專利名稱：壓控電流源及其雙極性可控電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二種壓控電流源及其三種雙極性可控電源，屬信號變換、自動控制與 電子設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在信號處理、電源、功率驅(qū)動、電子儀器、遠(yuǎn)程信號傳輸設(shè)備中受控電源作為一 個獨立裝置或電子設(shè)備中重要的組成部分，其可靠性、穩(wěn)定性、精度等對電子設(shè)備的 正常工作有重要的影響，其成本、體積大小對適用范圍更是有著決定性的作用。 一般的受控電源通常為單極性電源，實現(xiàn)正負(fù)雙極性調(diào)節(jié)比較困難。 簡單的受控電源通常精度低、體積大、動態(tài)響應(yīng)慢、難以進(jìn)行正負(fù)雙極性調(diào)節(jié)， 而精度較高的雙極性受控電源由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、成本高等多方面的原因限制了 其應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種雙極性可控電源。 本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。
一種常規(guī)型壓控電流源，使用雙電源或單電源供電，有二個電源端即負(fù)電源端-Pv 與正電源端+Pv、 二個負(fù)側(cè)信號輸入端即負(fù)側(cè)同相輸入端Csl與負(fù)側(cè)反相輸入端Cs3、 二個正側(cè)信號輸入端即正側(cè)同相輸入端Cs2與正側(cè)反相輸入端Cs4、 一個電流輸出端 Cs0;其特征在于常規(guī)型壓控電流源由負(fù)電壓變換單元、正電壓變換單元、電阻R1 與R2、負(fù)電流驅(qū)動單元、正電流驅(qū)動單元組成，負(fù)電壓變換單元有二個電源端即負(fù) 電源端-Pv與正電源端+Pv、三個信號端nbll、 nbl2和nb13，正電壓變換單元有二個 電源端即負(fù)電源端-Pv與正電源端+Pv、三個信號端pb21、 pb22和pb23，負(fù)電流驅(qū)動 單元有二個電源端即負(fù)電源端-Pv與正電源端+Pv、三個信號端nq31、 nq32和nq33， 正電流驅(qū)動單元有二個電源端即負(fù)電源端-Pv與正電源端+Pv、三個信號端pq41、pq42 和pq43;負(fù)電壓變換單元的信號端nbll與nbl2分別接為壓控電流源的輸入端Csl 與Cs3,正電壓變換單元的信號端pb21與pb22分別接為壓控電流源的輸入端Cs2與 Cs4，負(fù)電壓變換單元的信號端nbl3與負(fù)電流驅(qū)動單元的信號端nq31連接并通過電 阻R1接壓控電流源的負(fù)電源端-Pv，正電壓變換單元的信號端pb23與正電流驅(qū)動單元的信號端pq41連接并通過電阻R2接壓控電流源的正電源端+Pv，負(fù)電流驅(qū)動單元 的信號端nq32接壓控電流源的負(fù)電源端-Pv，正電流驅(qū)動單元的信號端pq42接壓控 電流源的正電源端+Pv，負(fù)電流驅(qū)動單元的信號端nq33與正電流驅(qū)動單元的信號端 pq43相連接并接為壓控電流源的電流輸出端CsO，負(fù)電壓變換單元、正電壓變換單元、 負(fù)電流驅(qū)動單元、正電流驅(qū)動單元的正負(fù)電源端分別相連接并分別接為壓控電流源的 正負(fù)電源端+Pv與-Pv。
常規(guī)型壓控電流源結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
所述的負(fù)電壓變換單元由運算放大器Al、穩(wěn)壓二極管DIO、絕緣柵雙極晶體管 Tl、電阻R10與R11組成，運放A1的正負(fù)電源端分別接為負(fù)電壓變換單元的正負(fù) 電源端+Pv與-Pv，運放A1的正輸入端接為負(fù)電壓變換單元的信號端nbll,運放A1 的負(fù)輸入端與晶體管T1的發(fā)射極相連接并通過電阻Rll接負(fù)電壓變換單元的信號端 nbl2，運放A1的輸出端通過電阻R10與晶體管T1的柵極相連接，穩(wěn)壓管D10跨接 在晶體管T1的柵極與發(fā)射極之間，晶體管T1的集電極接為負(fù)電壓變換單元的信號 端nbl3;所述的正電壓變換單元由運算放大器A2、穩(wěn)壓二極管D20、絕緣柵雙極晶 體管T2、電阻R20與R21組成，運放A2的正負(fù)電源端分別接為正電壓變換單元的 正負(fù)電源端+Pv與-Pv，運放A2的正輸入端接為正電壓變換單元的信號端pb21，運 放A2的負(fù)輸入端與晶體管T2的發(fā)射極相連接并通過電阻R21接正電壓變換單元的 信號端pb22，運放A2的輸出端通過電阻R20與晶體管T2的柵極相連接，穩(wěn)壓管 D20跨接在晶體管T2的柵極與發(fā)射極之間，晶體管T2的集電極接為正電壓變換單 元的信號端pb23;所述的負(fù)電流驅(qū)動單元由運算放大器A3、穩(wěn)壓二極管D30、絕緣 柵雙極晶體管T3、電阻R30與R31組成，運放A3的正負(fù)電源端分別接為負(fù)電流驅(qū) 