電力變壓器直流電阻的快速測量方法----恒流源的設(shè)計與試驗（二）

4.5串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電路

該節(jié)主要從組成串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電路的各部件的選擇原則上，闡明用串聯(lián)調(diào)整集成穩(wěn)壓器構(gòu)成恒流源的設(shè)計思想以及與穩(wěn)壓器相關(guān)電路和元器件的設(shè)計。

4.5.1穩(wěn)壓器的選擇

各類線性集成穩(wěn)壓器，無論是可調(diào)式穩(wěn)壓器，或是固定式穩(wěn)壓器均可用來構(gòu)成恒流源，而且外接電路都很簡單。用集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源，它的各項指標和所用穩(wěn)壓器的性能有直接的關(guān)系。因此，在設(shè)計恒流源電路時，應(yīng)根據(jù)實際使用之要求以及各類穩(wěn)壓器的特點、性能予以合理選擇。

各類集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源，它們的特點、性能以及適用范圍簡述如下：

（1）三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器具有很低的基準電壓（U_R =1.25V ）極強的調(diào)整能力（ Su=0.02%/v ，Sl=0.1 -0.3%）;調(diào)整端電流既小又穩(wěn)定

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因此，用它構(gòu)成的恒流源電流穩(wěn)定、效率高、電路簡單、安裝調(diào)試方便，在mA～A級電流范圍內(nèi)都可滿足較高精度應(yīng)用之要求，應(yīng)予優(yōu)先選用。但目前大電流的三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器的價格很高。

（2）三端固定式穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源電路也很簡單，且價格適中，但有以下缺點：1）這類穩(wěn)壓器的調(diào)整率指標不及可調(diào)式穩(wěn)壓器，用以構(gòu)成的恒流源性能相對較差；2）調(diào)整端電流及其變化較大（I_Q為mA數(shù)量級、ΔI_Q =0.5～1.5mA），不適于構(gòu)成小電流的恒流源；

（3）穩(wěn)壓器的輸出電壓不能很低，構(gòu)成的恒流源基準較高、功耗偏大，特別是對大電流的恒流源。因此，這類穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源使用于中等電流（10² mA數(shù)量級）及要求恒流精度不高的場合。例如用作鎳鎘電池的充電器。

（4）多端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器屬于早期的產(chǎn)品通常需要外接采樣電阻、補償電容、限流保護電路、基準分壓電路和擴展電流的功率晶體管等，因而電路復雜，使用不便。但是，這類穩(wěn)壓器的性能很高、價格低廉、運用靈活，若能巧妙設(shè)計，可達到相當好的恒流精度。又因其基準電壓（通過外接分壓電路）和采樣電阻可調(diào)節(jié)，故使用于構(gòu)成輸出寬電流范圍可調(diào)的精密恒流源。

4.5.2基準電壓選擇

用集成運算放大器構(gòu)成的恒流源電路中，基準電壓是外設(shè)的，常用的有標準電池、鋅汞電池或溫度補償型穩(wěn)壓管等，基準電壓值的高低也可根據(jù)要求獨立的選擇。

但是，對于集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源，它的基準電壓內(nèi)含于穩(wěn)壓器之中，大部分是固定的，并不設(shè)外引線端。因此選擇了集成穩(wěn)壓器，它的基準電壓值被同時確定了。

常用的W317型三端可調(diào)式穩(wěn)壓器的基準電壓最低，只有1.25V，W7805型三端固定式穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源為 U_R^（i）=U_o^（i）=5V.多端可調(diào)式穩(wěn)壓器WA724、WB724型的基準電壓約為3～4V；而W ₂、YZ03-06型為6V；W723型為7V，但因其接有引出端，因而容易通過外接電阻分壓器使基準電壓值連續(xù)可調(diào)。

用集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源時，其內(nèi)部基準電壓高低的選擇應(yīng)該一分為二來分析。從提高調(diào)整率指標出發(fā)，基準電壓值越高越好。但基準電壓值越高，取得同樣恒流源輸出而采用的采樣電阻值就大，因而增加了內(nèi)部功耗，對于小電流恒流源問題不大，但對于安培級的恒流源，這樣大的功耗就很難保證采樣電阻的穩(wěn)定性。據(jù)此考慮，基準點壓低一些有利。但若基準電壓太低，它和采樣電壓的差值就小，這對集成穩(wěn)壓器中放大器的增益、漂移和噪聲提出了更高的要求?？傊?，在選擇基準電壓時要兼顧上述兩個方面。一般原則是，對小電流恒流源，基準電壓值可適當高一些。而對大電流恒流源，在滿足調(diào)整率指標條件下，基準電壓值低一些好。

4.5.3采樣電阻的選擇

用集成穩(wěn)壓器構(gòu)成恒流源時，由于采樣電阻串聯(lián)在主回路內(nèi)，因而采樣電阻自阻值的精度、功率容量、溫度系數(shù)、時效變化等，對恒流性能有至關(guān)重要的影響。因此，通常的碳膜電阻不宜采用，而應(yīng)選擇精密金屬膜電阻或精密線繞電阻。大電流輸出時，最好采用溫度系數(shù)更小的錳銅絲線繞電阻。由于此時的采樣電阻值很小，只有零點幾歐到幾歐，因此必須用電流接頭和電壓接頭分開的標準電阻。另外，連接線的長短粗細、焊接的質(zhì)量、調(diào)節(jié)機構(gòu)的接觸電阻和穩(wěn)定性也將直接影響采樣值，應(yīng)予以充分注意。為了避免采樣電阻發(fā)熱造成的不穩(wěn)定，電阻功率要有一定的富裕量，必要時還應(yīng)采取散熱和恒溫措施。

連續(xù)可調(diào)問題：根據(jù)恒流源輸出電流的一般表達式I_H=U_R/Us可見，為得到輸出電流可調(diào)的恒流源，或改變基準電壓R_U，或改變采樣電阻Rs.然而大多數(shù)集成穩(wěn)壓器的基準電壓都是固定的，因此只有改變采樣電阻。對于電流可調(diào)范圍不大的恒流源，輸出微調(diào)可采用精密多圈電位器。調(diào)節(jié)范圍大時，則用多個電阻經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)改變量程。需要注意的是，開關(guān)的接觸電阻必須很小，最好采用同一批號的電阻。

順便指出，上述通過改變采樣電阻調(diào)節(jié)輸出電流的方法有許多問題：

（1）電阻串聯(lián)在主回路內(nèi)，而采樣調(diào)節(jié)機構(gòu)不可能十分穩(wěn)定，因而直接影響到輸出電流的穩(wěn)定性；

（2）為了減少功耗，Rs值取小一些好，所以調(diào)節(jié)范圍不可能很寬；

（3）除非設(shè)置負電源，否則不可能從零起調(diào)；

（4）對于高精度恒流源，幾乎不可能改變作為標準的采樣電阻。因此，對于大電流精密恒流源，最好采用基準電壓的采樣電阻。

4.5.4調(diào)整管的選擇

用集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源，其最大電流和最高電壓值受制于所用集成穩(wěn)壓器的極限值。當實際應(yīng)用要求更大的電流和電壓時，就要外加調(diào)整管。由于固定穩(wěn)壓器和可調(diào)穩(wěn)壓器的內(nèi)部電路和引出方法不同，所以外接調(diào)整管的接法也不一樣。