0. 前言

恒流源与稳压源一样，是电子线路中的基本单元。随着电子技术和元器件的发展，恒流技术已得到了快速的发展和广泛的应用。目前，常见的恒流源结构主要有：结型场效应晶体管型(3dj系列)、恒流二极管型(2dh系列)、集成恒流元件型(lm334等)、稳压管-三极管型以及固定或可调的三端集成稳压器型(如lm78xx、lm317)等等(详见图1、2、3、4、5)。用精密并联型三端可调基准电压源(如tl431)替换图4中的稳压管dw，则可构成恒流精度更高的稳压源(见图6)。但采用上述元件构成的恒流源有的不可调(图2)；有的输出的恒流很小(图1、图2、图3)；有的范围较窄、精度不高、电压不宽等等。而最主要的是输出的恒流电流与调节的电阻呈非线性的关系，这给恒流电流的精细调节和量程的扩展带来了不便。本文介绍的恒流仪(见图9)，具有恒流输出的范围宽广，从1μa～2.5×106μa，跨越了6个数量级。其次，除了最小的电流档(1～20μa)外，其余各档输出的恒流电流与电位器的电阻均为线性关系。因此，恒流电流的调节非常细微和平滑。由于采用了集成并联型三端可调精密基准电压源tlv431a和固定的精密基准电压源lm385-1.2，因此，恒流的精度高。最后再选用耐高压的大功率三极管和配以宽范围的外接直流(稳压)电源，电子爱好者就可轻松地拥有一台实用的高压大功率线性宽量程精密恒流、耐压测试和电子负载三用仪。 图7为线性恒流仪(图9)第档不接ic2时的简化线路图。设基准电压源ic1的基准电压为vref1，v1三极管的发射极电流为iix。当因某种原因，使流过电阻rxi的电流增加时，则经rw和ri电阻分压后的电压将大于基准电压vref1，于是ic1基准电压源导通，使三极管v1的基极电位下降，基极电流减小，从而使发射极电流减小。反之亦反。由于精密可调基准电压源ic1的精度很高，因此，线性恒流仪的恒流精度也很高。

设电位器rw的动触点移至x处的电阻为rwx此时输出的恒流电流为iix。根据并联电路的欧姆定律可求出：

由上式可知，iix与电位器的电阻rwx成正比，即iix随rwx的变化呈线性地变化，线性变化是该恒流仪的显著特点之一。

2．实用线性宽量程精密恒流仪的制作要点

为了扩大线性恒流输出的范围，又能保持细微的调节精度，需要将恒流范围进行分档。为使小电流时仍然保持线性的变化和很高的恒流比(某档的最大输出恒流电流与最小输出恒流电流之比)，采用串入精密基准电压源ic2的办法，可有效地降低加在rxi上的电压，从而可将线性恒流的输出延伸至很小的电流(20～100μa，恒流比=5)。这是本恒流仪又一个特点。图8为图9在小电流输出并接入ic2时第档的简化线路图。vref2为基准电压源ic2的基准电压，r0i为当vrefl-vref2<0时使系统进入线性正常工作范围的起始电阻。由图8可求出：


式中i0i为该档流过基准电压源ic2和电阻的最小电流，且

式中△v=vre?1-vre?2，i0为基准电压源ic2能正常工作时的最小工作电流。由上式可见，串入了ic2后△v=vref1-vref2可减少到0甚至为负，有效地降低了输出的恒流电流，并继续保持线性的关系。

为了减少精密电阻的数量和选测所带来的困难，采用各档电阻公用的办法是唯一有效的办法。可以证明：当ic1、ic2的基准电压vrefl=vref2且各档的恒流比相等时，则各档的rxi和r0i是相等的，可以分别公用一个电阻。

另外，由于实际使用的元件参数与理论计算值总存在一定的误差，为保证覆盖输出的恒流范围，实际每一档的最大输出恒流应选为该当标称恒流的(1+β)倍，而该当的最小输出恒流是下一档的(1-β)倍。其中β称为各档量程的富裕量。

为满足耐压测试和大功率电子负载的需要，三极管必须采用高反压、大功率的三极管。

为了降低精密电阻rxi的功耗，应采用低基准电压的三端可调精密基准电压源，例如：tlv431a、az432、cyt432等元件以及小的恒流比，以减小最大的输出电压。本仪器ic1采用的是tlv431a，其基准电压是1.25v左右。ic2元件采用lm385-1.2的固定精密基准电压源，基准电压为1.25v左右，最小工作电流在8～15μa左右。使用时用数字万用表进行测选，确保ic1、ic2的基准电压相等。

图9即为考虑上述各种因素后，设计制作的实用线性宽量程精密恒流仪线路图。

该恒流仪共有9档，恒流输出范围为1μa～2.5×106μa，跨越了6个数量级。第1～8档为线性输出档，第9档为非线性输出档。各档输出的电流以及各元件的参数见表1：

不难看出，第5、6、7、8四档的恒流比均相等且为5，