專利名稱：新型多路精密直流恒流源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及直流恒流源設備，尤其是一種新型多路精密直流恒流源。
背景技術：
目前，直流恒流源設備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、信號檢測和功率放大等場合中不可替代的單元，尤其是在某些智能儀器儀表和先進檢測技術中對直流恒流源設備的精度要求越來越高。由于高精度恒流源設備輸出的電流小、精度高，因此，高精度恒流源設備與一般的直流恒流源電路相比，其中的基準源及放大電路更容易受到電路中紋波和噪聲的影響，導致輸出的電流難以提高到0. 1納安級的分辨率，不能滿足高精度測量的需要。另外，現(xiàn)有的精密直流恒流源設備通常為只具有一路電流輸出功能，給使用帶來不便，同時也帶來設備成本的提高。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種能夠達到0. 1納安級分辨率且成本低廉、使用方便的新型多路精密直流恒流源。本實用新型解決其技術問題是采取以下技術方案實現(xiàn)的一種新型多路精密直流恒流源，包括機殼及其內部的控制電路，在機殼上設有N 路電流表表頭、N路電流微調旋鈕、N路恒流輸出接口及交流電插孔并與控制電路相連接， 該控制電路包括電源轉換電路和N路恒流源電路，該電源轉換電路將交流電轉換為直流電 N路恒流源電路供電，每路恒流源電路均由精密基準源電路、放大電路和電流表表頭連接構成并輸出直流恒流。而且，所述的精密基準源電路由精密基準電壓源芯片LM399、基準電源輸入電路和基準電源輸出電路連接構成，基準電源輸入電路和基準電源輸出電路均由運算放大器及晶體管連接構成。而且，所述的放大電路由復合放大器Al、跟隨放大器A2和浮置電源連接構成，該復合放大器Al的反相輸入端與精密基準源的正極、電阻Rl的一端相連接，復合放大器Al 的輸出端與精密基準源的負極、電阻Rl的另一端及電阻R3的一端相連接，復合放大器Al 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復合放大器Al的電源輸入端相連接，浮置電源的浮置地B端與復合放大器Al的輸入保護屏蔽端相連接，電阻R2的另一端和電阻R3的另一端連接電流表表頭和恒流輸出接口。而且，所述的復合放大器Al由主放大器、一對場效應管和斬波放大器連接構成， 在主放大器的輸入端連接一對性能完全一樣的場效應管，主放大器與斬波放大器相連接， 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。而且，所述的復合放大器由主放大器和斬波放大器連接構成，所述的主放大器采
3用內部集成一對FET場效應管的靜電計級精密運算放大器，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。而且，所述的電阻R1、電阻R2和電阻R3使用精密線繞電阻。而且，在機殼上還設有用于校準電流表表頭的電流表校準鈕。而且，所述的電流表表頭為四位半數(shù)字顯示電流表。而且，所述的恒流輸出接口采用的航空插頭。而且，所述的N路為2 16路。本實用新型的優(yōu)點和積極效果是1、本實用新型采用多路恒流源電路能夠實現(xiàn)多路高精度恒流輸出的功能，每路恒流源電路均采用精密基準電壓源芯片LM399為主的高精密基準源電路和高精度放大電路， 一方面高精密基準源電路提供高精度的參考電源，另一方面高精度放大電路將高精度復合放大器、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(huán)境溫度、濕度、 電壓波動及器件自身漂移等產(chǎn)生的誤差，滿足了高精密直流恒流源電路的設計分辨率(分辨率達到0.1納安級)的要求。2、本實用新型同時具有多路高精度恒流輸出的功能，每路恒流源相互獨立工作， 可同時滿足為多個設備提供恒流源的需要，方便了用戶的使用，提高了設備的性價比，可廣泛地應用在需要精密測量的各個領域中。

