本發(fā)明屬于電流源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙極性電流源。

背景技術(shù)：

在冷原子、超冷原子、核磁共振(nmr)、超導(dǎo)量子干涉裝置(squid,superconductingquantuminterferencedevice)等實驗中需要在線圈中通電流以產(chǎn)生磁場(磁光阱、磁阱)實現(xiàn)對原子進(jìn)行操縱。

但根據(jù)不同的實驗場景，在實際操作過程中，對線圈中通入的電流有不同的要求，如，在需要產(chǎn)生特定波形的磁場時，電流的大小需模擬可控；在需要在固定電感下產(chǎn)生所需磁場時，需要電流達(dá)到數(shù)安培；在某些實驗中需要電流產(chǎn)生反向磁場，因此需要雙極性電流源。

如何提供一種模擬可控，且電流能夠達(dá)到數(shù)安培的雙極性電流源成為亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種雙極性電流源，以滿足模擬可控、電流達(dá)到數(shù)安培且雙極型的要求。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種雙極性電流源，包括：

比例積分運算模塊、第一功率運算放大器、負(fù)載、檢流模塊、第一電阻、第二電阻和供電電路；

所述比例積分運算模塊包括電阻網(wǎng)絡(luò)、第一運算放大器和積分電容；所述比例積分運算模塊包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和輸出端，所述第一運算放大器的輸出端與所述積分電容的一端相連，作為所述比例積分運算模塊的輸出端；所述第一輸入端用于輸入預(yù)設(shè)電壓，所述第二輸入端用于輸入?yún)⒖茧妷?，所述第三輸入端用于接收反饋電信號?/p>

所述第一功率運算放大器的正輸入端與所述比例積分運算模塊的輸出端相連；

所述第一功率運算放大器的輸出端與所述第一電阻的一端相連；

所述第一電阻的另一端與所述第二電阻的一端相連；

所述第一電阻和所述第二電阻的公共端與所述第一功率運算放大器的負(fù)輸入端相連；

所述第二電阻的另一端接地；

所述檢測模塊包括第一接線端、第二接線端和電壓輸出端；

所述負(fù)載位于所述檢流模塊的第一接線端與所述第一功率運算放大器的輸出端之間，所述檢流模塊的第二接線端接地，或所述負(fù)載位于所述檢流模塊的第二接線端與地之間，所述檢流模塊的第一接線端與所述第一功率運算放大器的輸出端相連；

所述檢流模塊用于檢測經(jīng)過所述負(fù)載的電流，所述電壓輸出端與所述比例積分運算模塊的第三輸入端相連；

所述供電電路與所述第一運算放大器、所述第一功率運算放大器和所述檢流模塊分別相連。

經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的雙極性電流源，包括比例積分運算模塊、第一功率運算放大器、負(fù)載、檢流模塊、第一電阻、第二電阻和供電電路，其中，采用比例積分模塊進(jìn)行精確計算，再經(jīng)過第一功率運算放大器進(jìn)行功率放大，實現(xiàn)負(fù)載輸出電流與輸入電壓成正比，輸出電流模擬可控；而由于采用第一功率運算放大器實現(xiàn)電流的放大，使得輸出電流較大，能夠達(dá)到數(shù)安培；由于第一功率運算放大器能夠?qū)崿F(xiàn)正負(fù)輸出，從而能夠得到雙極性電流源。

進(jìn)一步地，由于本發(fā)明的雙極性電流源采用第一功率運算放大器，所述第一功率運算放大器相對于雙極結(jié)型晶體管或mosfet(金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管，metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor)，具有噪聲小、共模抑制、電源抑制比較高的特點，本發(fā)明提供的雙極性電流源還具有噪聲低、共模抑制、電源抑制比較高的特點，低噪聲設(shè)計能夠使得雙極性電流源的輸出電流控制精度較高，且本發(fā)明提供的雙極性電流源結(jié)構(gòu)簡單，無死區(qū)電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)冷原子、超冷原子、核磁共振(nmr)、超導(dǎo)量子干涉裝置等實驗中精密的磁場控制，如三維磁場補償?shù)取?/p>

