电流源

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电流源范文第1篇

【关键词】运算放大器；电流源；V-I转换

电流源驱动电路是能够对外输出可调直流的电路，在各类控制系统中，线性电流源输出驱动各种直流负载设备，这类负载对电源源的要求不同于一般电流源电路，直流驱动电路通常要求具有较高的精度且电流大小可调。本文介绍的V-I转换电路。主要采用集成运放芯片和场效应管构成，电路设计简单，元器件使用种类少，电流输出精度高，满足了高精度航空电机的使用要求。

1.系统方案

在本控制系统中，控制系统依据上位机发出的命令来驱动外部负载。控制系统中的主控制器负责响应上位机命令输出控制电压信号，电流输出单元中V-I变换电路将产生一个与控制电压信号成正比的电流源，该电流源经过接口防护电路输出至电机负载。

本设计中关键电路是V-I转换电路，通常设计的V-I转换电路是采用XTR110、XTR112等国外集成芯片，通常这类芯片其输出电流大小受制于芯片体积，输出电流较小，同时这类进口元器件成本较高。而本文设计的V-I转换电路是主要采用集成运放及场效应管构成，电路便于实现且成本较低。

图1 系统结构框图

2.数字控制电路

数字控制电路中主控制器完成控制命令的输出及运算功能。D/A输出电路将控制命令转换为0～10V直流电压输出，D/A芯片选用AD公司的AD664，AD664芯片可同时产生四路相互独立控制的电压输出，输出精度选择为12位，满足控制电压输出的高精度要求。

A/D采集电路对输出的电流源进行实时监控，确保输出的电流值与上位机的指令要求一致，A/D采集芯片选用AD公司的12位并行模/数转换的单片集成电路AD1674。它采用逐次逼近工作方式，转换速度快，采样频率可达100KHZ，且片内自带有采样/保持器和具有三态输出的缓冲器，电路设计简单。

3.模拟调理单元

3.1 基本镜像电流源

基本镜像电流源原理图如图2所示。其中晶体管T1，T2参数完全相同，为晶体管电流放大系数，，ICEO为穿透电流，ICEO1=ICEO2，由于两个晶体管具有相同的基-射极间电压（VBE1=VBE2），故（IE1=IE2），（IC1=IC2），则当较大时，基极电流IB可以忽略，所以T2的集电极电流IC2近似等于基准电流IREF，即：

（1）

由上式可以看出，当R确定后IREF就确定了，也随IREF而定。我们可以把IC2看作是IREF的镜像，所以称为镜像电流源。

图2 基本镜像电流原理图

3.2 V-I变换电路

图3 V-I变换电路结构图

根据基本镜像电流源原理以及理想运放虚断、虚短性质，本文所设计的V-I变换电路如图2所示，其中，第一部分电路中误差放大器N1与晶体管Q1组成负反馈放大回路，通过负反馈的作用，使放大器N1工作在负反馈放大状态，根据放大器虚断、虚短特性：

放大器N1的同相输入端和反相输入端的电压是相等的，即有晶体管Q1的射极电压VE1等于输入电压VIN，则流过电阻R1两端的电流如下：

IE1-VIN/R1 （2）

晶体Q1工作在放大状态下，则有集电极电流IC1近似等于发射极电流IE1，即；

IC1-IE1 （3）

第二部分电路由误差放大器N2和电阻R2、R3以及Q2构成镜像电流源电路，由虚短定理，同相端和反相端的电压差接近零，所以采样电阻R2上的电压降等于电阻R3上的电压降，最后输出电流IL通过功率管Q2进行电流源输出。

（4）

电阻参数选择如下：

R1=5000Ω，R2=500Ω，R3=10Ω；

VIN的输入范围为0～10V；则由公式4可知，则对应输出电流的可调范围为范围为0～100mA；

3.3 测量保护电路

通过监测电流或电压来了解电路工作是否正常，对电路实现有效的控制，使电路运行正常。电流监测器采用MAXIM公司的MAX4080，该芯片具有宽输入共模电压范围（4.5～76V）；可单向或双向监测电流。