動單元的正負(fù)電源端+Pv與-Pv，運放A3的正輸入端接為負(fù)電流驅(qū)動單元的信號端 nq31，運放A3的負(fù)輸入端與晶體管T3的發(fā)射極相連接并通過電阻R31接負(fù)電流驅(qū) 動單元的信號端叫32，運放A3的輸出端通過電阻R30與晶體管T3的柵極相連接， 穩(wěn)壓管D30跨接在晶體管T3的柵極與發(fā)射極之間，晶體管T3的集電極接為負(fù)電流 驅(qū)動單元的信號端nq33;所述的正電流驅(qū)動單元由運算放大器A4、穩(wěn)壓二極管D40、 絕緣柵雙極晶體管T4、電阻R40與R41組成，運放A4的正負(fù)電源端分別接為正電 流驅(qū)動單元的正負(fù)電源端+Pv與-Pv，運放A4的正輸入端接為正電流驅(qū)動單元的信號 端pq41，運放A4的負(fù)輸入端與晶體管T4的發(fā)射極相連接并通過電阻R41接正電流 驅(qū)動單元的信號端pq42，運放A4的輸出端通過電阻R40與晶體管T4的柵極相連接，穩(wěn)壓管D40跨接在晶體管T4的柵極與發(fā)射極之間，晶體管T4的集電極接為正電流 驅(qū)動單元的信號端pq43。
常規(guī)型壓控電流源的結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示。
一種簡約型壓控電流源，使用雙電源或單電源供電，有二個電源端即負(fù)電源端-Pv 與正電源端+Pv、 二個負(fù)側(cè)信號輸入端即負(fù)側(cè)同相輸入端Csl與負(fù)側(cè)反相輸入端Cs3、 二個正側(cè)信號輸入端即正側(cè)同相輸入端Cs2與正側(cè)反相輸入端Cs4、 一個電流輸出端 Cs0;其特征在于簡約型壓控電流源由運算放大器Al、 A2、 A3、 A4、電阻Rl、 R2、 Rll、 R21、 R31、 R41、絕緣柵雙極晶體管T1、 T2、 T3、 T4組成，運放Al、 A2、A3、A4的正負(fù)電源端分別相連接并分別接為壓控電流源的正負(fù)電源端+Pv與-Pv， 運放Al與A2的正輸入端分別接為壓控電流源的輸入端Csl與Cs2，運放Al的負(fù)輸 入端與晶體管T1的發(fā)射極相連接并通過電阻Rll接壓控電流源的輸入端Cs3，運放 A2的負(fù)輸入端與晶體管T2的發(fā)射極相連接并通過電阻R21接壓控電流源的輸入端 Cs4,運放Al的輸出端與晶體管Tl的柵極相連接，運放A2的輸出端與晶體管T2 的柵極相連接，晶體管Tl的集電極與運放A3的正輸入端相連接并通過電阻R1接壓 控電流源的負(fù)電源端-Pv，晶體管T2的集電極與運放A4的正輸入端相連接并通過電 阻R2接壓控電流源的正電源端+Pv,運放A3的負(fù)輸入端與晶體管T3的發(fā)射極相連 接并通過電阻R31接壓控電流源的負(fù)電源端-Pv，運放A4的負(fù)輸入端與晶體管T4 的發(fā)射極相連接并通過電阻R41接壓控電流源的正電源端+Pv，運放A3的輸出端與 晶體管T3的柵極相連接，運放A4的輸出端與晶體管T4的柵極相連接，晶體管T3 與T4的集電極相連接并接為壓控電流源的輸出端Cs0。
簡約型壓控電流源的結(jié)構(gòu)原理圖如圖3所示。
所述的常規(guī)型壓控電流源或簡約型壓控電流源集成在一個單片上作為一個通用 單片壓控電流源器件使用，單片壓控電流源器件共有七個引腳有二個電源端即負(fù)電 源端-Pv與正電源端+Pv、 二個負(fù)側(cè)信號輸入端即負(fù)側(cè)同相輸入端Csl與負(fù)側(cè)反相輸 入端Cs3、 二個正側(cè)信號輸入端即正側(cè)同相輸入端Cs2與正側(cè)反相輸入端Cs4、 一個 電流輸出端Cs0。
一種組合型雙極性可控電源，即組合型可控電源，使用雙電源或單電源供電，有 二個電源端即負(fù)電源端-Pv與正電源端+Pv、 二個信號輸入端即反相輸入端ssl(-)與 同相輸入端ss2(+)、一個反饋輸出端ssO、二個輸入端即負(fù)輸入端Ncs與正輸入端Pcs、
一個電源輸出端SS3;其特征在于組合型可控電源由輸入運算放大器AO、壓控電流源、二極管D1與D2組成，其中壓控電流源為常規(guī)型壓控電流源或簡約型壓控電流 源，運放AO與壓控電流源的正負(fù)電源端分別相連接并分別接為可控電源的正負(fù)電源 端+Pv與-Pv，運放AO的負(fù)輸入端接為可控電源的反相輸入端ssl，運放A0的正輸 入端接為可控電源的同相輸入端ss2，運放A0的輸出端接為可控電源的反饋輸出端 ssO，壓控電流源的輸入端Csl與Cs2相連接并接為可控電源的輸入端Pcs，壓控電流 源的輸入端Cs3與Cs4相連接并接為可控電源的輸入端Ncs，壓控電流源的輸出端 CsO接為可控電源的輸出端ss3, 二極管D2的負(fù)極與Dl正極分別接可控電源的正負(fù) 電源端+Pv與-Pv， 二極管D2的正極與Dl負(fù)極同時與可控電源的輸出端ss3相連接。
所述的組合型雙極性可控電源集成在一個單片上作為一個通用單片可控電源器 件使用，單片可控電源器件共有八個引腳二個電源端即負(fù)電源端-Pv與正電源端 +Pv、 二個信號輸入端即反相輸入端與同相輸入端、 一個反饋輸出端、二個輸入端即 負(fù)輸入端Ncs與正輸入端Pcs、 一個電源輸出端。
組合型雙極性可控電源的結(jié)構(gòu)原理圖如圖4a所示，組合型雙極性可控電源的電 路圖形符號如圖4b所示。
