0 引言

恒流源在测量领域和工程技术中都有着重要的用途，目前恒流源的设计方法有多种，最常见的是场效应管恒流源和二极管恒流源，但其电流值有限，稳定度较差，并且难以调节，在文献中对此做过一定的论述。本文将介绍一个新型实用的恒流源电路，用于压磁传感器的测量，并详细说明其工作原理。

恒流源的实质是利用器件对电流进行反馈，动态调节设备的供电状态，从而使得电流趋于恒定。只要能够得到电流，就可以有效形成反馈，从而建立恒流源。

能够进行电流反馈的器件，还有电流互感器，或者利用霍尔元件对电流回路上某些器件的磁场进行反馈，也可以利用回路上的发光器件（例如光电耦合器，发光管等）进行反馈。这些方式都能够构成有效的恒流源，而且更适合大电流等特殊场合，不过因为这些实现形式的电路都比较复杂，这里就不一一介绍了。

1 程控恒流源系统的设计

由于温度对集成电路参数的影响不如对晶体管和场效应管的影响显着，本设计尽量采用集成电路取代分立元件。本文提出的恒流源以单片机为核心，结合ADC和DAC转换，实时采集工作电流，并送单片机进行计算处理，然后输出合适大小的电压，使传感器工作在恒流状态。程控恒流源原理图如图1所示。

恒流源电路就是要能够提供一个稳定的电流以保证其它电路稳定工作的基础。即要求恒流源电路输出恒定电流，因此作为输出级的器件应该是具有饱和输出电流的伏安特性。为了保证输出晶体管的电流稳定，就必须要满足两个条件：其输入电压要稳定--输入级需要是恒压源；输出晶体管的输出电阻尽量大--输出级需要是恒流源。

2 程控恒流源电路的设计

程控恒流源由1 MHz有源晶振产生正弦波后经2片串联的74HC390进行1 000分频后得到1 kHz的方波，该方波再由五阶低通滤波芯片MAX-7410转化为正弦波，送往乘法器AD734AQ的X1管脚。传感器的实时工作电流由电流互感器采集转换成电压信号后，由真有效值芯片AD736转化为正弦电压信号的有效值，再由程控D/A转换芯片LTC2606将电压的数字信号传送给AT89S52单片机进行计算处理，处理结果由A/D转换芯片AD7705转换成模拟信号输出到乘法器AD734AQ的Y1管脚。因为输入级需要是恒压源，所以可以采用具有电压饱和伏安特性的器件来作为输入级。一般的pn结二极管就具有这种特性--指数式上升的伏安特性；另外，把增强型MOSFET的源-漏极短接所构成的二极管，也具有类似的伏安特性--抛物线式上升的伏安特性。在IC中采用二极管作为输入级器件时，一般都是利用三极管进行适当连接而成的集成二极管，因为这种二极管既能够适应IC工艺，又具有其特殊的优点。对于这些三极管，要求它具有一定的放大性能，这才能使得其对应的二极管具有较好的恒压性能。

电路中的关键部分是以单片机为核心的ADC和DAC模块，其电路图如图2所示。

其中，LTC2606和AD7705的参考电压输入管脚接AD780电压转换芯片，以提供可靠的参考电压。

3 程控恒流源工作原理

整体电路的工作原理可由式（1）、式（2）说明：

式中：U基 为乘法器X1管脚的输入电压；U信号源 为乘法器Y1管脚输入电压的有效值；A乘法器 为乘法器增益；A放大电路 为功率放大电路和变压器总的电压增益；R传感器为压磁传感器的等效阻值；I为传感器的实时工作电流；i为电流互感器线圈匝数比的倒数；R采集 为电流互感器采集电阻阻值。

传感器的初始阻值、U信号源、A乘法器、A放大电路、i和R采集 在硬件电路搭接完毕后为确定已知，因此当R传感器 随着测量的进行产生变化时，I也会随之变化，所以只要通过反馈电路即时改变U基，即可达到传感器恒流工作的目的。本设计通过单片机可计算得出所需的U基。具体计算过程如下：

先计算出传感器即时工作电流：

然后根据工作电流求出变化后的传感器阻值：

最后根据当前传感器阻值求出使之在I设定 下工作需要的U基。I设定 为传感器规定的工作电流。

4 程控恒流源的程序流程图

程控恒流源的程序流程图如图3所示。

5 结语

综上所述，该程控恒流源有如下优点：

（1）在程序代码中，根据硬件电路设定相应计算参数后，达到良好的恒流效果，从而满足压磁元件恒流工作的要求，并适用于各种阻抗类传感器。只需改变代码中相应参数即可。

（2）尽量避免使用分立元件，多采用集成电路，克服了分立元件容易受到环境变化影响的缺点。

（3）A/D和D/A转换芯片均采用16位精度，提高了恒流源的可靠性。

本设计利用反馈原理，使用现代集成电路代替分立元件，并加入代码精确计算控制反馈输出量，使得恒流源能达到很好的恒流效果。