0 引言

    恒流源在測量領域和工程技術中都有著重要的用途，目前恒流源的設計方法有多種，最常見的是場效應管恒流源和二極管恒流源，但其電流值有限，穩定度較差，并且難以調節，在文獻中對此做過一定的論述。本文將介紹一個新型實用的恒流源電路，用于壓磁傳感器的測量，并詳細說明其工作原理。

1 程控恒流源系統的設計
    由于溫度對集成電路參數的影響不如對晶體管和場效應管的影響顯著，本設計盡量采用集成電路取代分立元件。本文提出的恒流源以單片機為核心，結合ADC和DAC轉換，實時采集工作電流，并送單片機進行計算處理，然后輸出合適大小的電壓，使傳感器工作在恒流狀態。程控恒流源原理圖如圖1所示。

2 程控恒流源電路的設計
    程控恒流源由1 MHz有源晶振產生正弦波后經2片串聯的74HC390進行1 000分頻后得到1 kHz的方波，該方波再由五階低通濾波芯片MAX-7410轉化為正弦波，送往乘法器AD734AQ的X1管腳。傳感器的實時工作電流由電流互感器采集轉換成電壓信號后，由真有效值芯片AD736轉化為正弦電壓信號的有效值，再由程控D／A轉換芯片LTC2606將電壓的數字信號傳送給AT89S52單片機進行計算處理，處理結果由A／D轉換芯片AD7705轉換成模擬信號輸出到乘法器AD734AQ的Y1管腳。2個信號相乘后經功率放大器TDA2040和變壓器供給傳感器工作。
    電路中的關鍵部分是以單片機為核心的ADC和DAC模塊，其電路圖如圖2所示。

其中，LTC2606和AD7705的參考電壓輸入管腳接AD780電壓轉換芯片，以提供可靠的參考電壓。

3 程控恒流源工作原理
    整體電路的工作原理可由式(1)、式(2)說明：

式中：U基 為乘法器X1管腳的輸入電壓；U信號源 為乘法器Y1管腳輸入電壓的有效值；A乘法器 為乘法器增益；A放大電路 為功率放大電路和變壓器總的電壓增益；R傳感器為壓磁傳感器的等效阻值；I為傳感器的實時工作電流；i為電流互感器線圈匝數比的倒數；R采集 為電流互感器采集電阻阻值。
    傳感器的初始阻值、U信號源、A乘法器、A放大電路、i和R采集 在硬件電路搭接完畢后為確定已知，因此當R傳感器 隨著測量的進行產生變化時，I也會隨之變化，所以只要通過反饋電路即時改變U基，即可達到傳感器恒流工作的目的。本設計通過單片機可計算得出所需的U基。具體計算過程如下：
    先計算出傳感器即時工作電流：

然后根據工作電流求出變化后的傳感器阻值：

最后根據當前傳感器阻值求出使之在I設定 下工作需要的U基。I設定 為傳感器規定的工作電流。

4 程控恒流源的程序流程圖
    程控恒流源的程序流程圖如圖3所示。

5 結語
    綜上所述，該程控恒流源有如下優點：
    (1)在程序代碼中，根據硬件電路設定相應計算參數后，即可通過程序精確控制，達到良好的恒流效果，從而滿足壓磁元件恒流工作的要求，并適用于各種阻抗類傳感器。當傳感器變更時，只需改變代碼中相應參數即可。
    (2)盡量避免使用分立元件，多采用集成電路，克服了分立元件容易受到環境變化影響的缺點。
    (3)A／D和D／A轉換芯片均采用16位精度，提高了恒流源的可靠性。
    本設計利用反饋原理，使用現代集成電路代替分立元件，并加入代碼精確計算控制反饋輸出量，使得恒流源能達到很好的恒流效果。