图3中RSENSE是采样电阻，RSENSE=10mΩ，VSENSE是检测电压（VSENSE=RSENSE×ISENSE），ISENSE是被监测的电流。OUT端输出的电压VOUT=VSENSE×Av，式中Av为放大器的增益，本系统中Av=60。既有：

VOUT=RSENSE×ISENSE×Av （5）

本系统正常输出电流源范围为0～100mA，则VOUT的正常输出范围为0～60mV。

图4 电流采样电路图

4.负载特性

电流输出的外部接口为力矩电机。力矩电机作为电流负载，正常情况下线圈阻值为50Ω，系统要求在外部负载工作正常（50±10Ω）同时在外部短路情况下设备可进行保护及告警功能。

4.1 正常工作状态

当正常工作时，外部负载的最大电阻为Rf=60Ω，此时可算出本系统所能输出的最大电流：

IL=15V/（R3+R4+R5）=15/（10+0.01+60）=0.21A

（6）

此时运放的输入电压为15-10*0.21= 12.9V，满足运放的工作条件。

经过以上分析可以得出伺服阀负载为60Ω时，此时本系统可输出的范围是0mA～210mA，远远满足系统要求（系统要求输出0～100mA可调）。

4.2 外部负载短路

当伺服阀一个线圈短路时，此时系统所能输出的最大电流：

IL=15V/（R3+R4）=15/（10+0.01）=1.49A （7）

采样电阻R4为大功率精密采样电阻，在此负载短路条件下可正常工作，反向保护二极管V1的额定电路为1.5A，在此负载短路条件下也可正常工作；

在此负载短路情况下，根据公式5计算可知此时VOUT为894mV，系统通过A/D采集结果判断外部负载短路情况，及时切断电流源输出，系统完成短路保护。

5.误差分析

由式（3）式可知输出电流源IL只和电阻R1、R2、R3及VIN有关，与场效应管的参数无关。因此只要选择合适的电阻和基准电压VIN，就能实现线性电流源的输出，由式（3）可知输出电流源IL只与基准源电压VIN成线性比例关系，在本系统中基准电压VIN由数字控制单元发出的D/A电路发出，该部分误差可以通过软件参数调整来消除，因此电阻R1、R2、R3为最主要的误差来源，为此电阻R1、R2、R3须选择精度高、温度系数小的材料类型的电阻。精密金属膜电阻的温度系数和时效变化都比较小，在本系统中电阻选用精度为：±0.05%；电阻温度系数：±25ppm/℃。

在上述V-I变换电路中的运放的失调电压、温漂等均会影响电流源的精度，本电路中的放大器都工作在共模输入状态下，因此需选择共模抑制比高、开环放大倍数大的运放，以减少输出电流误差。本设计采用NSC公司的LF147，该芯片为双极性场效应晶体管（Bi-FET）的输入级结构，输入阻抗大于1012Ω，偏执电流仅为50pA，失调电压为5mV，具有高输入阻抗、低输入偏置电流[2]。

表1 电流源输出值

理论值

实际值 0

（mA） 30

（mA） 60

（mA） 100

（mA）

A通道 0 29.52 69.48 99.45

B通道 0 29.60 69.30 99.22

C通道 0 29.61 69.53 99.44

D通道 0.06 29.91 69.85 99.90

6.测试验证

测试验证与误差分析实验测试结果如表1所示，负载电阻为50Ω，通过对4个通道的输出值进行统计，满量程最大偏差值为0.78%，测试的结果稳定性好、精度较高，可以满足高精度线性电流源的输出要求。

7.结束语

本文在充分考虑低成本的条件下设计了由运算放大器及场效应管构成的镜像电流源，该电路具有电路简单、线性度高的特点，经过测试证明该电流源精度高，稳定性好，电流源的输出电流对温度、电源电压、负载阻抗的变化及干扰有很强的抵抗能力，工程实用价值显著。

参考文献

[1]康华光，陈大钦.电子技术基础[M].高等教育出版社.