一種同相型雙極性可控電源，即同相型可控電源，使用雙電源或單電源供電，有 二個電源端即負(fù)電源端-Pv與正電源端+Pv、 二個信號輸入端即反相輸入端ssl(-)與 同相輸入端ss2(+)、 一個反饋輸出端ssO、 二個調(diào)整端即負(fù)調(diào)整端Nadj與正調(diào)整端 Padj、 一個電源輸出端ss3;其特征在于同相型可控電源由輸入運算放大器AO、壓 控電流源、二極管D1與D2組成，其中壓控電流源為常規(guī)型壓控電流源或簡約型壓 控電流源，運放AO與壓控電流源的正負(fù)電源端分別相連接并分別接為可控電源的正 負(fù)電源端+Pv與-Pv，運放AO的負(fù)輸入端接為可控電源的反相輸入端ssl,運放AO 的正輸入端接為可控電源的同相輸入端ss2，運放AO的輸出端與壓控電流源的輸入 端Csl與Cs2相連接并接為可控電源的反饋輸出端ssO,壓控電流源的輸入端Cs3和 Cs4分別接為可控電源的調(diào)整端Nadj與Padj，壓控電流源的輸出端CsO接為可控電 源的輸出端ss3，二極管D2的負(fù)極與Dl正極分別接可控電源的正負(fù)電源端+Pv與-Pv， 二極管D2的正極與Dl負(fù)極同時與可控電源的輸出端ss3相連接。
所述的同相型雙極性可控電源集成在一個單片上作為一個通用單片可控電源器 件使用，單片可控電源器件共有八個引腳二個電源端即負(fù)電源端-Pv與正電源端 +Pv、 二個信號輸入端即反相輸入端與同相輸入端、 一個反饋輸出端、二個調(diào)整端即 負(fù)調(diào)整端Nadj與正調(diào)整端Padj、 一個電源輸出端。同相型雙極性可控電源的結(jié)構(gòu)原理圖如圖5a所示，同相型雙極性可控電源的電 路圖形符號如圖5b所示。
一種反相型雙極性可控電源，即反相型可控電源，使用雙電源或單電源供電，有 二個電源端即負(fù)電源端-Pv與正電源端+Pv、 二個信號輸入端即反相輸入端ssl(-)與 同相輸入端ss2(+)、 一個反饋輸出端ssO、 二個置位端即負(fù)置位端Nsav與正置位端 Psav、 一個電源輸出端ss3;其特征在于反相型可控電源由輸入運算放大器AO、壓 控電流源、二極管D1與D2組成，其中壓控電流源為常規(guī)型壓控電流源或簡約型壓 控電流源，運放AO與壓控電流源的正負(fù)電源端分別相連接并分別接為可控電源的正 負(fù)電源端+Pv與-Pv，運放A0的負(fù)輸入端接為可控電源的反相輸入端ssl，運放A0 的正輸入端接為可控電源的同相輸入端ss2，運放A0的輸出端與壓控電流源的輸入 端Cs3與Cs4相連接并接為可控電源的反饋輸出端ssO，壓控電流源的輸入端Csl和 Cs2分別接為可控電源的置位端Nsav與Psav，壓控電流源的輸出端CsO接為可控電 源的輸出端ss3，二極管D2的負(fù)極與Dl正極分別接可控電源的正負(fù)電源端+Pv與-Pv， 二極管D2的正極與Dl負(fù)極同時與可控電源的輸出端ss3相連接。
所述的反相型雙極性可控電源集成在一個單片上作為一個通用單片可控電源器 件使用，單片可控電源器件共有八個引腳二個電源端即負(fù)電源端-Pv與正電源端 +Pv、 二個信號輸入端即反相輸入端與同相輸入端、 一個反饋輸出端、二個置位端即 負(fù)置位端Nsav與正置位端Psav、 一個電源輸出端。
反相型雙極性可控電源的結(jié)構(gòu)原理圖如圖6a所示，反相型雙極性可控電源的電 路圖形符號如圖6b所示。
常規(guī)型壓控電流源與由此組成的可控電源相對較適合高電源電壓的應(yīng)用，簡約型 壓控電流源與由此組成的可控電源相對較適合低電源電壓的應(yīng)用。
由于絕緣柵晶體管的集電極電流與發(fā)射極電流相等(普通晶體管的集電極電流與 發(fā)射極電流也比較接近)，控制了發(fā)射極電流的大小也就控制了集電極電流的大小。
負(fù)電壓變換單元信號輸入端nbll的電壓相對nbl2的電壓為正時，運放Al輸出 為正，使晶體管T1的柵極電壓高于發(fā)射極電壓，晶體管T1截止，此時電阻R1上的 電壓為零；電阻R1上的零電壓加在負(fù)電流驅(qū)動單元上，由于負(fù)反饋的作用，晶體管 T3的輸出電流為零。負(fù)電壓變換單元信號輸入端nbll的電壓相對nb12的電壓為負(fù) 時，運放A1輸出為負(fù)，使晶體管T1的柵極電壓低于發(fā)射極電壓，晶體管T1導(dǎo)通， 流過電阻R1的電流與流過電阻Rll的電流相等，由于負(fù)反饋的作用運放A1的正負(fù)輸入端電壓相等，貝U:電阻R1上的電壓與輸入電壓(C/ W/-f/nW2)的關(guān)系為 穴u
電阻R1上的電壓加在負(fù)電流驅(qū)動單元上，運放A3輸出為正，使晶體管T3的柵 極電壓高于發(fā)射極電壓，晶體管T3導(dǎo)通，負(fù)電流驅(qū)動單元的輸出電流與流過電阻R31 的電流相等，由于負(fù)反饋的作用運放A3的正負(fù)輸入端電壓相等，即電阻R31上的電 壓與電阻R1上的電壓相等，貝!j:晶體管T3的輸出電流/0"為 / =^1 = —/y 、
負(fù)電壓變換單元與負(fù)電流驅(qū)動單元及電阻R1構(gòu)成的壓控電流源負(fù)側(cè)電路的傳輸 特性如圖7a所示。