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種雙極性電流源的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的另一種雙極性電流源的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種低壓差線性穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種檢流模塊位于負(fù)載后端的雙極性電流源的具體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的一種檢流模塊位于負(fù)載前端的雙極性電流源的具體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的另一種檢流模塊位于負(fù)載前端的雙極性電流源的具體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例提供的另一種檢流模塊位于負(fù)載后端的雙極性電流源的具體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明實施例提供的再一種檢流模塊位于負(fù)載前端的雙極性電流源的具體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明實施例提供的級聯(lián)功率運算放大器的雙極性電流源的具體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

正如背景技術(shù)部分所述，根據(jù)不同的實驗場景，在實際操作過程中，對線圈中通入的電流有不同的要求。

現(xiàn)有技術(shù)中通過運算放大器的搭建得到電流源，如howlandcurrentpump型電流源等，但其驅(qū)動電流小，通常只有幾百毫安；實現(xiàn)更大電流的電流源，采用mosfet進(jìn)行電流控制，但通常為單極性電流源，而且一般商用受控電流源通常均為單極性電流源，難以進(jìn)行正負(fù)雙極性調(diào)節(jié)；而已有的雙極性可控電源，不僅其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還在輸入電壓接近0時，有一段死區(qū)電壓，該段輸出電流為0；而數(shù)安培的模擬控制雙極性電流源通常使用運算放大器驅(qū)動一對雙極結(jié)型晶體管(bjt)組成的推拉級(push-pullstage)來實現(xiàn)，為實現(xiàn)模擬控制，還需要進(jìn)行檢流反饋。然而一般這種電流源的精度不是很高，共模抑制、電源抑制比一般。

基于此，本發(fā)明提供一種雙極性電流源，包括：

比例積分運算模塊、第一功率運算放大器、負(fù)載、檢流模塊、第一電阻、第二電阻和供電電路；

所述比例積分運算模塊包括電阻網(wǎng)絡(luò)、第一運算放大器和積分電容；所述比例積分運算模塊包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和輸出端，所述第一運算放大器的輸出端與所述積分電容的一端相連，作為所述比例積分運算模塊的輸出端；所述第一輸入端用于輸入預(yù)設(shè)電壓，所述第二輸入端用于輸入?yún)⒖茧妷?，所述第三輸入端用于接收反饋電信號?/p>

所述第一功率運算放大器的正輸入端與所述比例積分運算模塊的輸出端相連；

所述第一功率運算放大器的輸出端與所述第一電阻的一端相連；

所述第一電阻的另一端與所述第二電阻的一端相連；

所述第一電阻和所述第二電阻的公共端與所述第一功率運算放大器的負(fù)輸入端相連；

所述第二電阻的另一端接地；

所述檢測模塊包括第一接線端、第二接線端和電壓輸出端；

所述負(fù)載位于所述檢流模塊的第一接線端與所述第一功率運算放大器的輸出端之間，所述檢流模塊的第二接線端接地，或所述負(fù)載位于所述檢流模塊的第二接線端與地之間，所述檢流模塊的第一接線端與所述第一功率運算放大器的輸出端相連；

所述檢流模塊用于檢測經(jīng)過所述負(fù)載的電流，所述電壓輸出端與所述比例積分運算模塊的第三輸入端相連；

所述供電電路與所述第一運算放大器、所述第一功率運算放大器和所述檢流模塊分別相連。

本發(fā)明提供的雙極性電流源，包括比例積分運算模塊、第一功率運算放大器、負(fù)載、檢流模塊、第一電阻、第二電阻和供電電路，其中，采用比例積分模塊進(jìn)行精確計算，再經(jīng)過第一功率運算放大器進(jìn)行功率放大，實現(xiàn)負(fù)載輸出電流與輸入電壓成正比，輸出電流模擬可控；而由于采用第一功率運算放大器實現(xiàn)電流的放大，使得輸出電流較大，能夠達(dá)到數(shù)安培；由于第一功率運算放大器能夠?qū)崿F(xiàn)正負(fù)輸出，從而能夠得到雙極性電流源。