电流源范文第2篇

关键词：恒流源；大功率；步进

本设计采用ADuC812单片机作为整机的控制核心，通过单片机自带的D/A转换器输出的模拟信号经过放大器处理后控制大功率MOS管，使其输出电流在200mA～2000mA之间。利用取样电阻完成输出电流/电压转换后送入A/D转换器，实现单片机对输出电流的实时检测与显示功能。另外，通过按键还可实现对输出电流的步进加、减功能。

1 ADuC812单片机

ADuC812的内核中，集成了一个高性能8位MCU，这个MCU带有片内可再编程的非易失性闪存/电擦除程序寄存器，并控制片内多通道（8个输入通道）的12位ADC。这样大大减少了带A/D、D/A转换嵌入式控制系统的开发和设计成本，并且体积小，电路更加简单化。

2 电源部分

本控制系统由单片机及其电路组成，需要+5V、±12V、+18V三组电源。+5V为微处理电路供电电源；±12V为稳流电路电源，给放大器供电；+18V为提供基准电源，作为恒流源电源。

2.1 大功率电流源

改变负载电阻，输出电压要在10V以内变化，而输出的电流维持恒定，考虑到后续电路电能损耗以及其他设备的电能损耗，选择18V的输出电压。

设计中选用由7818及大功率三极管构成的稳压电源，分别经过交流变压器、二极管桥式整流、阻容滤波，最后经过三端稳压得到一稳定的18V电源。由于7818在实际工作中不能提供足够大的电流，为了能够保证2A电流的输出，在7818的输出端接上一个大功率NPN型的三极管，经过其电流放大后，得到3A（要求为2A，1A为余量）电流。

2.2 微处理电路供电电源

设计中采用+5V为微处理器供电，稳压器件选用LM7805，输入端接入0.33uF的电容器，作用是抑制输入的过电压，保证LM7805的输入-输出电压差不会瞬间超过允许值。而输出端一般接入0.1uF的电容器，便可改善负载的瞬态相应，但是为了减小纹波电压，有时在稳压器的输出端并入一只大容量电解电容器。

2.3 放大器供电电路

设计中采用±12V给放大器供电，所采用的三端稳压器件为LM7812和LM7912。

使用电源变压器将交流电网电压220V变成要求的交流电压，再通过桥式整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。整流后的脉动的直流电压通过滤波电路加以滤除，得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网的电压波动、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。最终经三端稳压器LM7812和LM7912分别输出+12V、-12V电压。

2.4 恒流电路模块

恒流模块是根据带有放大环节的反馈调整型恒流电路原理制成。它由基准电压源、比较放大器，调整单元和采样单元等几部分构成。直流电源的电压扰动所引起的电流的变化通过内部反馈得到抑制，比较放大器需选用低漂移高增益运算放大器。调整单元决定模块的输出电流容量和主要的电性能，本文以增强型MOS管IRF540作为调整管进行分析与设计实现恒流输出。

3 显示设计

测量和显示范围为200mA～2000mA，所以采用4位数显示即可达到要求。本设计中采用MAX7219驱动器，可仅用3根信号线就可以实现数据的传输与显示，MAX7219也可用来显示四数位。

4 结论

ADuC812的应用开发比较方便，它的内核是国内技术人员都很熟悉的8051，现有的软件都可以直接移植。由于 ADuC812 可通过特殊功能寄存器控制ADC、DAC、I2C等芯片，故其 A/D和D/A转换程序、I2C控制程序都比传统的8051加芯片的结构来得简单、容易。因此，采用ADuC812作为本系统的核心芯片使设计变得简单、方便、实用。

[参考文献]

[1]李占师.中国电源产业的发展状况与分析[N].中国电源学会，1995：1.

[2]王新.高精度高稳定度电流源研究[D].华中科技大学硕士论文，1998年6月：3-4.

[3]线性电源、可控硅电源、开关电源电路简介，http：///.

