你的表电流档准么？5位半实测TL431＋2N7000恒流源……

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一直想找个合时的办法来检测一下手头一堆万用表的电流档。
另外，还打算给之前做的那个可以和电脑联机采集数据的4位半的7135表头增加一个电阻档的功能，以用来测试和记录电阻的温飘。
于是，我就到处去找简单、稳定、方便可调的恒流源电路去了……
……

这里还要感谢隔壁矿坛的bigradio兄弟和眉间尺版主，呵呵，我的TL431+2N7000恒流源最初的设计来自此帖的第26楼：
http://www.crystalradio.cn/bbs/v ... tra=&page=1
眉版的电路。在上面的电路中，我对其进行了优化：
1：把MOS管换成了2N7000，两个原因：一是这个管子十分好买而且十分廉价，大约两三毛钱一个，是最常用的TO92封装的小功率MOS开关管；二是这个管子的I_DSS只有1uA，I_GSS只有100nA，这个参数比原帖上用的IRF740要好有些，用作恒流源时可以基本认为ID=IS、IG=0，呵呵，很理想的状态。

2：对TL431的供电，采用78L05进行预稳压，这样，可以保证在外界电压变化时，TL431的工作状态基本不变，以保证TL431工作的稳定。此时，TL431的供电限流采用了手头现成的2KΩ电阻，此时TL431的工作电流大约在12.5mA左右，离其手册中给出的理想值10mA相差不远。（其实，这个电阻用2.5K的正合适，只是这个对最终结果影响不大，就懒得去凑这个2.5K的数值了）

最终确定的电路图如下：

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OK，线路图确定，那就先仿真一下。为了方便，仿真时暂时省略掉了那个7805，其实，TL431的工作电压还是比较宽的，如果对精度要求不高，那个7805不加也无所谓的，此时整个恒流源的工作电压范围会更广一些。
先看图：

很明显，从Multisim提供的IV分析仪上看，从4V左右开始，整个伏安曲线就变成一条直线了，其恒流值大约等于TL431的输出电压除以2N7000的源极电阻的值。

然后，再试试换不同大小的负载电阻时的电流变化，呵呵，继续看图：
(PS:Multisim里面的34401A还是挺好用的哦)
先看负载直接短路时的电流：
1.000653mA


不错，再看接1KΩ负载电阻时的电流：
1.000653mA


还是不错，再看看接3KΩ负载电阻时的电流：
1.000653mA


呵呵，很好，负载从0到3KΩ，电流在仿真电路上的34401里看不出任何变化！

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仿真完了，开始实战，继续：
找出洞洞板，按照1楼的电路图接线。2.495Ω的电阻是没有的，呵呵，我这里用了4个10KΩ的普通5环金属膜并联，这四个都是精心挑选的阻值稍大于标称值的。然后，将两个330K的电阻和一个100K电位器串联后，并联到上述电阻上，作为微调。因为(330÷2)+100=265KΩ，远远大于4个10KΩ并联的值，因此这个微调电路能够调整的范围很小，电位器引入的噪声和不确定性对整个电路的影响也很小。

先上个整体图：


再看看细节图，呵呵，再这个角度上可以很清楚的看到本板上的三个主人公：TL431、2N7000、78L05：

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OK，电路搭好，搬出我的固纬8055，开始测试。
在这里再次BS一下固纬，这个没有背光且对比度很烂的液晶屏，拍起照来可真累……

首先，输入7V电压，这个是7805勉强可以工作的最低电压，在此电压下调整微调电位器，使8055表显示1.00000mA：


然后，把电压提升到9V，呵呵，8055表读数纹丝不动，还是1.00000mA：


很好，再把电压提升到12V，呵呵，8055表读数上下一个字的跳动，最终还是稳定在1.00000mA：


最后，把电压提升到20V，此时，8055表读数在1.00000和1.00001之间跳动，找准机会抓拍一下，还是能得到1.00000mA，呵呵……

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最后，来个伏安法电阻测试。用一个标称9.9KΩ的RX70精密线绕电阻作为此恒流源的负载，然后，用8055的电压档测量此电阻两端的电压。因为我这个8055是本坛隋老师给校准过的，因此可以认为此处测得的电压值为近似的标准值。

