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采用串聯(lián)型電壓基準(zhǔn)器件實(shí)現(xiàn)恒流源電路的應(yīng)用設(shè)計(jì)

2021-03-08 11:58:11

發(fā)光二極管(LED)在諸如葉綠素儀、二氧化碳檢測儀、血糖檢測儀、生化分析儀中作為光源,根據(jù)物質(zhì)對光的吸收原理檢測某種物質(zhì)。如果光源強(qiáng)度隨著時(shí)間存在較大波動(dòng),儀器測量精度受到很大影響,所以光源發(fā)光強(qiáng)度的穩(wěn)定性非常重要。一般情況下,LED光源發(fā)光強(qiáng)度較弱,物質(zhì)對光的吸收相對較少,為了提高儀器的測量精度和可靠性,必須保證LED光源發(fā)光的穩(wěn)定性。根據(jù)LED的發(fā)光機(jī)理,相比于恒壓驅(qū)動(dòng),恒流驅(qū)動(dòng)能更好保證LED發(fā)光穩(wěn)定,所以,對這類儀器的光源一般采用恒流驅(qū)動(dòng)。LED光源的驅(qū)動(dòng)電流較?。ㄒ话銥?0“40mA),而且這類儀器的光源數(shù)量一般在2個(gè)以上,使用時(shí)需要多個(gè)光源輪流發(fā)光,根據(jù)儀器光源的以上特點(diǎn)及對穩(wěn)定性的要求,設(shè)計(jì)了一種基于MAX6126的恒流源電路,該電路不但可提供恒定的電流,還可實(shí)現(xiàn)多個(gè)LED光源的輪流發(fā)光。
2器件簡介
2.1MAX6126簡介
MAX6126是由美國Maxim公司生產(chǎn)的一款串聯(lián)型電壓基準(zhǔn),它具有超低噪聲、高精度、低壓差等特點(diǎn)。MAX6126具有曲率校正電路、光刻薄膜電阻,最大溫度系數(shù)為3ppm/℃,最大初始精度為±0.02%。特有的低噪聲基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)使得低噪聲擺幅達(dá)到1.3μVP-P,寬帶噪聲低至
采用串聯(lián)型電壓基準(zhǔn)器件實(shí)現(xiàn)恒流源電路的應(yīng)用設(shè)計(jì)
采用串聯(lián)型電壓基準(zhǔn)器件實(shí)現(xiàn)恒流源電路的應(yīng)用設(shè)計(jì)
并可通過在噪聲抑制引腳外加一個(gè)0.1μF的電容,使寬帶噪聲進(jìn)一步降到

它可提供10mA輸入/輸出電流,具有最大0.025Ω的輸出電阻,200mV的低壓差以及最大20μV/V的輸入調(diào)節(jié)。MAX6126消耗電源電流的典型值為380μA,具有2.048V、2.500V、3.000V、4.096V和5.000V的輸出電壓選項(xiàng)。MAX6126可在CLOAD為0.1~10μF范圍保證工作穩(wěn)定,具有20ppm/l000h長期穩(wěn)定性。該器件工作于-40℃”+125℃汽車級(jí)溫度范圍,主要應(yīng)用于自動(dòng)測試設(shè)備(ATE)、數(shù)字電壓表、高精度工業(yè)與過程控制、高精度基準(zhǔn)、高分辨率A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器和精密電流源等領(lǐng)域。
2.2MAX6126引腳排列及功能
MAX6126有8個(gè)引腳,有2種封裝形式,其引腳排列如圖1所示,功能描述如表l所示。
3恒流源電路
3.1硬件設(shè)計(jì)
以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LED的恒流源為例.說明恒流源的硬件設(shè)計(jì)和工作原理,如圖2所示。該恒流源電路主要由電源基準(zhǔn)MAX6126、三極管VQ1、電阻R1和模擬開關(guān)MAX4066組成。其工作原理是,具有電壓反饋功能的MAX6126通過OUTS端實(shí)時(shí)對采樣電阻R1兩端的電壓采樣,并反饋到其內(nèi)部,根據(jù)采集到的電壓值相應(yīng)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器的OUTF端輸出電壓,同時(shí)利用三極管VQ1平坦的輸出特性,保證輸出電流的穩(wěn)定。電阻R1根據(jù)所需的驅(qū)動(dòng)電流大小和0UTF端的輸出電壓確定。4個(gè)LED光源分別為LEDl、LED2、LED3和LED4,每個(gè)光源的典型工作電流約20mA,4個(gè)LED的正極與Vcc相連,LED的負(fù)極分別與模擬開關(guān)MAX4066的4個(gè)通道相連,MAX4066通道的另一端與三極管VQ1的集電極相連,Vcc為+5V電壓。數(shù)字信號(hào)控制MAX4066的每個(gè)通道的通斷,實(shí)現(xiàn)對每個(gè)LED的選通。該恒流源的驅(qū)動(dòng)電流大小為:Iout=Vout/R1

