步增加,当继电器刚吸合时的电压、电流即为继电器的吸合电压、电流。吸合后,调节RP再自大而小地减小输出的恒流电流,当继电器刚释放时读得的电压、电流即为释放电压、电流。

  正常情况下,释放电压为吸合电压的10%~50%左右。用同样的方法,还可测量氖管、辉光数码管的起辉、熄灭电压等。

  还可用以上的测量原理测量其他电子元件的各种电压和电流。

  2.有源恒流型电子负载。当将A、B测试端短接,电压表的负极接地时,恒流仪便成为有源恒流型电子负载测试仪。在Vcc和接地端子上外接待测的电子设备,调节RP使电流表的电流达到需要的数值,记下此时电压表上显示的电压。依次类推,继续测试下一个电流和电压,便可计算出该设备在一定工作电压、电流范围内性能的变化。具体应用有:

  稳压电源稳压性能的测试。制作好的稳压电源需要测试其稳压、保护性能(限流保护、减流保护)等等。首先按上述测试方法测出不同输出电流下的电压,了解稳压性能的好坏。其次,调节RP,当电流达到保护值时,稳压电源应正确动作,否则应对稳压电源的保护电阻进行调整,直到符合要求时为止。

  3.可作为充放电器对镍氢、镍镉、锂离子电池进行恒流充放电。在充电时将待充的充电电池(单节或多节)分清正负极接在A、B端子上,Vec选合适的电压,调节RP使输出的恒流电流自小而大地调到需要的充电电流即可为电池进行恒流充电。当电压表的读数达到充电截止电压或充电达到一定的时间后,可将充电电流降下来(例如:50mA)继续对电池进行一段时间的浮充。

  因取样电阻上的压降很小,而场效应管又可工作在很低的VGS下,因而可对充电电池进行恒流放电。将恒流仪接成电子负载测试仪。电池接在Vcc和地之间,调节RP使电流达到需要的放电电流进行恒流放电。当电压表上的读数达到终止放电电压时,放电结束。

型号 厂商 价格
EPCOS 爱普科斯 /
STM32F103RCT6 ST ¥461.23
STM32F103C8T6 ST ¥84
STM32F103VET6 ST ¥426.57
STM32F103RET6 ST ¥780.82
STM8S003F3P6 ST ¥10.62
STM32F103VCT6 ST ¥275.84
STM32F103CBT6 ST ¥130.66
STM32F030C8T6 ST ¥18.11
N76E003AT20 NUVOTON ¥9.67
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