上图之前先简单计算一下：

此电阻标称 9.9K土0.01%，因此，电阻的实际阻值应该在9.900+0.01%=9.9009KΩ和9.900-0.01%=9.8991KΩ之间。
因为8055表20V电压档标称阻抗为10MΩ，因此，表的内阻和被测电阻并联后的阻值
最大为：
1/((1/9900.9)+(1/10000000))=9891.20Ω，即9.8912KΩ；
最小为：
1/((1/9899.1)+(1/10000000))=9889.21Ω，即9.8892KΩ；

其实，这个电阻本来的阻值就在标称的上限附近。用8055表的电阻档实测此电阻的阻值，呵呵，正好是9.9009KΩ：


因为固纬8055表20V档内阻标称值为10MΩ，因此该阻值并联10MΩ电表内阻后的实际阻值就是9.8912KΩ，此时通过1mA电流后的压降，就是9.8912V!!

OK，最终谜底揭晓：
看看实测的电压值：

9.8912V，呵呵，正好和计算好的阻值一字不差！
呵呵，运气，完全是运气……
考虑到此表电阻档0.026%的精度和电流档可怜的0.1%精度，能测出这样的数字真的是运气呀……



最后来个视频，该视频展示的是我从3V－20V之间旋动实验电源的调节旋钮时恒流源输出的变化。
可以看得出来，在7－20V之间，恒流源输出可以稳定在 1.00000mA 土 1 的状态，呵呵，相当的完美！！

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引用第5楼democat于2011-02-10  23:09发表的  :
相当有趣 ！  咱们也照猫画虎来搞个玩

如果手头没有2N7000，也可以用其它小功率N沟道增强型场效应管来代替，效果应该差不多的，但是最好不要用大功率的电源管，那东西一般漏电比较大……

i387dx

另外，补充一下，2N7000的SOT23贴片封装的版本叫2N7002，这个比TO92的2N7000更为常见，但是看PDF，2N7002的很多参数貌似比2N7000要差一些的：


因此，个然感觉还是建议大家用TO92的2N7000。：

另外，如果那位朋友发现有比这个更好用更好找或者更便宜的MOS管，也可以推荐一下。

sxy800125

呵呵，搞技术的又多了一个~

longshort

另外，如果那位朋友发现有比这个更好用更好找或者更便宜的MOS管，也可以推荐一下。

只要是MOS型的开关管都好用，因为在栅压2V上下时的跨导都特别大，相当数量的型号都达到或超过了1S。2N7000的典型值是0.32S，也够高的。一般只要是开关管，正向跨导都极高，以便于快速进入饱和或截止状态，从某种意义上来说，增强型开关管是“锐截止”的，而跨导小于0.03S的多是放大管，截止特性是“遥截止”的，故而小跨导的放大管可以做双向电阻用，而大跨导的开关管就不行，体电阻的线性区域小，但体电阻极小，非常适合开关应用。这是题外话了。

liulh

有这个精度, 够了

llycom

优秀文章

爱好一点

图文并茂，好文章。

stgongs

请教一下，这个电路和用普通三极管的恒流电路，有何区别？

gdzrjtsxj

不错

longshort

引用第13楼stgongs于2011-02-11  03:27发表的  :
请教一下，这个电路和用普通三极管的恒流电路，有何区别？

区别在于精度。普通三极管的控制电流较大，即使hfe达到1000，基流也会对输出电流产生达0.1%的影响，而场管的控制电流微乎其微，基本上不对输出电流产生可觉察的影响。

i387dx

引用第13楼stgongs于2011-02-11  03:27发表的  :
请教一下，这个电路和用普通三极管的恒流电路，有何区别？

如果此处换用三级管,该电路仍然可以“恒流”,只是三极管的基极电流将不可忽略,因此采用三极管的恒流源只能用于要求相对不太高的场合。而采用绝缘栅场效应管就没有这个顾虑了,恒流效果要好于三极管的。