正電壓變換單元信號輸入端nb21的電壓相對nb22的電壓為負(fù)時，運放A2輸出 為負(fù)，使晶體管T2的柵極電壓低于發(fā)射極電壓，晶體管T2截止，此時電阻R2上的 電壓為零；電阻R2上的零電壓加在正電流驅(qū)動單元上，由于負(fù)反饋的作用，晶體管 T4的輸出電流為零。正電壓變換單元信號輸入端nb21的電壓相對nb22的電壓為正 時，運放A2輸出為正，使晶體管T2的柵極電壓高于發(fā)射極電壓，晶體管T2導(dǎo)通， 流過電阻R2的電流與流過電阻R21的電流相等，由于負(fù)反饋的作用運放A2的正負(fù)
輸入端電壓相等，貝U:電阻R2上的電壓與輸入電壓(f/ W7-^W2)的關(guān)系為
電阻R2上的電壓加在正電流驅(qū)動單元上，運放A4輸出為負(fù)，使晶體管T4的柵 極電壓低于發(fā)射極電壓，晶體管T4導(dǎo)通，正電流驅(qū)動單元的輸出電流與流過電阻R41 的電流相等，由于負(fù)反饋的作用運放A4的正負(fù)輸入端電壓相等，即電阻R41上的電 壓與電阻R2上的電壓相等，貝ij:晶體管T4的輸出電流/c^為
<formula>formula see original document page 12</formula>正電壓變換單元與正電流驅(qū)動單元及電阻R2構(gòu)成的壓控電流源正側(cè)電路的傳輸 特性如圖7b所示。
壓控電流源的電壓變換單元與電流驅(qū)動單元均為差動電壓控制的單極性電流源。取:1= 2 《
當(dāng):"。2 >時
則:=《d-
當(dāng):"d < '時
則:=《d-
當(dāng):〉 "。3 '時
則:
當(dāng):> "。3 '時
則:J0 =4 +;=0
電阻R1、 R2、 Rll、 R21的阻值通常(但不限于)取5KQ 50KQ，電阻RIO、 R20、 R30、 R31、 R40、 R41的阻值通常(但不限于)取1Q 1KQ。穩(wěn)壓二極管DIO、 D20、 D30、 D40的工作電壓取值應(yīng)低于晶體管的柵極擊穿電壓并高于晶體管的柵極 工作電壓。晶體管T1、 T2、 T3、 T4通常(但不限于)采用絕緣柵雙極晶體管IGBT、 場效應(yīng)單極晶體管MOSFET或晶體管等類似的半導(dǎo)體器件，晶體管T1、 T2通常為 小功率器件、T3、 T4通常為大功率器件，晶體管T1、 T4與T2、 T3的極性互補。
本發(fā)明雙極性可控電源僅采用半導(dǎo)體器件與電阻元件構(gòu)成，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積 小、成本低、精度高、動態(tài)相應(yīng)快、可靠性高、穩(wěn)定性好、易于集成化等特點，在實 驗電源、電子裝備、信號變換、遠(yuǎn)程信號傳輸?shù)确矫嬗袕V泛的應(yīng)用價值。


圖l常規(guī)型壓控電流源結(jié)構(gòu)框圖。
圖2常規(guī)型壓控電流源的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖3簡約型壓控電流源的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖4a組合型雙極性可控電源的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖4b組合型雙極性可控電源的電路圖形符號。
圖5a同相型雙極性可控電源的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖5b同相型雙極性可控電源的電路圖形符號。圖6a反相型雙極性可控電源的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖6b反相型雙極性可控電源的電路圖形符號。
圖7a壓控電流源負(fù)側(cè)電路的傳輸特性。
圖7b壓控電流源正側(cè)電路的傳輸特性。
圖8a簡易同相壓控電流源的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖8b簡易反相壓控電流源的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖9a簡易同相壓控電流源的傳輸特性。
圖9b簡易反相壓控電流源的傳輸特性。
圖10正弦電壓輸入時簡易壓控電流源的輸出電流波形。
圖11電壓控制電流源VCCS電路圖。
圖12電流控制電流源CCCS電路圖。
圖13電壓控制電壓源VCVS電路圖。
圖14電流控制電壓源CCVS電路圖。
圖15電壓控制電流源或電流控制電流源的輸出特性。
圖16電壓控制電壓源或電流控制電壓源的輸出特性。
圖17三角波與PWM脈沖信號發(fā)生器電路原理圖。
圖18三角波與PWM脈沖信號發(fā)生器的輸出波形。
圖19a緩變型非線性折線信號傳輸變換器。
圖19b跳變型非線性折線信號傳輸變換器。
圖20a緩變型傳輸變換器的傳輸特性曲線。
圖20b跳變型傳輸變換器的傳輸特性曲線。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。 實施例l
簡易壓控電流源
簡易同相壓控電流源的結(jié)構(gòu)原理圖如圖8a所示，簡易反相壓控電流源的結(jié)構(gòu)原 理圖如圖8b所示。
簡易壓控電流源由組合型可控電源通過改變外部連接構(gòu)成。
