電流源電路解析,電流源電路圖介紹
在工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域，電流源電路扮演著舉足輕重的角色。于長(zhǎng)距離傳輸模擬測(cè)量場(chǎng)景下，相較于電壓，電流的應(yīng)用更為普遍。電流傳輸模式具備諸多顯著優(yōu)勢(shì)，其對(duì)過(guò)電壓信號(hào)有著極佳的適應(yīng)性，能有效避免因過(guò)電壓而引發(fā)表的系列問(wèn)題。另外，在面對(duì)長(zhǎng)接線致使電阻增加的情況時(shí)，電流傳輸卻能泰然處之，傳輸效果幾乎不受其影響。更為關(guān)鍵的是，電流源在抗干擾性能上表現(xiàn)出眾，相較于其他信號(hào)傳輸方式，電流信號(hào)受電噪聲以及電磁干擾（EMI）的影響微乎其微，從而確保了信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。
在工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域，電流源電路扮演著舉足輕重的角色。于長(zhǎng)距離傳輸模擬測(cè)量場(chǎng)景下，相較于電壓，電流的應(yīng)用更為普遍。電流傳輸模式具備諸多顯著優(yōu)勢(shì)，其對(duì)過(guò)電壓信號(hào)有著極佳的適應(yīng)性，能有效避免因過(guò)電壓而引發(fā)表的系列問(wèn)題。另外，在面對(duì)長(zhǎng)接線致使電阻增加的情況時(shí)，電流傳輸卻能泰然處之，傳輸效果幾乎不受其影響。更為關(guān)鍵的是，電流源在抗干擾性能上表現(xiàn)出眾，相較于其他信號(hào)傳輸方式，電流信號(hào)受電噪聲以及電磁干擾（EMI）的影響微乎其微，從而確保了信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。
電流源與電壓源的對(duì)比分析
從電路連接方式上看，電壓負(fù)載通常采取并聯(lián)形式，而電流負(fù)載則是串聯(lián)連接。當(dāng)負(fù)載并聯(lián)至電壓源時(shí)，在一般情況下，電流會(huì)相應(yīng)增加，但電壓卻能維持穩(wěn)定，不過(guò)，這一穩(wěn)定狀態(tài)是建立在總電流未超出電源（諸如發(fā)電機(jī)、電池等）所能提供的最大電流范圍之內(nèi)的前提之下。
反觀電流源的典型示例，負(fù)載采用串聯(lián)方式接入。以電路為例，若向其中額外添加發(fā)光二極管（LED），電阻參數(shù)將發(fā)生改變；倘若將電機(jī)替換為短路，雖電壓會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，但電流卻能保持恒定，前提是總負(fù)載電壓未超越電流源可供給的電壓上限。
電流源的設(shè)計(jì)與構(gòu)建
下圖呈現(xiàn)的是一款簡(jiǎn)易的單晶體管電流源電路。在該電路中，由于 NPN 晶體管的基極 - 發(fā)射極之間存在壓降，致使發(fā)射極電壓相較于基極電壓（Vb）大約低 0.7 伏。發(fā)射極電流 Ie 可通過(guò) Ve/R 這一公式進(jìn)行計(jì)算。值得注意的是，無(wú)論集電極上電壓如何變化，集電極電流皆能維持恒定狀態(tài)，其數(shù)值大致等同于 Ie。當(dāng)然，因基極電流相對(duì)微弱，對(duì)整體電流的影響可忽略不計(jì)，僅會(huì)造成約百分之一的降幅。
該電路亦被稱作電流吸收器，這是基于其從電源汲取電流這一工作特性。若想將其轉(zhuǎn)換為源極，操作方式相對(duì)簡(jiǎn)單，只需將 NPN 晶體管替換為 PNP 晶體管，并對(duì)電路進(jìn)行反向連接，將負(fù)輸出端接入公共端即可。
當(dāng) Vb 具備可變性時(shí)，Ie 和 Ic 會(huì)呈現(xiàn)出相應(yīng)的比例變化趨勢(shì)。從圖中還能觀察到兩個(gè)可供選擇的固定電壓源。在電源電壓出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，若采用兩個(gè)電阻器構(gòu)成的電阻器，電流會(huì)隨之發(fā)生變化；而齊納源則憑借自身特性，即便面對(duì)電源電壓變化，依然能夠確保電流的恒定輸出。
電流源電路圖的詳細(xì)解讀
以下為一款輸入范圍在 0-5V、輸出范圍處于 0-5uA 的電流源電路。在該電路設(shè)計(jì)中，第一級(jí)運(yùn)放選用了超低失調(diào)電壓的單電源運(yùn)放 OPA333，而采樣放大環(huán)節(jié)則采用了高精度的單電源儀表放大器 INA326。
在電流源電路中，電流的設(shè)定機(jī)制緊密關(guān)聯(lián)于采樣電阻上被鉗位的電壓。具體而言，流經(jīng)采樣電阻所產(chǎn)生的電壓 Vset 被精準(zhǔn)設(shè)定為 0.1V，經(jīng)儀表放大器放大處理后，輸入至運(yùn)放的負(fù)向輸入端。
依據(jù)運(yùn)放的 “虛短” 原理，運(yùn)放能夠精準(zhǔn)調(diào)控，使得 Vout_ina 與 Vin 保持同電壓狀態(tài)。如此一來(lái)，當(dāng) Vin 發(fā)生變化時(shí)，Rset 上的電壓也會(huì)按照相同比例發(fā)生變化，進(jìn)而促使受控電流實(shí)現(xiàn)同比例的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。
以上內(nèi)容對(duì)電流源進(jìn)行了全方位的剖析，從基本原理到實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用，旨在為工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的專業(yè)人士提供詳實(shí)且專業(yè)的參考信息，助力其在相關(guān)領(lǐng)域的研究與實(shí)踐。
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