电流源范文第3篇

1 概述

AM442是一个用于处理差分电桥信号的电压电流转换接口集成电路。它不仅能通过二线制方式将输入信号转换成标准的4-20mA电流信号，而且也能通过三线制方式输出0/4-20mA的电流信号。

AM442由三部分组成，一是用于差分信号放大的高精度前置放大器（I A），二是高度稳定的可调参考电压源（4.5～10V），该电压源同时可作为外接器件的激励电源，三是由电压控制的电流输出级，用于将电压信号转换成电流输出(0/4-20mA，12±8mA输出)。此外，AM442还有一个附加的可作为电压源或电流源的运算放大器，因此AM442可以适应工业上的不同需求，此外，只要外接少量元件，就可使AM442成为一个用途广泛的电压电流转换接口电路。

表1 AM442的引脚功能

管  脚名    称简    介1RS+检测电阻+2Vcc工作电压3RS-检测电阻-4OUT输出5CVREF电流电压源6VCRET电流电压源调节7SET输出偏置电流设定8IN-反向信号输入9IN+正向信号输入10GAIN-增益调节11GAIN增益调节12GAIN+增益调节13VSET参考电压选择14GNDIC接地15VREF参考电压源输出16DIS输出级控制2 引脚功能和主要特点

AM442的引脚图如图1所示。各引脚的详细功能如表1所列。AM442有以下主要特点：

*工作电压范围宽达6～35V；

*工作温度范围为-40～+85℃；

*带有4.5～10V可调的高度稳定参考电压源；

*带有高精度前置放大器（输入信号范围大）；

*带有附加的电压和电流源；

*增闪系数和偏置可调；

*二线方式输出为4～20mA；

*三线方式输出为0/4～20mA；

*输出电流范围可调；

*内置极性保护；

*过载时可自动切断输出电流（可选择）；

*带有过流和超温保护功能。

3 电路原理

AM442是一个用于处理差分电桥信号的电压/电流转换接口集成电路。通过少量的外接元件就可以输出电流，而且可在一个较大的范围内调整。除了外接电阻Ro到Rs和电容C1(C2)之外，要使电路正常工作，还需要一个外接的三极管和一个起保护作用的二极管（见图2、图3）。外接的三极管可降低AM442的耗散功率。同时，在选择二极管和三极管时也要注意它们本身的耗散功率，AM442由三个基本单元组成，第一部分为输入级，第二部分为输出级，第三部分为可调的参考电压源。其框图如图2所示。

3.1 输入缓冲放大器

AM442的输入级是一个高精度的前置放大器。它有较大的增益调节范围，能适应不同的差分输入信号，因而可用于各种不同变化范围的传感器信号处理。增益系数的大小由外接电阻来决定。

3.2 电流输出级

在电流输出端，借用于内置参考电压源，并通过外接电阻调节偏置电压，即可调节输出电流的最小值Iset。输出电流Iout是通过集成电路管脚4（OUT）控制的三极管T1输出的。AM442的一个特别功能可通过管脚16（DIS）来实现，如果管脚DIS与参考电压管脚15（VREF）相连，那么在输入信号过载时，输出电流会自动切断。如果管脚16（DIS）空着，那么输出电流不会因为输入信号过载而自动切断。

此外，当芯片温度过高时，AM422会自动切断输出电流。

3.3 参考电压源

AM442中的参考电压源，可用作需要恒定电压的传感器或其它外接电路的供电电源。它可通过外接的电压分配器提供从4.5V～10V的任意一个数值的电压源。

图3 三线输出应用电路

    4.1 三线输出应用电路

AM442典型的三线输出应用如图3所示。在三线方式输出时，管脚2（Vcc）和管脚1(RS+)相联，管脚14（GND）与地Ground相联，电路的输出增益系数可由外接电阻R1和R2来调节。AM442在该方式工作时，电路具有过流关断功能。

