华南理工大学微电子研究所 李盛峰 姚若河 李斌

     引言

     恒流源是模拟电路中的重要组成部分，它可以用作偏置、控制或驱动电路。传统电流镜电路通过调整偏置电阻大小来改变恒流源特性，单凭手动改变可变电阻的大小，在一些要求非线性、高精度、快速反应的场合难以实现精确控制，而且不能在功耗和性能之间取得平衡。此外，传统电流源很容易受到温度、电源电压等因素的影响。而采用微处理器能克服上述缺点，进行自动控制和手动监控，大大提高系统的精确度和反应速度。本文介绍的是用at89c51控制的恒流源电路，它具有外部电路简单、干扰较小、价格低廉等优点。该系统是一种数字式的电压控制电流源，可以实现非线性控制，并且在自动调整、精确控制等方面有广阔的应用前景。 系统概述

     本系统由单片机、小键盘、dac、电压控制电流源几部分组成。设计中采用的是atmalat89c51芯片，它有4个输入和输出口，分别为p0、p1、p2、p3。下面仅以p1口为例来说明系统原理。从4×4小键盘输入一个0～255的数值，单片机从p0口得到键码加以识别并转化成数字信号，在p1口输出对应的8位控制码，经过一个8位的dac，转换成模拟电压。这个电压再经过电压控制电流源，实现恒流。

     当系统需要更高精确度时，可以通过增加锁存器和模拟开关，对控制码进行锁存，同时换用更高位数的dac即可。

     硬件基本组成

     电压控制电流源的设计

     设计中采用的是线性电源，受控源可以用运算放大器来实现，如图1所示。这种电流源不受vcc和vee的影响，甚至在vcc和vee不对称的情况下，仍保持良好的线性关系。

     在图l电路中，同相端电压u3，和反相端电压u2相等，那么：

     流过负载的总电流i0为：

     由于r3r4+r5，r1=r2，最后整理得：

    电流iout是一个与负载无关的量，它的大小取决于输入电压vin，可知其具有受控恒流特性。

    电压控制电流源电路具有如下几个特点：

     1．当vin>vcc时，vin对电流源不起控制作用，这是由运放本身固有特性所决定的。如果要增大调节范围，就必须提高运放的vcc和vee。

     2．r5的数值与电流大小有关，但不是式(4)给出的那种线性关系。当r5减小到一定数值的时候(如r5=50 ω)，电压控制恒流源的最大电流达到负载最大电流(当vin=vcc时，iout=iout，max)，而且iout动态范围会变小。r5每减小一半，动态范围就缩小一半。当r5=0ω时，电压控制恒流源的电流为负载最大电流(iout，max)，不随输入电压vin变化。

     3．r1影响恒流源起始电流的大小(即vin=0v时)，当r1=1mω 时，起始电流为0ma；r1=1.6mω，起始电流为6.2ma；r1=1.9mω时，起始电流为14.2ma。故为避免零点漂移，应使r1在1mω左右。

     4．r4也影响起始电流的大小，当r4>1mω时，r1起主要调节作用。

     5．r3的变化影响调节的范围，如r3=300kω时，可调的电压为5v～10v。

     三极管构成vccs的电流大小与工作偏置电压直接相关。当vcc改变的时候，流入负载电阻的电流会随之发生改变，而且其输出电阻较小，这些因素使得vccs的工作特性变差。由于每个三极管的伏安特性并不完全一致，其放大倍数β也不完全相同，三级管的参数也会随温度变化，致使最后的恒流特性差异更大。此外，电流比较大时，三极管功耗非常大，使得电路效率不高，容易烧坏三极管。

     这个系统使用运算放大器搭建vccs，由于运放有差分对输入，可以抑止共模信号，对温度漂移有良好的抑制作用，有利于减少干扰。另外，恒流源的工作电流与vcc、vee无关，只与和它构成反馈的电阻阻值有关。运算放大器的放大倍数差异并不会影响其最终的恒流特性，稳定性较好。

     dac

     设计中采用的芯片是dac0808，它是一个8位dac。图2是dac典型应用电路。

     图2中输出的模拟量是一个正电压，当需要负电压时，在dac的第4引脚直接接一个3kω左右的电阻即可。dac的第4引脚的电流总是流入的，其最大值为1.992ma。当外接一个3kω的负载电阻rl时，输出的电压是通过rl上所加的电压，最大的电