第四章直流電阻測試儀用恒流源的設計與試驗

4.1恒流源的應用與分類

近年來電力變壓器直流電阻快速測試的研究中，恒流源器件被廣泛采用，這是由于經仿真試驗表明：較大的直流電流有利于感性負載直流電阻測量的快速性；具有高穩定度的直流電流有利于感性負載直流電阻測量的準確性。因此，研究一種具有高穩定性、較強帶負載能力的較大容量的恒流源直接決定感性負載直流電阻測量的準確性、快速性和可靠性。因此本章介紹恒流源的基本原理和類型，并進行了恒流源器件的設計與試驗。

一般把能夠向負載提供恒定電流的電源稱為“恒流源”。所謂“恒流”是一種習慣叫法，并不是電流值絕對不變，而是在一個工作范圍內保持足夠的穩定性。恒流源的基本作用是消除或削弱負載電阻和環境溫度變化對輸出電流的影響。

恒流源分類：按照所采用的調整元件不同，可分為電真空器件恒流源、雙極性晶體管恒流源、場效應器件恒流源和集成電路恒流源。按照調整方式不同，恒流源可分為直接調整型恒流源和間接調整型恒流源。間接調整型恒流源根據調整元件的工作狀態不同，又分為連續調整型恒流源、開關調整型恒流源[21]和組合調整型恒流源等。

文中先按調整方式分類對各種恒流源電路的特點與性能作簡要介紹。然后則根據采用的調整元件不同，對各類恒流源電路進行詳細討論。

4.1.1.直接調整型恒流源

直接調整型恒流源由恒流器件和供電電源串聯組成，電路結構非常簡單，主要是利用了恒流器件的非線性特性對負載電流進行直接調整并使之保持穩定。作為恒流器件，早先采用鎮流管，目前則廣泛使用半導體恒流二極管。半導體恒流二極管在電路中的連接方法及其恒流特性如圖4-1（a）所示。

半導體恒流二極管能在很寬的電壓范圍Us～Ub內提供十分恒定的電流，如圖4-1（b），它在晶體管電路中得到了廣泛應用。但是，目前恒流二極管的最大電流只是毫安級，限制了它的應用。

4.1.2間接調整型恒流源電子管、晶體管一般不能直接提供恒定電流，但可利用它們和其它電子元器件組合而成的恒流電路來實現恒流，所以稱為間接調整。根據調整元件的工作狀態不同，又分為連續調整、開關調整和組合調整型恒流源。

（1）連續調整型恒流源圖4-2是連續調整型恒流源的結構示意圖，其中4-2（a）是開環電路，4-2（b）是閉環電路。在圖4-2（a）中，由基準電壓Us，精密電阻Rs與射極跟隨器F構成連續調整型恒流源開環電路。由于跟隨器的輸出電壓和輸入電壓（即基準電壓Us）大致相等，因此串聯在輸出電流通路中的實際負載上流過近似恒定的電流，它等于基準電壓S U與精密電阻Rs之比，即Io = Us/ Rs.

圖4-2（b）為連續調整型恒流源閉環電路，其中A為放大器，它是一個輸入端接基準電壓Us，另一輸入端加上反饋電壓IoRs，由于放大器的作用，使輸出電流在標準電阻S R上的壓降和基準電壓近似相等，得到Io = Us/ Rs.由此可見，連續調整型恒流源的輸出電流僅由基準電壓和標準電阻決定，而與電源電壓和負載變化無關。

（2）開關調整型恒流源

圖4-3是開關調整型恒流源，這里的電源Us通過開關S和濾波回路向負載R_L提供電流。由于這個電流也通過標準電阻Rs而放大器A將Rs上的電壓降IoRs和基準電壓Us比較，并對開關S進行控制以保持輸出電流Io的穩定。

圖4-3中S是一個電子開關，他的形式很多，在交流輸入的情況下，一般采用單結晶體管觸發的可控硅相控開關電路。而在直流輸入時，則用多諧振蕩器控制的開關電路。開關型恒流源用于輸出容量大，但對恒流源性能要求不高的場合，例如用作蓄電池的恒流充電器。

（3）組合調整型恒流源

在連續調整型恒流源閉環電路中，當負載電阻很小甚至短路時，輸入電源電壓全部加到調整管的集-射極，耗散功率很大。所以，這種電路的恒流性能雖好，但輸出容量不能很大。對于開關調整型恒流源，因其調整管工作在開關狀態，效率明顯提高，但輸出紋波較大。為了克服上述矛盾，可以采用組合調整型恒流源，即在開關調整穩壓電路后緊接連續調整恒流電路。