一、引言
     比例阀是一种输出量与输入信号成比例的阀，其输出量随输入量(电流值或电压值)的变化而变化，可以根据控制信号的大小连续、按比例地调整节流口的开度，从而控制流量大小。比例阀在航空航天、冶金、军事等领域应用的拓展和深入，对控制系统动态准确度提出了更高要求，也因此要求对比例阀的流量的控制更准确。常用的比例阀驱动方式分为电压驱动和电流驱动两种。由于电压驱动方式在使用过程中受温度影响较大，比例阀流量控制准确度较低。而电流驱动比例阀只需提供比例阀恒定的电流即可准确控制其流量大小。因此，选用恒流源驱动比例阀。
     恒流源电路是能够向负载提供恒定电流以保证其负载稳定工作的电路，在传感器采集、仪器仪表控制、电子通信等领域有着广泛的应用。
本文介绍一种由基准电压、运算放大器等组成的恒流源电路，该电路通过元器件参数调整即可满足应用电路的需求。
     二、恒流源电路的设计
     1.工作原理
     恒流源电路就是要提供一个稳定的电流以保证其他负载稳定工作。因此，作为输出级的器件应该具有饱和输出电流的伏安特性。
     恒流源电路由基准电压、运算放大器等部分组成，其原理框图如图1所示。具体的工作过程: 由运算放大器构成的深度负反馈把输出电压反馈到运算放大器，以便于实时调节输出电压，使输出电压等于基准电压。通过采样电阻把输出电流转变成电压，反馈给运算放大器输入端，再与基准电压相比较，放大器把误差电压放大后调整电流，维持输出电流恒定。采用温度漂移较小的精密电阻作为采样电阻，实现高精度的目的。比较放大器的输入电压可调，从而实现恒流源的可调。
     2.电路设计
     本文所设计恒流源电路如图2所示，整个电路包括基准电压Vref、分压可调电阻Rw、电压跟随器U1A、精密采样电阻R、电压放大器U1B、及电流放大器Q等。该电路的核心是:通过负载电压反馈，在温度系数较小的采样电阻上产生恒定的压降，则与该采样电阻串联的电路中就可以得到恒定的输出电流。
     3.理论公式推导
     根据运算放大器的特性，由图2可知:
     测试电流:
     由式(5)可知:采样电阻所在电路上的电流I仅与基准电压和采样电阻阻值相关。即流过负载上的电流恒定。
通过对恒流源电路的分析及公式推导可知，要在应用中得到高精度的输出电流，元器件的选取非常重要。本电路中，采样电阻选取精密电阻，具有较低的温度系数。其余器件均选用低温度系数。
     三、实验测试
     对所设计的恒流源电路进行性能测试时，先接通负载预热，常温下开始测量。通过调节Rw1的值改变基准电压，测试、记录各个电压下的输出电流。对恒流源电路在-40℃、-20℃、0℃、40℃恒温预热2h，分别测试其输出电流，记录数据如表1所示。
     实际测试中，通过电阻箱改变Rw1的阻值，测试输出电流。经计算所有测试数据得到，该电路在各个温度下的输出电流相对常温时的输出电流误差如表2所示。数据表明，在-40℃时输出电流相对误差最大，40℃时输出电流与常温(20℃)时的输出电流误差较小，但均在允许范围内。
     使用MATLAB软件对测试数据进行分析处理，得出测试电流与基准电压在恒温时呈线性关系。
     对所有测试数据经Excel初步处理后，把数据导入MATLAB软件中进行二次数据处理，得到测试温度、测试电压与测试电流的曲面关系及数学关系式。最后将该恒流源电路应用于比例阀的驱动电路中，该电路用于提供阀恒定的工作电流，以改善阀在不同温度下的稳定性。
     四、结束语
     本文采用基准电压、运算放大器及精密电阻等元器件构建了一种恒流源电路，该电路具有结构简单、器件普遍、操作方便、易于实现等特点，由于实验测量过程中受温度、湿度、器件本身、布线等的影响，恒流源测量时必然会有影响。该电路经过简单的元器件参数调整，即可满足其他恒流源电路的要求。
转载自中国计量网