簡易同相壓控電流源可控電源的輸入端Ncs接地，可控電源的輸入端Pcs與可 控電源的反相輸入端及反饋輸出端連接在一起，可控電源的同相輸入端接為控制電壓輸入端，可控電源的電源輸出端接為簡易壓控電流源的電流輸出端并接負(fù)載。
簡易反相壓控電流源可控電源的輸入端PCS接地，可控電源的輸入端NCS與可 控電源的反相輸入端及反饋輸出端連接在一起，可控電源的同相輸入端接為控制電壓 輸入端，可控電源的電源輸出端接為簡易壓控電流源的電流輸出端并接負(fù)載。
簡易壓控電流源的輸入運放接成電壓跟隨器，反饋輸出電壓跟隨控制輸入電壓， 簡易壓控電流源的輸出電流大小與控制電壓成正比，簡易同相壓控電流源的輸出電流 與控制電壓極性相同，簡易反相壓控電流源的輸出電流與控制電壓極性相反。
當(dāng)負(fù)載電阻阻值過大或由于內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)參數(shù)的限制可控電源的電流輸出極限 時，簡易壓控電流源的電流輸出出現(xiàn)飽和，即輸入控制電壓增大而輸出電流不再增加。
簡易同相壓控電流源的傳輸特性如圖9a所示，簡易反相壓控電流源的傳輸特性 如圖9b所示。
當(dāng)輸入控制電壓為正弦波時簡易壓控電流源的輸出電流波形如圖IO所示。 簡易壓控電流源也可以采用同相型可控電源或反相型可控電源來實現(xiàn)。 實施例2
常用受控電源
同相型可控電源可通過增加外部輔助電路的方法實現(xiàn)四種常用的受控電源，艮卩
電壓控制電流源(vccs)、電流控制電流源(cccs)、電壓控制電壓源(vcvs)、 電流控制電壓源(ccvs)。常用受控電源由直流穩(wěn)壓電源供電、通過同相型可控電源的不同接法可實現(xiàn)四種 常用受控電源的功能。
電壓控制電流源外接電阻R1、 R2，與可控電源內(nèi)部的運放A0接成同相比例 放大電路，同相比例放大電路與可控電源內(nèi)部的壓控電流源組成VCCS電路(圖11)， 輸出電流/o與輸入電壓W關(guān)系如下
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電流控制電流源外接電阻R1，與可控電源內(nèi)部的運放AO接成電流池壓變換 器，電流池壓變換器與可控電源內(nèi)部的壓控電流源組成CCCS電路(圖12)，輸出
電流/o與輸入電流//關(guān)系如下
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電壓控制電壓源外接電阻R1、 R2，與可控電源接成同相比例放大電路，即組成VCVS電路(圖13)，輸出電壓t/o與輸入電壓C7/關(guān)系如下
電流控制電壓源外接電阻R1，與可控電源接成電流/電壓變換器，即組成CCVS
電路(圖14),輸出電壓f/o與輸入電流力關(guān)系如下 "。=_M
由于電源電壓與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的限制，當(dāng)輸出電壓或電流達(dá)到一定程度時會出現(xiàn)飽和 現(xiàn)象，電壓控制電流源或電流控制電流源的輸出特性如圖15所示，電壓控制電壓源 或電流控制電壓源的輸出特性如圖16所示。
采用同相型可控電源實現(xiàn)常用受控電源可方便地使用可變電阻RO進(jìn)行正負(fù)傳輸 比例微調(diào)，在無需進(jìn)行微調(diào)時常用受控電源也可以采用組合型可控電源來實現(xiàn)或采用 反相型可控電源來實現(xiàn)。
常用受控電源在實驗電源、電子裝備中有廣泛的應(yīng)用價值。 實施例3
三角波與PWM脈沖信號發(fā)生器
三角波與PWM脈沖信號發(fā)生器由直流穩(wěn)壓電源、同相型可控電源、電壓跟隨器 A11與A12、電壓比較器B21等組成，電路如圖17所示。
電阻R1、 R2與可控電源內(nèi)部的運放A0接成滯環(huán)比較器，可控電源輸出電流對 電容CO進(jìn)行充放電，當(dāng)電容C0上的電壓超過由電阻R1、 R2分壓設(shè)定的電壓范圍 時運放A0輸出電壓極性反轉(zhuǎn)，電容CO反向充放電至電壓再次超過范圍時運放AO 輸出電壓極性再次反轉(zhuǎn)，如此形成振蕩工作狀態(tài)。
可控電源內(nèi)部運放AO的輸出電壓(反饋輸出端電壓)波形為方波，壓控電流源 的輸出即可控電源的輸出為絕對值大小恒定的方波電流，電容CO上的電壓呈線性變 化，可控電源的輸出電壓即電容CO上的電壓為三角波。三角波的幅值由電阻R1、 R2分壓決定，電容CO上的三角波經(jīng)電壓跟隨器Al 1緩沖輸出。
跟隨器All輸出的三角波與經(jīng)電壓跟隨器A12的占空比控制電壓通過由比較器 B21組成的滯環(huán)比較器輸出PWM脈沖波形，此PWM脈沖信號發(fā)生器具有避免出現(xiàn) 過窄的脈沖的功能，PWM波形的最窄脈寬的由電阻R21、 R22及三角波的斜率決定。 PWM脈沖信號發(fā)生器的輸出信號波形如圖18所示。
PWM脈沖信號發(fā)生器也可以釆用組合型可控電源或反相型可控電源來實現(xiàn)，但電路接法有所不同。
該PWM脈沖信號發(fā)生器成本低、體積小、精度高，在信號處理、控制驅(qū)動等方 面有著重要的應(yīng)用價值。 實施例4
非線性折線信號傳輸變換器
緩變型非線性折線信號傳輸變換器如圖19a所示，跳變型非線性折線信號傳輸變 換器如圖19b所示。