圖1是本實用新型的機殼前面板示意圖；圖2是本實用新型的機殼后面板示意圖；圖3是本實用新型的控制電路方框圖； 圖4是第一路恒流源電路圖；圖5是精密基準源電路圖；圖6是一種放大電路的電路圖；圖7是另一種放大電路的電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型實施例做進一步詳述一種新型多路精密直流恒流源，包括機殼及其內部的控制電路。本實用新型以六路精密直流恒流源為例進行說明，如圖1所示，在機殼的前面板1上設有六路電流表表頭2 和六路電流微調旋鈕3，電流表表頭為四位半數(shù)字顯示電流表，分別顯示六路恒流輸出電流值，其顯示范圍為0. OOOOuA到1. 9999uA，六路電流微調旋鈕可以對六路恒流輸出值進行調整。如圖2所示，在機殼的后面板4上設有六路電流表校準鈕5、六路恒流輸出接口 6及交流電插孔7等，電流表校準鈕平時不用，只有在對電流表表頭進行校準時才使用，六路恒流輸出接口采用航空插座分別用于六路恒流輸出。電流表表頭、電流微調旋鈕、電流表校準鈕、恒流輸出接口以及交流電插孔與機殼內部的控制電路相連接。如圖3所示，機殼內的控制電路包括電源轉換電路和恒流源電路，電源轉換電路的輸入端與機殼后面板上的交流電插孔相連接，該電源轉換電路的輸出端分別與各路恒流源電路相連接，各路恒流源電路的輸出端分別連接到機殼后面板上的恒流輸出接口輸出并可在機殼前面板上的電流表表頭進行顯示。各路恒流源電路的構成完全相同，可以分別獨立工作?，F(xiàn)以第一路恒流源電路為例進行說明，如圖4所示，該恒流源電路包括精密基準源電路、放大電路和電流表表頭，該精密基準源電路主要由精密基準電壓源芯片LM399構成為放大電路輸出電壓Vref，該放大電路由復合放大器Al、跟隨放大器A2、浮置電源和電阻 RU R2、R3連接構成，為了保證直流恒流源電路的精度，所述的電阻Rl、R2、R3選用穩(wěn)定性非常好的精密線繞電阻，其溫度系數(shù)優(yōu)于2PPM/度。該放大電路的連接關系為復合放大器 Al的反相輸入端與精密基準源的正極、精密線繞電阻Rl的一端相連接，復合放大器Al的輸出端與精密基準源的負極、精密線繞電阻Rl的另一端及精密線繞電阻R3的一端相連接，復合放大器Al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分別與復合放大器Al的電源輸入端相連接，浮置電源的的浮置地B端與復合放大器Al的輸入保護屏蔽端B相連接，精密線繞電阻R2的另一端和精密線繞電阻R3的另一端另一端連接電流表表頭并輸出直流恒流源。該放大電路的工作原理為浮置電源和跟隨放大器A2為復合放大器Al供電，復合放大器Al作為一理想放大器，當一個精密基準源輸出的電壓Vref加到電阻Rl上時，其電流為Iki = Vref/Rl, 由于電阻R2上沒有電流流過(放大器的輸入阻抗為無窮大)，因此Vk3 = Vref，流過負載的電流Iz = VE3/R3 = Vref/R3,這個電流全部流過負載，該電流的大小只取決于Vref和R3， 并不受負載大小的影響。下面對電路中的各部分分別進行說明。如圖5所示，精密基準源電路由精密基準電壓源芯片、基準電源輸入電路和基準電源輸出電路連接構成。精密基準電壓源芯片采用的是LM399芯片(圖中標識為N5)，該 LM399芯片的基準電壓由隱埋齊納管提供，由于該新型穩(wěn)壓管是采用次表面隱埋技術制成的，具有溫度漂移小、噪聲電壓低、動態(tài)電阻低、壽命長等優(yōu)良特性，當恒溫電路能把芯片溫度自動調節(jié)到90°C，只要環(huán)境溫度不超過90°C，就能消除溫度變化對基準電壓的影響，因此，LM399芯片的電壓溫度系數(shù)才降低到1PPM/°C (最大值)，這是其它基準電壓源很難達到的指標?