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參見圖1，圖1為本發(fā)明一實施例提供的一種雙極性電流源的結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示，所述雙極性電流源包括：比例積分運算模塊1、第一功率運算放大器2、負(fù)載3、檢流模塊4、第一電阻r1、第二電阻r2和供電電路(圖中未示出)；比例積分運算模塊1包括電阻網(wǎng)絡(luò)11、第一運算放大器12和積分電容c1；比例積分運算模塊1包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和輸出端，第一運算放大器12的輸出端與積分電容c1的一端相連，作為比例積分運算模塊1的輸出端；第一輸入端用于輸入預(yù)設(shè)電壓，第二輸入端用于輸入?yún)⒖茧妷簐ref，第三輸入端用于接收反饋電信號；第一功率運算放大器2的正輸入端與比例積分運算模塊1的輸出端相連；第一功率運算放大器2的輸出端與第一電阻r1的一端相連；第一電阻r1的另一端與第二電阻r2的一端相連；第一電阻r1和第二電阻r2的公共端與第一功率運算放大器2的負(fù)輸入端相連；第二電阻r2的另一端接地；檢流模塊4包括第一接線端、第二接線端和電壓輸出端；第一功率運算放大器2的輸出端與負(fù)載3的一端相連；負(fù)載3的另一端與檢流模塊4的第一接線端相連；檢流模塊4的第二接線端接地gnd，檢流模塊4的第一接線端和第二接線端通過經(jīng)過負(fù)載3的電流，檢流模塊4用于檢測經(jīng)過負(fù)載3的電流；檢流模塊4的電壓輸出端與比例積分運算模塊1的第三輸入端相連；供電電路與第一運算放大器12、第一功率運算放大器2和檢流模塊4分別相連。

圖1所示的雙極性電流源中，檢流模塊4位于負(fù)載3的后端。需要說明的是，在本發(fā)明其他實施例中，檢流模塊4還可以位于負(fù)載3的前端，如圖2所示，為本發(fā)明實施例提供的另一種雙極性電流源的結(jié)構(gòu)框圖，此時負(fù)載3位于檢流模塊4的第二接線端與地gnd之間，檢流模塊4的第一接線端與第一功率運算放大器2的輸出端相連。

本發(fā)明實施例中比例積分模塊1用于實現(xiàn)精確的pi(比例積分)運算，因此，本發(fā)明實施例中第一運算放大器12為精密運算放大器，精密運算放大器的比例部分通過電阻網(wǎng)絡(luò)11實現(xiàn)，積分部分通過積分電容c1實現(xiàn)，本實施例中不限定積分電容c1的材質(zhì)，為了使得積分電容c1的漏電流較小，進(jìn)而使得pi運算偏移較小，本實施例中可選的，積分電容c1為聚丙烯電容。

本發(fā)明實施例中，第一運算放大器12與第一功率運算放大器2組成兩級運算放大器結(jié)構(gòu)，其中，第一運算放大器12輸出驅(qū)動第一功率運算放大器2來產(chǎn)生數(shù)安培的雙極性電流。第一功率運算放大器接成比例放大模式，其輸出電壓驅(qū)動線圈負(fù)載，具體連接方式請參見圖1所示和圖2所示。

本發(fā)明實施例中采用兩級運算放大器結(jié)構(gòu)，前一級精密運算放大器完成pi運算減小噪聲，后一級功率運算放大器完成電流輸出。大電流輸出時功率耗散在功率運算放大器上，其溫度會變化，使用前一級運算放大器進(jìn)行pi運算有效的減小了溫漂。兩級運算放大器結(jié)構(gòu)使電流驅(qū)動能力達(dá)到數(shù)安培時仍能保證極低的噪聲。使用功率運算放大器相比一對bjt管組成的推拉級有更好的共模抑制、電源抑制等特性，并且功率運算放大器集成芯片自帶過溫保護，最大電流限制等功能，方便實用。

