基本介紹
- 中文名：交流恆流源
- 外文名：anmtake
- 定義：能產生輸出交流電流相對恆定電源
- 用途：低壓電器檢測設備的核心組件
- 所屬行業：電力
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基本定義
恆流源、交流恆流源、直流恆流源、電流發生器、大電流發生器又叫電流源、穩流源。是一種寬頻譜、高精度交流穩流電源，具有回響速度快、恆流精度高、能長期穩定工作，適合各種性質負載（阻性、感性、容性）等優點。
產品套用
電機、電子業：如交換式電源供應器、變壓器、電子安定器、充電器、壓縮機、電焊機、馬達、鎮流器等被動元件產品的測試電源。
大專院校、實驗室及研究測試：如交流電源測試、產品壽命及安全測試、電磁相容測試、OQC（FQC）測試、產品測試及研發、研究單位最佳交流電源。
航空、航天、軍事：如機場地面設施，飛機及機載設備、雷達、導航等軍用電子設備，航天、軍事研究院所，高炮、火箭、潛艇等的測試電源、啟動電源或供電轉化電源。
城市輕軌、捷運、鐵路、高速公路：如輕軌、捷運、動車組空調啟動電源。
工礦企業、電解、電鍍、充電設備：如PCB板、各類IT產品、CCFL、電解電容器、燈管等電子元件測試老練及交直流供電電源。
進/出口設備的配給電源：如進口的電機、馬達、壓縮機、制冷機、製冰機等的轉化模擬電源。
電壓電氣行業：如：斷路器、空氣開關、電錶、塑殼斷路器、校驗台。
恆流源特點
產品特點：
一：交流恆流源是為低壓電器用戶專門設計製造的，其輸出電流是恆定的，輸出波形為純正弦波，可作為檢測過流實驗儀器。
二：本交流恆流源可帶阻性、感性、容性負載，滿足低壓電器對測試電源的要求。
三：突出的優點，穩流精度高，可根據用戶使用環境有1%，0.8%，0.5%，0.3%級別。保證輸出電流恆定。此前使用的大電流發生器方案由於溫度變化，導線、接頭和線圈的銅阻等一直在變化，
四：操作人員須經常調節調壓器來恆定電流，費時費精力，而且精度是無法與本電源相比的，低壓電器生產中，須對電流進行校驗、老化的項目上，使用本電源是目前最佳選擇，如熱繼電器動作電流的整定，空氣開關熱脫扣電流的測量等。
五：可進行不同電流等級的自動化測試（項目：電壓、電流、頻率、升降時間，可循環測試操作）
六：頻率可調範圍：40-500HZ（選配），固定輸出：50HZ、60HZ（更多範圍內固定輸出頻率可根據用戶需求設計）
七：可設定模擬量（信號）控制
簡易恆流源
最簡單的恆流源就是用一隻恆流二極體。實際上，恆流二極體的套用是比較少的，除了因為恆流二極體的恆流特性並不是非常好之外，電流規格比較少，價格比較貴也是重要原因。最常用的簡易恆流源用兩隻同型三極體，利用三極體相對穩定的be電壓作為基準，電流數值為：I = Vbe/R1。 這種恆流源優點是簡單易行，而且電流的數值可以自由控制，也沒有使用特殊的元件，有利於降低產品的成本。缺點是不同型號的管子，其be電壓不是一個固定值，即使是相同型號，也有一定的個體差異。同時不同的工作電流下，這個電壓也會有一定的波動。因此不適合精密的恆流需求。 為了能夠精確輸出電流，通常使用一個運放作為反饋，同時使用場效應管避免三極體的be電流導致的誤差。如果電流不需要特別精確，其中的場效應管也可以用三極體代替。
電流計算方法
I = Vin/R1 這個電路可以認為是恆流源的標準電路，除了足夠的精度和可調性之外，使用的元件也都是很普遍的，易於搭建和調試。只不過其中的Vin還需要用戶額外提供。 從以上兩個電路可以看出，恆流源有個定式，就是利用一個電壓基準，在電阻上形成固定電流。有了這個定式，恆流源的搭建就可以擴展到所有可以提供這個“電壓基準”的器件上。
最簡單的電壓基準
最簡單的電壓基準，就是穩壓二極體，利用穩壓二極體和一隻三極體，可以搭建一個更簡易的恆流源。 電流計算公式為：I = (Vd-Vbe)/R1
TL431
TL431是另外一個常用的電壓基準，利用TL431搭建的恆流源，其中的三極體替換為場效應管可以得到更好的精度。 TL431的其他信息請參考《TL431的內部結構圖》和《TL431的幾種基本用法》 電流計算公式為：I = 2.5/R1
恆流源的實質