一百姓

学习了，谢谢楼主

王珏

好文！学习了。

7r093

[s:31] 很有价值的文章。

ray2003

2.495KΩ的电阻是由6个普通金属膜+1个可变电阻串、幷组成，如果你用的金属膜电阻的温度系数是50ppm的，串并后的“2.495K电阻”温度系数也大约是50ppm。那么得到的恒流值的温度系数也是50ppm左右吧（负相关、未考虑TL431的温漂）。

chenang39

不错！

i387dx

引用第21楼ray2003于2011-02-11  05:55发表的  :
2.495KΩ的电阻是由6个普通金属膜+1个可变电阻串、幷组成，如果你用的金属膜电阻的温度系数是50ppm的，串并后的“2.495K电阻”温度系数也大约是50ppm。那么得到的恒流值的温度系数也是50ppm左右吧（负相关、未考虑TL431的温漂）。

我搭这个电路的初衷就是想通过已经校准过的电压档和已知阻徝的精密电阻来简单的检测表的电流档的精确程度。因为电压基准容易找，因此表的电压档的校准相对容易。而电流档的校准就相对麻烦些了。

我的具体思路就是：
1：先用被测表的电流档标定一个1mA电流，当然这个电流不一定准确，但是要保证它的稳定。
2：然后再用此电流通过一个已知电阻后，用被测表上被校准过的电压档测电阻上的电压降。对于1mA电流而言，这个电压降的数值理论上就应该等于电阻的阻值。（KΩ）
3：如果测得的压降在综和计算得出的误差范围之内，就可以认为刚才标定的那个1mA电流是不超差的，也就是说明表的电流档是不超差的。

另外，整个测试过程是在同一环境中进行的，因此环境温度基本上可以认为是恒定的，温漂就可以忽略不计了。实际试验的结果证实，这一电路用来测试4位半表是完全没有问题的，对于5位半表，也是可以参考的。

其实，如果手头有阻值低一些的精密电阻，如1K或者100Ω的，效果会更好一下。因为低阻值电阻上的压降更小，可以用准确度更高的2V基本电压量程来测试压降，而且表本身的内阻对被测电阻的影响会更小

当然这个电路用作电流基准源还是远远不够的，如果打算用它做电流基准源，首先电阻要换成低温漂的，另外还要设法对TL431的温飘进行补偿或者把TL431恒温起来，另外TL431的老化参数也是不可预知的，呵呵，那样问题就复杂了……

大力神15

  

llyjy

[s:31] [s:31] [s:31]

zxmb

学习了

lummi

感觉起码你应该做一下常用环境下的温漂测试。

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引用第28楼lummi于2011-02-11  19:55发表的  :
感觉起码你应该做一下常用环境下的温漂测试。

此处主要是用作对比测试，只要很短的时间内能够稳定就够了。
至于温飘，由于我所用电阻很垃圾，TL431本身的温飘也很大，整个电路的温飘指标不会有多高的……

lummi

大致测试一下比方说3个点就可以，自己心里有数，也说不定温漂正好都抵消了。

i387dx

引用第30楼lummi于2011-02-11  23:08发表的 回 29楼(i387dx) 的帖子 :
大致测试一下比方说3个点就可以，自己心里有数，也说不定温漂正好都抵消了。

简单测了一下，温飘很严重：

用手捏着TL431，电流就哗哗的往下跌；
用手按着取样电阻，电流就呼呼的网上涨……

最关键的问题，是上涨的速率比下降的快不少……