；鶞孰娫摧斎腚娐分饕蛇\算放大器N6和晶體管V7連接構成為精密基準電壓源芯片N5提供恒流供電，并進一步確保N5的穩(wěn)定性；基準電源輸出電路主要由運算放大器 N7和晶體管V8連接構成，最后由精密電阻R27和W2產(chǎn)生一個0. 1伏的精密參考電壓Vref， 并為下一步電壓電流變換電路做好準備。放大電路有兩種實施例，第一實施例，如圖6所示，在該放大電路中，復合放大器由主放大器N2、一對場效應管(V5、V6)和斬波放大器N3共同組成一高增益復合放大器，主放大器N2為精密放大器，在主放大器N2的輸入端連接一對性能完全一樣的FET場效應管 (V5、V6)，它們的柵極作為主放大器N2的輸入端，這樣就極大的改善了主放大器N2的輸入阻抗，其值為IO12歐姆。同時使用斬波放大器N3配合主放大器N2來進行穩(wěn)定的輸出，斬波放大器N3作為一種高精度斬波放大器，其輸入阻抗為IO12歐姆，而且它的輸入失調電壓非常低只有1微伏，這樣的設計充分利用了 N3的低失調電壓，高穩(wěn)定的特點，組合成一個線性好、穩(wěn)定性好、失調電壓又非常小的近于理想的放大器。也就是說，由于N3的失調電壓非常小，在1微伏左右，通過它的調節(jié)作用，使得N2的失調得以調整，其數(shù)值也為1微伏左右，即整個放大器的失調電壓也為1微伏左右，整個放大器的失調電壓越是小，那么在工作時才可以越加穩(wěn)定。為了防止斬波放大器N3引腳間微弱泄漏造成對直流恒流源電路的影響，通過穩(wěn)壓管V1、V2及三極管￥3、￥4及電阻附、1 2、1 3、1 4、1 5組成的浮置電源為復合放大器供電， 該浮置電源的電源輸出端+B，-B連接在放大器N2、N3的電源輸入端為其供電，跟隨放大器 Nl (放大器m的正輸入)的參考點來自復合放大器的場效應管的輸入端H，該跟隨放大器 Nl的反相輸入端和跟隨放大器m的輸出端相連接，浮置電源的的浮置地與斬波放大器N3 的輸入保護屏蔽端B相連接，這樣使得斬波放大器N3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泄漏，以保證流過負載的電流不受其他因素的影響。圖6中的電阻R15、R16、R17對應于圖4中的電阻R1、R3、R2，同樣選用穩(wěn)定性非常好的精密線繞電阻，其溫度系數(shù)優(yōu)于2PPM/度，這樣便能夠保證放大器非常穩(wěn)定輸出。放大電路的第二實施例，如圖7所示，該放大電路與第一實施例的不同之處在于復合放大器構成不同，其他部分完全相同，現(xiàn)只對復合放大器部分進行說明，其他不再詳述。本實施例中的復合放大器由主放大器N2和斬波放大器N3共同組成，主放大器N2采用靜電計級精密運算放大器，其內部集成一對FET場效應管輸入阻抗高達IO13歐姆，其輸入基流為75fA，遠遠小于InA，開環(huán)增益IlOdB,共模抑制比90dB，由于主放大器N2的輸入失調電壓500uV/°C，還需斬波放大器N3配合主放大器N2來進行穩(wěn)定的輸出，斬波放大器N3作為一種高精度斬波放大器，其輸入阻抗也很高IO12歐姆，而且它的輸入失調電壓非常低只有1微伏，利用了 N3的低失調電壓，高穩(wěn)定的特點，組合成一個線性好、穩(wěn)定性好、失調電壓又非常小的近于理想的放大器。需要強調的是，本實用新型所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本實用新型并不限于具體實施方式
中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據(jù)本實用新型的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬于本實用新型保護的范圍。