恆流源的實質是利用器件對電流進行採樣反饋，動態調節設備的供電狀態，從而使得電流趨於恆定。只要能夠採樣得到電流，就可以有效形成反饋，從而建立恆流機制。 能夠進行電流反饋的器件，主要採用電流互感器，或者利用霍爾元件對電流迴路上某些器件的磁場進行反饋，也可以利用迴路上的發光器件（例如光電耦合器，發光管等）進行反饋。這些方式都能夠構成有效的恆流源，而且更適合大電流等特殊場合，不過因為這些實現形式的電路都比較複雜，這裡就不一一介紹了。
特點
恆流源是輸出電流保持恆定的電流源，而理想的恆流源應該具有以下特點： a)不因負載(輸出電壓)變化而改變； b)不因環境溫度變化而改變； c)內阻為無限大（以使其電流可以全部流出到外面）。 能夠提供恆定電流的電路即為恆流源電路，又稱為電流反射鏡電路。
基本原理
基本的恆流源電路主要是由輸入級和輸出級構成，輸入級提供參考電流，輸出級輸出需要的恆定電流。 ①構成恆流源電路的基本原則：恆流源電路就是要能夠提供一個穩定的電流以保證其它電路穩定工作的基礎。即要求恆流源電路輸出恆定電流，因此作為輸出級的器件應該是具有飽和輸出電流的伏安特性。這可以採用工作於輸出電流飽和狀態的BJT 或者MOSFET來實現。 為了保證輸出電晶體的電流穩定，就必須要滿足兩個條件：a）其輸入電壓要穩定——輸入級需要是恆壓源；b）輸出電晶體的輸出電阻儘量大（最好是無窮大）——輸出級需要是恆流源。 ②對於輸入級器件的要求： 因為輸入級需要是恆壓源，所以可以採用具有電壓飽和伏安特性的器件來作為輸入級。一般的pn結二極體就具有這種特性——指數式上升的伏安特性；另外，把增強型MOSFET的源-漏極短接所構成的二極體，也具有類似的伏安特性——拋物線式上升的伏安特性。 在IC中採用二極體作為輸入級器件時，一般都是利用三極體進行適當連線而成的集成二極體，因為這種二極體既能夠適應IC工藝，又具有其特殊的優點。對於這些三極體，要求它具有一定的放大性能，這才能使得其對應的二極體具有較好的恆壓性能。 ③對於輸出級器件的要求： 如果採用BJT，為了使其輸出電阻增大，就需要設法減小Evarly效應（基區寬度調製效應），即要儘量提高Early電壓。 如果採用MOSFET，為了使其輸出電阻增大，就需要設法減小其溝道長度調製效應和襯偏效應。因此，這裡一般是選用長溝道MOSFET ，而不用短溝道器件。 （3）基本恆流源電路示例： 上左圖是用增強型n-MOSFET構成的一種基本恆流源電路。為了保證輸出電晶體T2的柵-源電壓穩定，其前面就應當設定一個恆壓源。實際上，T1二極體在此的作用也就是為了給T2提供一個穩定的柵-源電壓，即起著一個恆壓源的作用。因此T1應該具有很小的交流電導和較高的跨導，以保證其具有較好的恆壓性能。T2應該具有很大的輸出交流電阻，為此就需要採用長溝道MOSFET，並且要減小溝道長度調製效應等不良影響。 上右圖是用BJT構成的一種基本恆流源電路。其中T2是輸出恆定電流的電晶體，電晶體T1就是一個給T2提供穩定基極電壓的發射結二極體。當然，T1的電流放大係數越大、跨導越高，則其恆壓性能也就越好。同時，為了輸出電流恆定（即提高輸出交流電阻），自然還需要儘量減小T2的基區寬度調變效應（即Early效應）。另外，如果採用兩個基極相連線的p-n-p電晶體來構成恆流源的話，那么在IC晶片中這兩個電晶體可以放置在同一個隔離區內，這將有利於減小晶片面積，但是為了獲得較好的輸出電流恆定的性能，即需要特別注意增大橫向p-n-p電晶體的電流放大係數。 （4）基本恆流源電路的擴展： 在以上基本電路的基礎上，還可以加以擴展其功能： 一方面，在二極體恆壓源（T1）的作用下，它的後面可以連線多個輸出支路（與T2並聯的多個電晶體），從而能夠獲得多個穩定的輸出電流。 另一方面，在T1和T2的源極（發射極）上還可以分別串聯一個電阻（設分別為R1和R2），這就能夠得到不同大小的恆定輸出電流。因為這時可有I(輸出)/I(參考)=R1/R2，則在這種恆流源電路中，輸出的恆定電流基本上是決定於電阻以及電晶體放大係數的比值，而與電阻和放大係數的絕對大小關係不大。這種性質正好適應了積體電路製造工藝的特點，所以這種恆流源電路是模擬IC中的一種基本電路。