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果
根據(jù)恒流源電路原理圖搭建電路,通過檢測LED光源發(fā)光強(qiáng)度驗(yàn)證恒流源電路的穩(wěn)定性。Ul選擇型號(hào)為MAX6l2682l的電壓基準(zhǔn),輸出電壓為2.048V:U2選擇Maxim公司的低電壓、4路、SPST、CMOS模擬開關(guān)MAX4066,該器件5V供電,最大工作電流30mA;C1為0.1μF的獨(dú)石電容;VQ1為2N3904型的三極管;R1為150Ω的高精密電阻;光源分別為紅、黃、綠和近紅外4種LED,Vcc為+5V。模擬開關(guān)的通斷由單片機(jī)控制,LED發(fā)射的光由光電檢測電路檢測,并由單片機(jī)系統(tǒng)對檢測到的電壓值進(jìn)行采集,A/D轉(zhuǎn)換為12位。4個(gè)LED輪流發(fā)光,并依次采集代表光強(qiáng)的電壓值,每10min采集一次,共采集20次。如圖3所示。

圖3是檢測得到的代表LED發(fā)光強(qiáng)度的電壓值,每個(gè)LED共有20個(gè)數(shù)據(jù),整個(gè)采集過程共耗時(shí)200min。檢測得到的LEDl發(fā)光強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差為0.004V,LED2為O.002V,LED3為0.014V,LED4為0.008V。因此,在長時(shí)間內(nèi)LED光源發(fā)光強(qiáng)度仍能夠保持穩(wěn)定,該恒流源具有很好的穩(wěn)定性。
3.3設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題
繪制電路板時(shí).MAX6126的I.C.*引腳與外界不連接,懸空;為了減小儀器功耗,R1的阻值和MAX6126的基準(zhǔn)電壓應(yīng)盡量??;選擇R1時(shí),應(yīng)根據(jù)所選模擬開關(guān)的特性確定R1的最小值。例如,模擬開關(guān)MAX4066所承受的最大電流為30mA,當(dāng)MAX6126基準(zhǔn)電壓為2.048V時(shí),應(yīng)保證阻值不小于70Ω;模擬開關(guān)的選擇應(yīng)根據(jù)具體的LED的數(shù)據(jù)來選擇模擬開關(guān)的通道數(shù),應(yīng)盡量選擇導(dǎo)通電阻小、最大電流大的模擬開關(guān),但對于驅(qū)動(dòng)一般的LED光源,MAX4066能夠滿足要求。
4結(jié)語
MAX6126所特有的曲率矯正功能,以及超低噪聲、高精度、低壓差等特點(diǎn),使基于MAX6126的恒流源無論是在穩(wěn)定性,還是功耗上都取得了比較理想的效果。針對物質(zhì)分析儀器所開發(fā)的恒流源,具有電路簡單、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn),對提高儀器的精度起到了很重要的作用。

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