非線性折線信號傳輸變換器簡稱傳輸變換器，由直流穩(wěn)壓電源、反相型可控電源、 電阻R0、 Rl、 R2等組成。
緩變型非線性折線信號傳輸變換器即緩變型傳輸變換器可控電源的反相輸入端 與反饋輸出端相連接，電阻RO跨接在可控電源的置位端Nsav與Psav之間，電阻R1 跨接在可控電源的置位端Nsav與電源端-Pv之間，電阻R2跨接在可控電源的置位端 Psav與電源端+Pv之間，可控電源的同相輸入端接為控制電壓輸入端，可控電源的電 源輸出端接為傳輸變換器的電流輸出端并接負(fù)載。
跳變型非線性折線信號傳輸變換器即跳變型傳輸變換器可控電源的反相輸入端 與反饋輸出端相連接，電阻RO跨接在可控電源的置位端Nsav與Psav之間，電阻R1 跨接在可控電源的置位端Nsav與電源端+Pv之間，電阻R2跨接在可控電源的置位端 Psav與電源端-Pv之間，可控電源的同相輸入端接為控制電壓輸入端，可控電源的電 源輸出端接為傳輸變換器的電流輸出端并接負(fù)載。
傳輸變換器的輸入運放接成電壓跟隨器，反饋輸出電壓跟隨控制輸入電壓。
緩變型傳輸變換器經(jīng)電阻R0、 Rl、 R2對電源的分壓，可控電源的置位端Nsav 電壓低而Psav的電壓高，當(dāng)控制輸入電壓在置位端Nsav與Psav的電壓范圍內(nèi)時， 控制輸入電壓改變導(dǎo)致可控電源內(nèi)部正側(cè)電路與負(fù)側(cè)電路的電流一大一小改變，可控 電源的輸出電流變化為單側(cè)電路電流變化的二倍；當(dāng)控制輸入電壓在置位端Nsav與 Psav的電壓范圍外時，控制輸入電壓改變導(dǎo)致可控電源內(nèi)部單側(cè)電路的電流大小改 變，可控電源的輸出電流變化較小。
跳變型傳輸變換器經(jīng)電阻R0、 Rl、 R2對電源的分壓，可控電源的置位端Nsav 電壓高而Psav的電壓低，當(dāng)控制輸入電壓在置位端Nsav與Psav的電壓范圍內(nèi)時， 控制輸入電壓不管如何變化，可控電源的輸出電流為零，即傳輸變換器在死區(qū)狀態(tài)； 當(dāng)控制輸入電壓在置位端Nsav與Psav的電壓范圍外時，控制輸入電壓改變導(dǎo)致可控電源內(nèi)部單側(cè)電路的電流大小隨之改變。
傳輸變換器的電流輸出也有飽和特性，即電流達(dá)到一定程度時輸入控制電壓增大 而輸出電流不再增加。
緩變型傳輸變換器傳輸特性曲線其斜率大小依次改變?nèi)鐖D20a所示，跳變型傳輸 變換器傳輸特性曲線其斜率大小往復(fù)改變?nèi)鐖D20b所示。
權(quán)利要求
1. 一種常規(guī)型壓控電流源，使用雙電源或單電源供電，有二個電源端即負(fù)電源端-Pv與正電源端+Pv、二個負(fù)側(cè)信號輸入端即負(fù)側(cè)同相輸入端Cs1與負(fù)側(cè)反相輸入端Cs3、二個正側(cè)信號輸入端即正側(cè)同相輸入端Cs2與正側(cè)反相輸入端Cs4、一個電流輸出端Cs0；其特征在于常規(guī)型壓控電流源由負(fù)電壓變換單元、正電壓變換單元、電阻R1與R2、負(fù)電流驅(qū)動單元、正電流驅(qū)動單元組成，負(fù)電壓變換單元有二個電源端即負(fù)電源端-Pv與正電源端+Pv、三個信號端nb11、nb12和nb13，正電壓變換單元有二個電源端即負(fù)電源端-Pv與正電源端+Pv、三個信號端pb21、pb22和pb23，負(fù)電流驅(qū)動單元有二個電源端即負(fù)電源端-Pv與正電源端+Pv、三個信號端nq31、nq32和nq33，正電流驅(qū)動單元有二個電源端即負(fù)電源端-Pv與正電源端+Pv、三個信號端pq41、pq42和pq43；負(fù)電壓變換單元的信號端nb11與nb12分別接為壓控電流源的輸入端Cs1與Cs3，正電壓變換單元的信號端pb21與pb22分別接為壓控電流源的輸入端Cs2與Cs4，負(fù)電壓變換單元的信號端nb13與負(fù)電流驅(qū)動單元的信號端nq31連接并通過電阻R1接壓控電流源的負(fù)電源端-Pv，正電壓變換單元的信號端pb23與正電流驅(qū)動單元的信號端pq41連接并通過電阻R2接壓控電流源的正電源端+Pv，負(fù)電流驅(qū)動單元的信號端nq32接壓控電流源的負(fù)電源端-Pv，正電流驅(qū)動單元的信號端pq42接壓控電流源的正電源端+Pv，負(fù)電流驅(qū)動單元的信號端nq33與正電流驅(qū)動單元的信號端pq43相連接并接為壓控電流源的電流輸出端Cs0，負(fù)電壓變換單元、正電壓變換單元、負(fù)電流驅(qū)動單元、正電流驅(qū)動單元的正負(fù)電源端分別相連接并分別接為壓控電流源的正負(fù)電源端+Pv與-Pv。