该例中，如需输出电流在0～20mA之间变化，那么，在偏置电流Iset为零（管脚7与管脚14相联）时。根据转换公式，其输出电流Iout应为：

Iout=VinGin/R0

同时，在电源电压和集成电路的最小工作电压Vcc(min)为6V时，它们与负载电阻RL之间的关系必须满足下面的式子，整个电路才能正常工作：

Vs据≥IoutmaxRL+6V

若将附加的运算放大器作为恒流源来使用。那么，用于传感器的桥式电路中的恒流源电流Is，可通过外接电阻Rset来确定，公式为：

Is=VBG/RSET

式中，VBG应取1.27V。实际上，在输出电流范围为0～20mA(三线方式输出)时，如果输入电压Vin的范围为0～250mV，VREF=5V,Gin=2，那么，其主要外接元件的取值应为:R0=25Ω,R1=22kΩ，R2=22kΩ，R5=40Ω,RL=0～600Ω,C1=2.2μF。

图4 二线输出应用电路

    4.2 二线方式输出应用电路

电流源范文第4篇

关键词：分配式电源；配电网；电流保护

中图分类号：TM421 文献标识码：A 文章编号：

一、DG的故障电流特性

DG包括热电联产（CHP）发电、微型燃气轮机发电、小型水力发电、风力发电、光伏发电、太阳能发电、生物质能发电、燃料电池等。按照DG与配电网的接口方式不同，DG可分为变流器类电源和电机类电源。

1.电机类DG

通过同步发电机或异步发电机直接连接到配电网的DG属于电机类DG。通常，CHP发电和小型水力发电等采用同步发电机直接并网，而风力发电一般采用SCIG或DFIG直接并网。根据文献，在并网点发生短路时，同步发电机输出的起始短路电流可达额定电流的7倍左右。如果短路点距离DG安装点较远，考虑到线路阻抗和非理想金属性短路，实际短路电流会小一些。根据文献，在并网点发生短路时，SCIG提供的起始短路电流约为额定电流的5~7倍，此后经过约3~10个周期逐渐衰减到零。根据文献，在并网点发生短路时，DFIG会产生8~10倍于额定电流的起始短路电流，然后逐渐衰减。若在短路期间，DFIG的转子功率控制器仍维持有效，则DFIG会提供持续的短路电流，但其值会限制在略高于负荷电流。但若发生短路时，Crowbar电路起作用，将转子绕组短接，则DFIG的短路电流特性与SCIG类似，稳态短路电流趋于零。

2.变流器类DG

通常，燃料电池、光伏电池、直驱式风力发电、微型燃气轮机和储能装置等都是通过变流器并网的。变流器类DG的限流特性取决于变流器的控制与保护策略。接入到配电网运行的变流器类电源基本上采用三相电压源变流器（VSC），其直流母线接收来自DG或储能装置的直流电，由VSC将直流电逆变为与电网电压同步的交流电，经过连接电抗器的缓冲和滤波后接入配电网中。VSC存在直接电流控制和间接电流控制2种基本控制策略，其短路电流特性显著不同。直接电流控制方式可以实时控制交流电流的瞬时值］。在并网点发生短路时，DG向短路点提供的短路电流始终可以控制在设定的允许过电流范围（一般为1.2~1.5倍的额定电流）之内。对于间接电流控制，由于存在调节过程，在配电网发生短路时，将会出现一个暂态过程。次暂态短路电流的大小取决于变流器的电路参数，一般不超过4倍额定电流，稳态短路电流将限制在过电流设定值范围（一般为1.2~1.5倍的额定电流）之内。

二、含DG配电网的短路电流计算

含DG配电网的短路电流计算依赖于配电网结构、DG接入位置，以及所有无源和有源元件的等值模型。配电网的短路电流在短路期间是一个动态变化过程，要求一个模型能够反映短路全电流的变化过程非常困难，因此，短路电流特性常用一个最大的次暂态短路电流（起始短路电流）和一个最小的稳态短路电流来表征。而对配电自动化系统故障定位影响较大的主要是次暂态短路电流。含DG配电网的短路电流计算一般遵循以下步骤：首先建立DG的等效电路，电机类和采用间接电流控制的变流器类DG等效为电压源和次暂态电抗的串联形式，而采用直接电流控制策略的变流器类DG等效为电流源；之后将DG的等效模型、配电网各元件以及系统侧等效电源按照元件之间的电路连接关系连接起来，形成配电网的短路分析模型；再根据电路连接关系，求取各电源点（包括配电网的系统等效电源）单独在网络中引起的短路电流，即该电源对短路电流的贡献；所有电源产生的短路电流之和即为系统的总短路电流。上述短路电流没有包含非周期分量，馈线终端、配电终端中故障电流检测虽然采用傅里叶算法，但由于存在互感器和采样误差，以及非周期分量影响难以完全排除，在设置电流定值时需采取乘系数的方式加以考虑。