本實施例中第一運算放大器和第一功率運算放大器均需要供電電路供電進(jìn)行工作，本實施例中不限定供電電路的具體結(jié)構(gòu)，可選的，供電電路為極低噪聲的ldo(lowdropoutregulator，低壓差線性穩(wěn)壓器)。低噪聲的ldo能夠減小電路的噪聲以及電源抑制比等。

請參見圖3，為本發(fā)明實施例提供的一種低噪聲ldo的結(jié)構(gòu)示意圖，包括：ldo+模塊51、ldo-模塊52、第一直流電源53和第二直流電源54，它們的連接關(guān)系如圖3所示，電源的輸出電壓(+v、-v)經(jīng)過ldo穩(wěn)壓輸出(v+、v-)，再供給其他芯片。需要說明的是，本發(fā)明并不限定低噪聲ldo供電電路的具體形式，根據(jù)不同的ldo型號或功能，供電電路還可以是其他連接方式的結(jié)構(gòu)，本實施例中對此不做限定。

需要說明的是，本實施例中第一功率運算放大器本身具有較低噪聲，其供電電路可以為電源直接供電，無需經(jīng)過穩(wěn)壓；而第一運算放大器的供電電路優(yōu)選為低噪聲ldo，電源輸出電壓經(jīng)過穩(wěn)壓后供給第一運算放大器，以降低pi運算過程中的噪聲，提高pi運算精度。

本實施例中不限定負(fù)載的具體形式，需要說明的是，由于本發(fā)明實施例中所選器件帶寬較大，反饋響應(yīng)速度快，且第一功率運算放大器使得本發(fā)明實施例中的電流源具有較高的電感驅(qū)動能力，響應(yīng)速度快，因此，本發(fā)明實施例中負(fù)載可以是電感。當(dāng)負(fù)載為電感時，電流源可以做快速電流開關(guān)使用，無振鈴。在本發(fā)明的其他實施例中，負(fù)載還可以是電阻，本實施例中對此不做限定。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明實施例中比例積分運算模塊的輸入端的電壓信號可以由外部輸入模擬信號，也可以由內(nèi)部輸入提供，所述內(nèi)部輸入是指輸入電壓由與本發(fā)明提供的雙極性電流源制作在同一個電路制作板上的結(jié)構(gòu)提供，可選的內(nèi)部輸入包括內(nèi)部參考電壓和低溫漂滑動變阻器提供。為保證內(nèi)部設(shè)置信號的精度，本實施例中優(yōu)選的采用低噪聲參考電壓源提供參考電壓，并通過低溫漂滑動變阻器分壓來產(chǎn)生低噪聲設(shè)置內(nèi)部輸入電壓信號。為適應(yīng)輸入電平為正負(fù)電平及正電平兩種情況，本實施例中使用參考電壓源給出偏置，采用跳線選擇兩種不同的輸入模式之一作為輸入。

需要說明的是，本實施例中比例積分模塊還包括與參考電壓vref相連的一端，根據(jù)參考電壓vref的設(shè)定值不同，可以實現(xiàn)正負(fù)電平輸入和正電平輸入，所述正負(fù)電平輸入，例如參考電壓vref＝0v，即比例積分模塊的一端接地，內(nèi)部輸入或外部輸入接電壓范圍為-4v—+4v，對應(yīng)負(fù)載兩端輸出-10a—+10a電流。所述正電平輸入，如參考電壓vref＝10v，內(nèi)部輸入或外部輸入接電壓范圍為1v—9v，對應(yīng)負(fù)載兩端輸出-10a—+10a電流。