2. 按權(quán)利要求1所述的常規(guī)型壓控電流源，其特征在于所述的負(fù)電壓變換單元由 運算放大器A1、穩(wěn)壓二極管DIO、絕緣柵雙極晶體管T1、電阻R10與R11組成， 運放Al的正負(fù)電源端分別接為負(fù)電壓變換單元的正負(fù)電源端+Pv與-Pv，運放Al 的正輸入端接為負(fù)電壓變換單元的信號端nbll，運放A1的負(fù)輸入端與晶體管T1 的發(fā)射極相連接并通過電阻Rll接負(fù)電壓變換單元的信號端nb12，運放Al的輸 出端通過電阻R10與晶體管T1的柵極相連接，穩(wěn)壓管D10跨接在晶體管T1的柵 極與發(fā)射極之間，晶體管T1的集電極接為負(fù)電壓變換單元的信號端nbl3;所述 的正電壓變換單元由運算放大器A2、穩(wěn)壓二極管D20、絕緣柵雙極晶體管T2、 電阻R20與R21組成，運放A2的正負(fù)電源端分別接為正電壓變換單元的正負(fù)電源端+Pv與-Pv，運放A2的正輸入端接為正電壓變換單元的信號端pb21，運放 A2的負(fù)輸入端與晶體管T2的發(fā)射極相連接并通過電阻R21接正電壓變換單元的 信號端pb22，運放A2的輸出端通過電阻R20與晶體管T2的柵極相連接，穩(wěn)壓 管D20跨接在晶體管T2的柵極與發(fā)射極之間，晶體管T2的集電極接為正電壓變 換單元的信號端pb23;所述的負(fù)電流驅(qū)動單元由運算放大器A3、穩(wěn)壓二極管D30、 絕緣柵雙極晶體管T3、電阻R30與R31組成，運放A3的正負(fù)電源端分別接為負(fù) 電流驅(qū)動單元的正負(fù)電源端+Pv與-Pv，運放A3的正輸入端接為負(fù)電流驅(qū)動單元 的信號端叫31，運放A3的負(fù)輸入端與晶體管T3的發(fā)射極相連接并通過電阻R31 接負(fù)電流驅(qū)動單元的信號端nq32，運放A3的輸出端通過電阻R30與晶體管T3 的柵極相連接，穩(wěn)壓管D30跨接在晶體管T3的柵極與發(fā)射極之間，晶體管T3的 集電極接為負(fù)電流驅(qū)動單元的信號端叫33;所述的正電流驅(qū)動單元由運算放大器 A4、穩(wěn)壓二極管D40、絕緣柵雙極晶體管T4、電阻R40與R41組成，運放A4 的正負(fù)電源端分別接為正電流驅(qū)動單元的正負(fù)電源端+Pv與-Pv，運放A4的正輸 入端接為正電流驅(qū)動單元的信號端pq41，運放A4的負(fù)輸入端與晶體管T4的發(fā)射 極相連接并通過電阻R41接正電流驅(qū)動單元的信號端pq42，運放A4的輸出端通 過電阻R40與晶體管T4的柵極相連接，穩(wěn)壓管D40跨接在晶體管T4的柵極與發(fā) 射極之間，晶體管T4的集電極接為正電流驅(qū)動單元的信號端pq43。
3. —種簡約型壓控電流源，使用雙電源或單電源供電，有二個電源端即負(fù)電源端-Pv 與正電源端+Pv、 二個負(fù)側(cè)信號輸入端即負(fù)側(cè)同相輸入端Csl與負(fù)側(cè)反相輸入端 Cs3、 二個正側(cè)信號輸入端即正側(cè)同相輸入端Cs2與正側(cè)反相輸入端Cs4、 一個電 流輸出端CsO;其特征在于簡約型壓控電流源由運算放大器A1、 A2、 A3、 A4、 電阻R1、 R2、 Rll、 R21、 R31、 R41、絕緣柵雙極晶體管T1、 T2、 T3、 T4組成， 運放A1、 A2、 A3、 A4的正負(fù)電源端分別相連接并分別接為壓控電流源的正負(fù)電 源端+Pv與-Pv，運放Al與A2的正輸入端分別接為壓控電流源的輸入端Csl與 Cs2，運放A1的負(fù)輸入端與晶體管T1的發(fā)射極相連接并通過電阻Rll接壓控電 流源的輸入端Cs3，運放A2的負(fù)輸入端與晶體管T2的發(fā)射極相連接并通過電阻 R21接壓控電流源的輸入端Cs4，運放Al的輸出端與晶體管T1的柵極相連接， 運放A2的輸出端與晶體管T2的柵極相連接，晶體管Tl的集電極與運放A3的 正輸入端相連接并通過電阻Rl接壓控電流源的負(fù)電源端-Pv，晶體管T2的集電 極與運放A4的正輸入端相連接并通過電阻R2接壓控電流源的正電源端+Pv，運放A3的負(fù)輸入端與晶體管T3的發(fā)射極相連接并通過電阻R31接壓控電流源的負(fù) 電源端-Pv，運放A4的負(fù)輸入端與晶體管T4的發(fā)射極相連接并通過電阻R41接 壓控電流源的正電源端+Pv，運放A3的輸出端與晶體管T3的柵極相連接，運放 A4的輸出端與晶體管T4的柵極相連接，晶體管T3與T4的集電極相連接并接為 壓控電流源的輸出端CsO。
4. 按權(quán)利要求1或權(quán)利要求3所述的壓控電流源，其特征在于所述的常規(guī)型壓控 電流源或簡約型壓控電流源集成在一個單片上作為一個通用單片壓控電流源器件 使用，單片壓控電流源器件共有七個引腳有二個電源端即負(fù)電源端-Pv與正電 源端+Pv、 二個負(fù)側(cè)信號輸入端即負(fù)側(cè)同相輸入端Csl與負(fù)側(cè)反相輸入端Cs3、 二 個正側(cè)信號輸入端即正側(cè)同相輸入端Cs2與正側(cè)反相輸入端Cs4、 一個電流輸出 端Cs0。
5. —種組合型雙極性可控電源，即組合型可控電源，使用雙電源或單電源供電，有 二個電源端即負(fù)電源端-Pv與正電源端+Pv、 二個信號輸入端即反相輸入端ssl與 同相輸入端ss2、一個反饋輸出端ssO、二個輸入端即負(fù)輸入端Ncs與正輸入端Pcs、一個電源輸出端SS3;其特征在于組合型可控電源由運算放大器AO、壓控電流源、二極管D1與D2組成，其中壓控電流源為常規(guī)型壓控電流源或簡約型壓控電 流源，運放AO與壓控電流源的正負(fù)電源端分別相連接并分別接為可控電源的正 負(fù)電源端+Pv與-Pv，運放AO的負(fù)輸入端接為可控電源的反相輸入端ssl，運放 AO的正輸入端接為可控電源的同相輸入端ss2，運放AO的輸出端接為可控電源 的反饋輸出端ssO，壓控電流源的輸入端Csl與Cs2相連接并接為可控電源的輸 入端Pcs，壓控電流源的輸入端Cs3與Cs4相連接并接為可控電源的輸入端Ncs， 壓控電流源的輸出端CsO接為可控電源的輸出端ss3， 二極管D2的負(fù)極與Dl正 極分別接可控電源的正負(fù)電源端+Pv與-Pv， 二極管D2的正極與Dl負(fù)極同時與 可控電源的輸出端ss3相連接。