三、DG配电网电流保护的解决策略

DG接入配电网后，会改变配电网的短路电流水平和方向。由于DG容量一般较小，提供的短路电流也较小，而且短路电流会受到光照和风速等自然因素影响，因此，增加了继电保护配合的困难。但也由于DG提供的短路电流较小，对配电自动化系统的故障定位一般不会造成较大影响，利用这个特点，完全有可能采用附录A所述的基于故障电流的传统故障定位规则或者是对其稍加改进就能实现故障定位。

1.DG接入的相关限制

为了减少DG对配电网的影响，对DG的接入一般有以下限制。1）国家电网公司标准Q/GDW480-2010《分布式电源接入电网技术规定》要求，DG总容量原则上不超过上一级变压器所供区域负荷的25％。2）IEEE起草的DG并网标准Std 1547.2中，定义了刚性系数（SR）的概念。SR定义为公共连接点（PCC）含DG的配电网短路容量与DG短路容量之比，并要求SR不能低于20。SR反映了DG对PCC处短路电流的贡献。

2.DG接入上游母线的情形

对于DG接入上游母线的情形，无论接入数量多少，在SR满足Std 1547.2标准要求的情况下，根据故障电流信息，采用基于故障电流的传统故障定位规则就能实现故障定位。但是，需要将DG接入点开关和DG出口断路器处的配电终端的故障电流信息上报阈值均根据主电源的短路电流设置，使流过主电源所提供的短路电流时超过该阈值而上报故障电流信息，但流过DG所提供的短路电流时不超过该阈值而不上报故障电流信息。

3.DG接入馈线的情形

对于DG接入馈线的情形，当某个区域发生故障时，除了该区域的主电源侧端点会流过主电源所提供的短路电流以外，对于该区域与DG连接的端点也会流过相应DG提供的短路电流。若主电源提供的短路电流与DG提供的短路电流相差较大时，可以设置故障电流上报阈值，当流过主电源所提供的短路电流时超过该阈值而上报故障电流信息，而流过DG提供的短路电流时未超过该阈值而不上报故障电流信息，从而根据故障电流信息依靠传统故障定位规则就可以进行故障定位。但是，若主电源所提供的短路电流与DG提供的短路电流相差不大时，则难以使设置故障电流上报阈值达到上述目的，根据故障电流信息依靠传统故障定位规则进行故障定位会发生误判。

四、结束语

1）选择含DG配电网的配电自动化系统故障定位策略的一般原则是：如果可以找到一个阈值，能可靠地将来自主电源的短路电流和来自DG的短路电流区分开来，只有流过来自主电源的短路电流时配电自动化终端才上报故障电流信息，则可以根据故障电流信息采用传统故障定位规则进行故障定位。2）当限制分散接入每条馈线的DG总容量不超过该馈线最严酷情形下所带负荷的25％时，城市电缆配电网根据故障电流信息依靠传统故障定位规则基本上都能正确进行故障定位，对于架空配电网在供电距离较短时，也可以根据故障电流信息依靠传统故障定位规则进行故障定位，在供电距离较长、接纳DG尤其是电机类DG的容量偏高时，则须采用改进的故障定位策略。

参考文献：

电流源范文第5篇

关键词：振荡器；开关电源；锯齿波振荡器；基准电压

近年来，开关电源芯片被广泛应用于通信电子产品的电源供电系统。目前，开关电源主要采用PWM控制电路，锯齿波振荡器是PWM控制电路的核心功能部件。在电源电压、温度、工艺和环境负载变化或者漂移的条件下，要求振荡器能够产生频率稳定的信号输出。许多锯齿波振荡器虽然具有稳定性好、精度高的特点，但受环境温度和电源电压影响较大，基于以上要求，本文设计一种锯齿波产生电路。