本實施例中，內(nèi)部輸入模擬可控的電壓信號至pi運算模塊1后，經(jīng)pi運算模塊1輸出至第一功率運算放大器2再輸出至負(fù)載3，負(fù)載3兩端輸出電流。由于第一功率運算放大器2的輸入電壓信號可正可負(fù)，使得負(fù)載兩端的輸出電流可正可負(fù)，從而得到雙極性電流源。

本發(fā)明提供的雙極性電流源，包括比例積分運算模塊、第一功率運算放大器、負(fù)載、檢流模塊、第一電阻、第二電阻和供電電路，其中，采用比例積分模塊進(jìn)行精確計算，再經(jīng)過第一功率運算放大器進(jìn)行功率放大，實現(xiàn)負(fù)載輸出電流與輸入電壓成正比，輸出電流模擬可控；而由于采用第一功率運算放大器實現(xiàn)電流的放大，使得輸出電流較大，能夠達(dá)到數(shù)安培；由于第一功率運算放大器能夠?qū)崿F(xiàn)正負(fù)輸出，從而能夠得到雙極性電流源。

進(jìn)一步地，由于本發(fā)明的雙極性電流源采用第一功率運算放大器，所述第一功率運算放大器相對于雙極結(jié)型晶體管或mosfet，具有噪聲小、共模抑制、電源抑制比較高的特點，本發(fā)明提供的雙極性電流源還具有噪聲低、共模抑制、電源抑制比較高的特點，低噪聲設(shè)計能夠使得雙極性電流源的輸出電流控制精度較高，且本發(fā)明提供的雙極性電流源結(jié)構(gòu)簡單，無死區(qū)電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)冷原子實驗中精密的磁場控制，如三維磁場補償?shù)仍訉Υ艌雒舾械膶嶒灐?/p>

如圖4所示，為本發(fā)明實施例提供的一種雙極性電流源，其中，與圖1所示的雙極性電流源不同的是，本實施例中提供的具體的電阻網(wǎng)絡(luò)和檢流模塊。

其中，電阻網(wǎng)絡(luò)包括：第三電阻r3、第四電阻r4、第五電阻r5、第六電阻r6和第七電阻r7；其中，第三電阻r3的一端與第一運算放大器412的負(fù)輸入端，以及第七電阻r7的一端相連，比例電容c1的另一端與第七電阻r7的另一端相連；第三電阻r3的另一端作為比例積分運算模塊41的第三輸入端，用于接收反饋電信號；第四電阻r4的一端與第一運算放大器412的負(fù)輸入端相連；第四電阻r4的另一端作為比例積分運算模塊41的第二輸入端，用于輸入?yún)⒖茧妷簐ref；第五電阻r5的一端與第一運算放大器412的正輸入端相連；第五電阻r5的另一端作為比例積分運算模塊41的第一輸入端，用于輸入預(yù)設(shè)電壓；第六電阻r6的一端與第一運算放大器412的正輸入端相連；第六電阻r6的另一端接地。

需要說明的是，本實施例中只是提供了一種電阻網(wǎng)絡(luò)的連接和分布方式，但是本實施例中不限定所述比例積分運算模塊中的電阻網(wǎng)絡(luò)的具體結(jié)構(gòu)以及各電阻阻值，只要能夠?qū)崿F(xiàn)精確的pi運算即可。

本發(fā)明實施例中檢流模塊用于將電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出，并進(jìn)行電流檢測，本發(fā)明實施例中不限定所述檢流模塊的具體結(jié)構(gòu)，可選的，如圖4所示。檢流模塊包括：放大器442和四線檢流電阻441；四線檢流電阻441包括第一接線端、第二接線端、第一輸出端和第二輸出端；其中，四線檢流電阻441的第一接線端與負(fù)載43相連；第二接線端接地；第一輸出端與放大器442的正輸入端相連；第二輸出端與放大器442的負(fù)輸入端相連；放大器442的輸出端作為檢流模塊的電壓輸出端與比例積分運算模塊41的第三輸入端相連；放大器442與供電電路相連。