權利要求1.一種新型多路精密直流恒流源，包括機殼及其內部的控制電路，其特征在于在機殼上設有N路電流表表頭、N路電流微調旋鈕、N路恒流輸出接口及交流電插孔并與控制電路相連接，該控制電路包括電源轉換電路和N路恒流源電路，該電源轉換電路將交流電轉換為直流電N路恒流源電路供電，每路恒流源電路均由精密基準源電路、放大電路和電流表表頭連接構成并輸出直流恒流。
2.根據(jù)權利要求1所述的新型多路精密直流恒流源，其特征在于所述的精密基準源電路由精密基準電壓源芯片LM399、基準電源輸入電路和基準電源輸出電路連接構成，基準電源輸入電路和基準電源輸出電路均由運算放大器及晶體管連接構成。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的新型多路精密直流恒流源，其特征在于所述的放大電路由復合放大器Al、跟隨放大器A2和浮置電源連接構成，該復合放大器Al的反相輸入端與精密基準源的正極、電阻Rl的一端相連接，復合放大器Al的輸出端與精密基準源的負極、 電阻Rl的另一端及電阻R3的一端相連接，復合放大器Al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復合放大器Al的電源輸入端相連接，浮置電源的浮置地B端與復合放大器Al的輸入保護屏蔽端相連接，電阻R2的另一端和電阻R3的另一端連接電流表表頭和恒流輸出接口。
4.根據(jù)權利要求3所述的新型多路精密直流恒流源，其特征在于所述的復合放大器 Al由主放大器、一對場效應管和斬波放大器連接構成，在主放大器的輸入端連接一對性能完全一樣的場效應管，主放大器與斬波放大器相連接，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。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種微安級精密直流恒流源電路，其特征在于所述的復合放大器由主放大器和斬波放大器連接構成，所述的主放大器采用內部集成一對FET場效應管的靜電計級精密運算放大器，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。
6.根據(jù)權利要求3所述的新型多路精密直流恒流源，其特征在于所述的電阻R1、電阻 R2和電阻R3使用精密線繞電阻。
7.根據(jù)權利要求1所述的新型多路精密直流恒流源，其特征在于在機殼上還設有用于校準電流表表頭的電流表校準鈕。
8.根據(jù)權利要求1所述的新型多路精密直流恒流源，其特征在于所述的電流表表頭為四位半數(shù)字顯示電流表。
9.根據(jù)權利要求1所述的新型多路精密直流恒流源，其特征在于所述的恒流輸出接口采用的航空插頭。
10.根據(jù)權利要求1所述的新型多路精密直流恒流源，其特征在于所述的N路為2 16路。
專利摘要本實用新型涉及一種新型多路精密直流恒流源，包括機殼及其內部的控制電路，在機殼上設有N路電流表表頭、N路電流微調旋鈕、N路恒流輸出接口及交流電插孔并與控制電路相連接，該控制電路包括電源轉換電路和N路恒流源電路，該電源轉換電路將交流電轉換為直流電N路恒流源電路供電，每路恒流源電路均由精密基準源電路、放大電路和電流表表頭連接構成并輸出直流恒流。本實用新型能夠實現(xiàn)多路高精度恒流輸出的功能，每路恒流源相互獨立工作，可同時滿足為多個設備提供恒流源的需要，方便了用戶的使用，提高了設備的性價比，同時達到了高精密直流恒流源電路的設計分辨率(分辨率達到0.1納安級)的要求，可廣泛地應用在需要精密測量的各個領域中。
文檔編號G05F1/56GK202018615SQ20112006198
公開日2011年10月26日 申請日期2011年3月11日 優(yōu)先權日2011年3月11日
發(fā)明者蘇丹 申請人:天津市盛丹電子技術發(fā)展有限公司