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DIY 精密测量用1mA、10mA、100mA恒流源

时间:2012-10-19  来源:38hot  作者:lymex

100mA低压恒流源的制作与测试

同样,先搭接了一个简易的,用了下述低压方案:


采样电阻用了2.5欧的VHP-4,这样功耗为25mW。
与前一帖的电路比,省略了一些不必要的部分,只是分压电阻因为要调整到比较精确的100mA,用了4只。


装好后,并没有一次成功,原因是JFET管的Vp较大,造成运放不能输出到应有的高电位,而是在低电位上被钳住,电流过流。在PNP管子的be结上并联了一个500欧的电阻后,使得JFET工作电流加大,就好用了。实测一下各工作电压值,基本上就是上述电路仿真时的值,误差不超过0.1V。把电源电压加大到5V,输出几乎看不出变化。

100mA不宜用高位表的电流档测试,因为所有表的电流档指标都不高,里面不可能装进去高精度、大体积的电流采样电阻。
所以,测试采用外部采样(I-V)转换的方式。
采样电阻用了一只有出生证、10欧的国产BZ3,标定阻值9.99999欧:








测试结果不是很理想,主要是没有装壳,受空气波动影响较大。其中LM385-1.2的基准温漂很大,手一摸就能跑上百个ppm,毕竟这基准的温漂指标典型值是50ppm/K的(最大可能达到150ppm/K)。
可以看到,末位有几个字(几ppm)的变化,3V下耗电100.8mA,其中0.8就是电路总体耗电,另100mA是有用的输出。
如果这个恒流源装壳,要给定级的话,0.01级肯定是没戏,但大概可以达到0.05级。
这个试验性恒流源的特点:
简单、低压供电、性能一般、输出电压不大。
低压恒流源的改进,主要从改进基准入手。


经过测试,上述低压方案效果不太好。为了能在1节锂电的前提下做成尽量高精度的,重新设计电路如下:




1、基准选择2.5V的AD780B-2.5V。尽管仍然是带隙的,但为高精度带隙的,温漂<3ppm/K,噪声也只有3uVpp,即1.2ppm-pp,也就是大约0.24ppm rms。这是能找到的最好的低压基准了。其余类似的例如LT1019A-2.5、AD680、ADR431,都不如这个。此基准还可以用二端模式,也是其它基准所不具备的,因此可以工作在3V下。另外,此基准还可以输出代表温度的电压信号,可以用做温漂补偿。

2、二端模式工作需要一个低压恒流源
这个是关键,没有什么简单的办法,只能采用IC内部常用的镜像恒流源电路,做1:5放大,得到1.5mA,电压可以低达0.2V,因此在低达3.0V的电源下运行也没有问题。

3、运放仍然选择LT1012,其它很难替代。还有一个LT1677,噪声低,但耗电大一些。

4、采样电阻用了6欧(实际是8欧与25欧并联),这样压降为0.6V,大了一些,功耗为60mW,但由于VHP-4温漂小,两个电阻分担,也问题不大。这样做的好处就是0.6V直接就是LT1012的最小共模输入电压,只需要R4象征性的继续提升0.05V即可(实际R4=0R47)。

5、基准分压电阻也要相应变化,实际上选了三只Vishay塑封金属箔(2.5k、7.5k、50k)。另外,R7=1k是调整电阻,权重只有不到1/20000,因此可以采用常规的可调电阻。

这次采用了万能板,装好后的样子(电池是两节18650并联):



两个外置管也封了起来


装壳后的样子(当时只装了一节电池),外部包括开关、LED指示、2根输出线



初步测试结果,短稳比较满意。仍然用BZ3-10欧做电压采样、HP34401A做电压测试,末位变动只有一个字,视频:

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