需要說明的是，檢流模塊中使用的四線檢流電阻為低阻值低溫漂的四線檢流電阻，低阻值低溫漂的四線檢流電阻將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，低阻值保證在大電流下使得功率為四線檢流電阻可接受范圍內(nèi)。本實施例中放大器的輸出端與比例積分運算模塊的第三輸入端相連。放大器用于將四線檢流電阻轉(zhuǎn)換后的電壓信號放大并反饋給比例積分運算模塊，以提高比例積分運算模塊的運算精度。

本實施例中不限定放大器的具體結(jié)構(gòu)，可選的，放大器可以為儀表放大器，也可以為檢流放大器。需要說明的是，由于儀表放大器的噪聲低，放大電壓信號的同時，引入噪聲較小，而且具有很高的共模抑制比，其輸出信號用于反饋可以使pi運算時精度提高，因此，本實施例中可選的，所述放大器為儀表放大器。

如圖4所示，負(fù)載43位于第一功率運算放大器42的輸出端和檢流模塊的第一接線端之間，檢流模塊的第二接線端接地，即檢流模塊位于負(fù)載的后端。

在本發(fā)明的其他實施例中，負(fù)載還可以位于檢流模塊和地之間，也即檢流模塊位于負(fù)載的前端。

當(dāng)所述放大器為檢流放大器時，如圖5所示，相對于圖4所示雙極性電流源，其他部分相同，本實施例中不做詳細(xì)贅述。與圖4所示雙極性電流源不同的是，圖5中，四線檢流電阻441包括第一接線端、第二接線端、第一輸出端和第二輸出端；其中，第一接線端與第一功率運算放大器42的輸出端相連；第二接線端與負(fù)載43的一端相連；負(fù)載43的另一端接地；第一輸出端與檢流放大器542的正輸入端相連；第二輸出端與檢流放大器542的負(fù)輸入端相連；檢流放大器542的輸出端作為電壓輸出端與比例積分運算模塊41的第三輸入端相連；檢流放大器542與供電電路相連。

當(dāng)儀表放大器放在負(fù)載前端時，如圖6所示，四線檢流電阻441包括第一接線端、第二接線端、第一輸出端和第二輸出端；其中，第一接線端與第一功率運算放大器42的輸出端相連；第二接線端與負(fù)載43的一端相連；負(fù)載43的另一端接地；第一輸出端與儀表放大器642的正輸入端相連；第二輸出端與儀表放大器642的負(fù)輸入端相連；儀表放大器642的輸出端作為電壓輸出端與比例積分運算模塊41的第三輸入端相連；儀表放大器642與供電電路相連。需要說明的是，因為儀表放大器共模電壓范圍小，雙極性電流源還包括限壓模塊(d1和d2所示)；具體的，如圖6所示，限壓模塊包括第一穩(wěn)壓二極管d1和第二穩(wěn)壓二極管d2；第一穩(wěn)壓二極管d1的負(fù)極與第一功率運算放大器42的正輸入端相連；第一穩(wěn)壓二極管d1的正極與第二穩(wěn)壓二極管d2的正極相連；第二穩(wěn)壓二極管d2的負(fù)極接地。

另外，本實施例中還可以包括電流監(jiān)視功能，如圖4、圖5和圖6中所示，在放大器的輸出端還包括一個運算放大器45，其輸出端用于檢測電流，并連接到相應(yīng)的顯示儀器上，對檢測到的電流進(jìn)行顯示，以方便用戶查看。同樣的，運算放大器45也與供電電路相連。

本發(fā)明實施例中檢流模塊包括放大器和四線檢流電阻，通過檢流模塊能夠?qū)νㄟ^負(fù)載的電流進(jìn)行檢測，并將電流轉(zhuǎn)換為電壓，反饋至比例積分運算模塊的第三輸入端，用于提高比例積分運算的精度。

