摘 要： 基于運算放大器原理，介紹了一種電壓控制電流源的設計，分析了控制電壓的輸入范圍和電流的輸出范圍，用三極管進行擴流，以滿足不同的應用要求。該電路結構簡單、性能穩定、可控性好、線性度高、成本低廉。最后給出了電池充電電路的應用實例。
關鍵詞： 壓控電流源；運算放大器；電池；充電
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電流源的用途很多，壓控電流源因設計簡單，調試方便而得到廣泛應用。
壓控電流源有多種實現方法。文獻[1]和文獻[2]采用運算放大器做輸出，得到的輸出電流小；文獻[3]是一種比較復雜的應用；文獻[4]用于蓄電池恒流充電；文獻[5]采用脈寬調制控制器實現了開關恒流源。
本文采用運算放大器作為恒流元件，克服了文獻[1]和文獻[2]的不足，由單片機通過DA進行控制，通過A/D采樣進行比較，以得到精度高、電路穩定的閉環恒流控制。
1 電壓控制電流源的原理設計與分析
1.1 電路原理
電路如圖1所示，根據理想運算放大器“虛短”和“虛斷”的原理，可以得到：
當R>>R0、RL時，有如下近似等式：
即輸出電流IL與輸入電壓vi成線性關系。
1.2 改進后的電路
圖1所示電路要求R>>R0、RL時，(4)式才滿足。將電路進行如圖2所示的改進。由于理想運算放大器的輸入阻抗為無限大，所以，流過電阻R0和RL的電流相等，可以得到：
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1.3 進一步擴充電流后的電路
由于運算放大器的電流輸出能力很小，一般為20mA～40mA，因此當實際應用電流比較大時，要對電路進行擴流，如圖3所示。
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同理，可以得到：
式中VEB是三極管發射結電壓。所以，對應的輸入電壓范圍是：
根據三極管的電流原理，設三極管的電流放大倍數為β，有：
??? 因此在實際應用時，要根據輸出電流的大小，按照(13)式、(14)式和(15)式的要求，選擇合適的電阻R0、Rb和電源電壓，以保證控制電壓在合理的范圍。
2 電壓控制電流源的應用
??? 圖4所示為電池充電器中充電及控制電路的原理框圖。單片機采用AT89C52，AD采用MAX195，DA采用DAC1232，采樣放大是用OP177對采樣電阻RS(100mΩ)上的小信號進行差分放大，負載電阻就是電池組，擴流三極管采用TIP127，壓控電流源內的運算放大器采用TL082，以保證有足夠大的輸入阻抗。通過單片機進行置數，得到所需要的充電電流。對電流采樣放大后進行比較，若電流偏大，則壓控電壓控制減1個LSB；若電流偏小，則加1個LSB，以實現穩定電流的閉環控制。在F3.4設備中，電流的范圍是0.1mA～400mA，誤差小于2％，滿足了實際需要。
??? 壓控電流源的實現有很多種方法，本文所介紹的電路結構簡單，理論分析明確。文中詳細介紹了輸出電流與輸入電壓的控制關系及動態范圍，這對實際應用非常有幫助，這一點在充電電池的化成設備中得到了驗證。
參考文獻
[1] 錢如竹.用運算放大器構成壓控電流源的研究[J].電測與儀表，2002，39(4).
[2] 李盛峰，姚若河，李斌.基于AT89C51的電流源設計[J].電子設計應用，2007(3).
[3] 郭繼昌，李香萍，張宏濤.基于單片機控制的恒流源的設計[J].電子測量與儀器學報，2000，114(12).
[4] 尉廣軍，朱宇虹.幾種恒流源電路的設計[J].電子與自動化，2000(1).
[5] 尉廣軍，朱宇虹，姚志敏.關于蓄電池充電器中的恒流源電路設計[J].河北工業科技，2000(4).