1 电路结构及原理

1.1 电路整体框架及原理

图1为RC振荡器的原理图。本文提出的锯齿波振荡器主要由三部分构成，一部分是基准产生的电流I1和I2，一部分由电容C和开关K1、K2组成，最后一部分是控制电路。

该电路利用基准源产生的电流I1对电容C进行充电，利用电流I2进行放电，从而产生对开关K1和K2的控制信号。

产生脉冲的工作过程如下：假设输出信号Um为低电平，使开关管S1导通，S2关断。这时电流I1对C进行充电，使a点电压Ua升高，经过控制电路作用后，使输出信号Um变为高电平；然后，Um使开关管S1关断，S2导通，电流I2对C进行放电，使a点电压Ua降低，输出Um又变为低电平。电路如此反复循环工作，便在输出端产生振荡信号，Ua是产生的锯齿波信号。

1.2 具体电路设计实现

振荡器实际电路结构如图2所示，其中Uref引脚输入的是来自带隙基准的参考电压，Um是输出给后级的最大占空比信号，Uout是所要求的锯齿波输出信号。

图1中的开关S1、S2分别由PMOS管VT4和VT5代替。因此，图1中的倒相器在具体电路中便不需要实现。在集成电路中不易直接实现精确的电流源，所以先产生一个精确的参考电压Uref，然后通过一个U-I变换电路，产生两个精确的充放电电流I1和I2。图2中的电阻R是外接的精密电阻，电路中运放将B点电位钳位在参考电压Uref，因此流过R的电流为

假设振荡器输出信号Um初始值为低电平，VT4打开，VT5关断，电流通过VT4流到电容，电容进行充电。此时Ua低于VH，COMP1输出高电平，Ua高于VL，COMP2也输出高电平，Um保持低电平。直到C的电压上升到高于VH一点，COMP1输出低电平，使得Um翻转为高电平。此时VT5打开，VT4关断，电流通过VT5，电容C通过VT6支路进行放电，逐渐减小。直到C的电压降低到低于VL一点，COMP2输出低电平，Um翻转为低电平。电路如此循环，在输出端产生振荡信号。

如图3所示，门限电压是由Uref1对Uref2产生，Uref1对Uref2是来自基准模块的电压，不随温度和电源电压变化，所以VH和VL基本保持恒定。

1.3 输出频率的计算

不同的充放电电流决定了输出高低电平的不同脉宽，所以决定了方波信号的占空比。具体原理如下：

在一个充放电周期内设电容的充电时间为Tr，放电时间为Tf，电容充放电的周期为Ts，由电容的电流公式：

从而 Ts≈Tr

得到锯齿波的下降沿近似垂直。通过调整电容C或者R的大小，可以得到预期的锯齿波振荡周期为Ts=7.6μs，即振荡器的周期为132kHz。其中VH和VL都是由基准电压而得到的，故不随外界条件变化，从而使振荡频率不受电源电压和温度的影响而维持恒定。

2 仿真结果与分析

此电路采用TSMC 0.5μm工艺实现，用Spectre进行仿真。在5.8V电源输入，27℃环境温度下，图4是振荡器产生的锯齿波信号以及最大占空比输出信号，由仿真结果可知锯齿波的频率精确控制在132kHz，且上升沿线性度好，下降沿陡峭，最大占空比达。

表1给出了振荡器在不同电源电压和温度下的振荡周期仿真结果，由表格所示结果可知，振荡频率最小为129kHz，最大为135kHz。频率漂移范围在±3%内，可见频率随电源电压和温度变化的影响较小，振荡器的精度较高。

参考文献

[1] 刘恩科，朱秉升，罗晋生。半导体物理学。电子工业出版社，2003.

[2] 毕查德.拉扎维。模拟CMOS集成电路设计【M】。陈贵灿，程军，张瑞止，等译。西安：西安交通大学出版社，2003.

[3] 张占松，蔡宣三。开关电源的原理与设计(修订版)。北京：电子工业出版社。2006. 81-86.