本發(fā)明的其他實施例還提供一種雙極性電流源，檢流模塊還可以用霍爾傳感器和采樣電阻代替，如圖7所示，與上面實施例提供的雙極性電流源不同的是，檢流模塊包括：霍爾傳感器74和第八電阻r8，第八電阻r8為采樣電阻；霍爾傳感器74包括第一接線端、第二接線端和電壓輸出端；霍爾傳感器74的第一接線端與負(fù)載73相連；第二接線端接地；霍爾傳感器74的電壓輸出端與采樣電阻r8的一端相連，并與比例積分運算模塊71的第三輸入端相連；采樣電阻r8的另一端接地。

由于霍爾傳感器通過檢測流過霍爾傳感器電流產(chǎn)生的磁通量進(jìn)行檢流，沒有共模電壓加在霍爾傳感器上，因此，霍爾傳感器還可以放在負(fù)載的前端使用，如圖8所示，本發(fā)明實施例中霍爾傳感器84包括第一接線端、第二接線端和電壓輸出端；第一功率運算放大器72的輸出端與霍爾傳感器84的第一接線端相連；霍爾傳感器84的第二接線端與負(fù)載73的一端相連；負(fù)載73的另一端接地；霍爾傳感器84的電壓輸出端與采樣電阻r8的一端相連；采樣電阻r8的另一端接地；霍爾傳感器84的電壓輸出端與比例積分運算模塊71的第三輸入端相連；供電電路與第一運算放大器、第一功率運算放大器72和霍爾傳感器84分別相連。

需要說明的是，霍爾傳感器的連接方式可以有多種，如，有的霍爾傳感器檢測電流是將電流接到其兩端上；有的霍爾傳感器中間有一個孔，導(dǎo)線直接穿過該孔，本實施例中對霍爾傳感器的具體連接方式不做限定。

本實施例中，霍爾傳感器放在負(fù)載的前端能夠?qū)崿F(xiàn)通道間的并聯(lián)。

下面通過實驗詳細(xì)說明本發(fā)明實施例中的應(yīng)用，請參見圖4所示的雙極性電流源，本實施例中，r1，r2的取值為2kω，r3，r6的取值為1kω，r4取值為4kω，r5取值為1.5kω，r7的調(diào)節(jié)范圍為500k歐姆，c1的取值為22nf。四線檢流電阻取值為20mω，儀表放大器ad8429增益設(shè)為10，增益設(shè)置電阻為665ω，需要說明的是，若檢流模塊采用霍爾傳感器與采樣電阻r8構(gòu)成，則采樣電阻r8的典型值在10ω左右。

本發(fā)明實施例中pi運算模塊中的第一運算放大器采用ad8597型號的運算放大器進(jìn)行pi運算，第一功率運算放大器使用opa549型號的功率運算放大器。檢流電阻使用csm3637z型號，檢流放大器使用儀表放大器ad8429。也可以使用高精度霍爾傳感器進(jìn)行檢流。內(nèi)部參考電壓及偏置電壓+10v使用ref102提供，-10v由與ref102配合使用的ina105來提供。供電電路使用低噪聲ldo。

通過上述電阻設(shè)置，實現(xiàn)輸入-4v～+4v電壓對應(yīng)-10a～+10a電流。改變350uh的電感上1a電流只需要不到25us時間，因此，本發(fā)明實施例提供的雙極性電流源可以當(dāng)快速電流開關(guān)使用，無振鈴。3hz～10khz的rms電流噪聲小于4ua。

本發(fā)明針對冷原子實驗磁場控制的應(yīng)用背景，提出了一個數(shù)安培高精度低噪聲模擬控制雙極性電流源，所述雙極性電流源輸出電壓和電流均可正可負(fù)的四象限電流源，且驅(qū)動能力強，輸出電流峰值能達(dá)到10a甚至更高。采用了低噪聲的設(shè)計，精度高，并且有很強的電感驅(qū)動能力，響應(yīng)速度快，可以當(dāng)快速電流開關(guān)使用，無振鈴。該設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，無死區(qū)電壓，并且有較好的電源抑制能力。該發(fā)明能實現(xiàn)冷原子實驗中精密的磁場控制，如三維磁場補償?shù)取?/p>