6. 按權(quán)利要求5所述的組合型雙極性可控電源，其特征在于組合型雙極性可控電 源集成在一個單片上作為一個通用單片可控電源器件使用，單片可控電源器件共 有八個引腳二個電源端即負(fù)電源端-Pv與正電源端+Pv、 二個信號輸入端即反相 輸入端與同相輸入端、 一個反饋輸出端、二個輸入端即負(fù)輸入端Ncs與正輸入端 Pcs、 一個電源輸出端。
7. —種同相型雙極性可控電源，即同相型可控電源，使用雙電源或單電源供電，有二個電源端即負(fù)電源端-Pv與正電源端+Pv、 二個信號輸入端即反相輸入端SSl與 同相輸入端ss2、 一個反饋輸出端ss0、 二個調(diào)整端即負(fù)調(diào)整端Nadj與正調(diào)整端 Padj、 一個電源輸出端ss3;其特征在于同相型可控電源由運算放大器A0、壓 控電流源、二極管D1與D2組成，其中壓控電流源為常規(guī)型壓控電流源或簡約型 壓控電流源，運放A0與壓控電流源的正負(fù)電源端分別相連接并分別接為可控電 源的正負(fù)電源端+Pv與-Pv，運放AO的負(fù)輸入端接為可控電源的反相輸入端ssl， 運放AO的正輸入端接為可控電源的同相輸入端ss2，運放AO的輸出端與壓控電 流源的輸入端Csl與Cs2相連接并接為可控電源的反饋輸出端ssO，壓控電流源 的輸入端Cs3和Cs4分別接為可控電源的調(diào)整端Nadj與Padj，壓控電流源的輸出 端CsO接為可控電源的輸出端ss3， 二極管D2的負(fù)極與Dl正極分別接可控電源 的正負(fù)電源端+Pv與-Pv， 二極管D2的正極與Dl負(fù)極同時與可控電源的輸出端 ss3相連接。
8. 按權(quán)利要求7所述的同相型雙極性可控電源，其特征在于同相型雙極性可控電 源集成在一個單片上作為一個通用單片可控電源器件使用，單片可控電源器件共 有八個引腳二個電源端即負(fù)電源端-Pv與正電源端+Pv、 二個信號輸入端即反相 輸入端與同相輸入端、 一個反饋輸出端、二個調(diào)整端即負(fù)調(diào)整端Nadj與正調(diào)整端 Padj、 一個電源輸出端。
9. 一種反相型雙極性可控電源，即反相型可控電源，使用雙電源或單電源供電，有 二個電源端即負(fù)電源端-Pv與正電源端+Pv、 二個信號輸入端即反相輸入端ssl與 同相輸入端ss2、 一個反饋輸出端ssO、 二個置位端即負(fù)置位端Nsav與正置位端 Psav、 一個電源輸出端ss3;其特征在于反相型可控電源由運算放大器AO、壓 控電流源、二極管D1與D2組成，其中壓控電流源為常規(guī)型壓控電流源或簡約型 壓控電流源，運放AO與壓控電流源的正負(fù)電源端分別相連接并分別接為可控電 源的正負(fù)電源端+Pv與-Pv，運放AO的負(fù)輸入端接為可控電源的反相輸入端ssl, 運放AO的正輸入端接為可控電源的同相輸入端ss2，運放AO的輸出端與壓控電 流源的輸入端Cs3與Cs4相連接并接為可控電源的反饋輸出端ssO，壓控電流源 的輸入端Csl和Cs2分別接為可控電源的置位端Nsav與Psav，壓控電流源的輸 出端CsO接為可控電源的輸出端ss3， 二極管D2的負(fù)極與Dl正極分別接可控電 源的正負(fù)電源端+Pv與-Pv， 二極管D2的正極與Dl負(fù)極同時與可控電源的輸出 端ss3相連接。
10.按權(quán)利要求9所述的反相型雙極性可控電源，其特征在于反相型雙極性可控 電源集成在一個單片上作為一個通用單片可控電源器件使用，單片可控電源器件 共有八個引腳二個電源端即負(fù)電源端-Pv與正電源端+Pv、 二個信號輸入端即反相輸入端與同相輸入端、 一個反饋輸出端、二個置位端即負(fù)置位端Nsav與正置位 端Psav、 一個電源輸出端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙極性可控電源，屬信號變換、自動控制與電子設(shè)備領(lǐng)域?？煽仉娫从蛇\算放大器與壓控電流源及二極管組成，而壓控電流源由正負(fù)電壓變換單元、正負(fù)電流驅(qū)動單元等組成，電壓變換單元與電流驅(qū)動單元均為差動電壓控制的單極性電流源。可控電源是一種受控電源，通過增加外部輔助電路的方法可方便地實現(xiàn)四種常用受控電源電壓控制電流源VCCS、電流控制電流源CCCS、電壓控制電壓源VCVS、電流控制電壓源CCVS，也可以附加一些簡單的環(huán)節(jié)組成其它形式應(yīng)用電路。具有精度高、動態(tài)相應(yīng)快、易于集成化等特點，有廣泛的應(yīng)用價值。
文檔編號G05F1/10GK101295187SQ200810100579
公開日2008年10月29日 申請日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月29日
發(fā)明者霞 司, 張金龍, 明 朱, 怡 陳, 高忠友 申請人:上海大學(xué)