需要說明的是，使用功率運算放大器能使輸出峰值電流達(dá)到數(shù)安培(使用的opa549能到10a)，通過功率運算放大器的級聯(lián)，輸出電流可以達(dá)到更高。如圖9所示，為本發(fā)明另一實施例提供的雙極性電流源的結(jié)構(gòu)示意圖，與之前的雙極性電流源不同的是，本實施例中還包括第二功率運算放大器922、第九電阻r9和第十電阻r10；其中，第九電阻r9串聯(lián)在第一功率運算放大器921的輸出端和負(fù)載93之間；第一功率運算放大器921的輸出端與第二功率運算放大器922的正輸入端相連；第二功率運算放大器922的負(fù)輸入端與第二功率放大器922的輸出端相連，并與第十電阻r10的一端相連；第十電阻r10的另一端與負(fù)載93相連；第二功率運算放大器922與供電電路相連。

其他部分的描述，可以參見上面實施例中的描述，本實施例中對此不做贅述。在本發(fā)明其他實施例中，當(dāng)檢流模塊位于負(fù)載前端時，第九電阻串聯(lián)在第一功率運算放大器的輸出端和檢流模塊之間，具體可參見上面實施例，本實施例中對此不做詳細(xì)描述。

本實施例中通過級聯(lián)一個功率運算放大器，實現(xiàn)了輸出電流的增加，在本發(fā)明的其他實施例中，還可以根據(jù)實際輸出電流的大小要求，級聯(lián)更多的功率運算放大器，本實施例中對此不做限定。

綜上所述，本發(fā)明提供的雙極性電流源具有以下有益效果：

a)使用兩級運算放大器結(jié)構(gòu)，前一級精密運算放大器完成pi運算減小噪聲，后一級功率運算放大器完成電流輸出。大電流輸出時功率耗散在功率運算放大器上，其溫度會變化，使用前一級運算放大器運算有效的減小了溫漂。兩級結(jié)構(gòu)使電流驅(qū)動能力達(dá)到數(shù)安培時仍能保證極低的噪聲；

b)使用功率運算放大器實現(xiàn)了電流的雙極性輸出，輸出電壓和電流均可正可負(fù)的四象限，相比一對bjt管組成的推拉級有更好的共模抑制，電源抑制等特性，并且功率運算放大器集成芯片自帶過溫保護，最大電流限制等功能，方便實用。功率運算放大器能使輸出峰值電流達(dá)到數(shù)安培(使用的opa549能到10a)，通過功率運算放大器的級聯(lián)，輸出電流可以達(dá)到更高；

c)所選器件帶寬大，反饋響應(yīng)速度快，使用功率運算放大器使該電流源有很強的電感驅(qū)動能力，響應(yīng)速度快，可以當(dāng)快速電流開關(guān)使用，無振鈴；

d)使用儀表放大器檢流放大減小了檢流端的噪聲，提高了pi運算的精度；

e)具有內(nèi)部及外部兩種輸入方式，方便使用；

f)通過跳線設(shè)置，兼容正負(fù)電平及正電平輸入兩種模式；

g)通過功率運算放大器opa549的電流限制電阻的更換可以限制電路最大電流，保護電路及負(fù)載不因過流而燒壞；

h)通過儀表放大器的增益設(shè)置電阻，方便的改換增益，改變輸入電壓與所產(chǎn)生電流的比例關(guān)系；

i)通過滑動變阻器設(shè)置pi參數(shù)方便調(diào)節(jié)，可以適用于不同電感的負(fù)載；

j)電路成本低，易于批量生成；

k)能夠?qū)崿F(xiàn)冷原子實驗中磁場高精密控制，可按所需波形產(chǎn)生低噪聲磁場，且磁場大小能變化很快，磁場方向也能改變。

需要說明的是，本說明書中的各個實施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。