采用串联型电压基准器件实现恒流源电路的应用设计

1引言
【采用串联型电压基准器件实现恒流源电路的应用设计】发光二极管（LED）在诸如叶绿素仪、二氧化碳检测仪、血糖检测仪、生化分析仪中作为光源，根据物质对光的吸收原理检测某种物质。如果光源强度随着时间存在较大波动，仪器测量受到很大影响，所以光源发光强度的稳定性非常重要。一般情况下，LED光源发光强度较弱，物质对光的吸收相对较少，为了提高仪器的测量和可靠性，必须保证LED光源发光的稳定性。根据LED的发光机理，相比于恒压驱动，恒流驱动能更好保证LED发光稳定，所以，对这类仪器的光源一般采用恒流驱动。LED光源的驱动电流较小（一般为20“40mA），而且这类仪器的光源数量一般在2个以上，使用时需要多个光源轮流发光，根据仪器光源的以上特点及对稳定性的要求，设计了一种基于MAX6126的恒流源电路，该电路不但可提供恒定的电流，还可实现多个LED光源的轮流发光。
2器件简介
2．1MAX6126简介
MAX6126是由美国Maxim公司生产的一款串联型电压基准，它具有超低噪声、高、低压差等特点。MAX6126具有曲率校正电路、光刻薄膜电阻，温度系数为3ppm/℃，初始为±0．02％。特有的低噪声基准结构使得低噪声摆幅达到1.3μVP-P，宽带噪声低至采用串联型电压基准器件实现恒流源电路的应用设计并可通过在噪声抑制引脚外加一个0．1μF的电容，使宽带噪声进一步降到它可提供10mA输入／输出电流，具有 0．025Ω的输出电阻，200mV的低压差以及 20μV／V的输入调节。MAX6126消耗电源电流的典型值为380μA，具有2．048V、2．500V、3．000V、4．096V和5．000V的输出电压选项。MAX6126可在CLOAD为0．1～10μF范围保证工作稳定，具有20ppm／l000h长期稳定性。该器件工作于-40℃”+125℃汽车级温度范围，主要应用于自动测试设备（ATE）、数字电压表、高工业与过程控制、高基准、高分辨率A/D转换器与D／A转换器和精密电流源等领域。
2．2MAX6126引脚排列及功能
MAX6126有8个引脚，有2种封装形式，其引脚排列如图1所示，功能描述如表l所示。

　3恒流源电路
3．1硬件设计
以驱动4个LED的恒流源为例．说明恒流源的硬件设计和工作原理，如图2所示。该恒流源电路主要由电源基准MAX6126、三极管VQ1、电阻R1和模拟开关MAX4066组成。其工作原理是，具有电压反馈功能的MAX6126通过OUTS端实时对采样电阻R1两端的电压采样，并反馈到其内部，根据采集到的电压值相应调节稳压器的OUTF端输出电压，同时利用三极管VQ1平坦的输出特性，保证输出电流的稳定。电阻R1根据所需的驱动电流大小和0UTF端的输出电压确定。4个LED光源分别为LEDl、LED2、LED3和LED4，每个光源的典型工作电流约20mA，4个LED的正极与Vcc相连，LED的负极分别与模拟开关MAX4066的4个通道相连，MAX4066通道的另一端与三极管VQ1的集电极相连，Vcc为+5V电压。数字信号控制MAX4066的每个通道的通断，实现对每个LED的选通。该恒流源的驱动电流大小为：
Iout=Vout/R13．2实验结果
根据恒流源电路原理图搭建电路，通过检测LED光源发光强度验证恒流源电路的稳定性。Ul选择型号为MAX6l2682l的电压基准，输出电压为2．048V：U2选择Maxim公司的低电压、4路、SPST、CMOS模拟开关MAX4066，该器件5V供电，工作电流30mA；C1为0．1μF的独石电容；VQ1为2N3904型的三极管；R1为150Ω的高精密电阻；光源分别为红、黄、绿和近红外4种LED，Vcc为+5V 。模拟开关的通断由单片机控制，LED发射的光由光电检测电路检测，并由单片机系统对检测到的电压值进行采集，A／D转换为12位。4个LED轮流发光，并依次采集代表光强的电压值，每10min采集，共采集20次。如图3所示。
图3是检测得到的代表LED发光强度的电压值，每个LED共有20个数据，整个采集过程共耗时200min 。检测得到的LEDl发光强度的标准差为0．004V，LED2为O．002V，LED3为0．014V，LED4为0．008V 。因此，在长时间内LED光源发光强度仍能够保持稳定，该恒流源具有很好的稳定性。
3．3设计中应注意的问题
绘制电路板时．MAX6126的I．C．*引脚与外界不连接，悬空；为了减小仪器功耗，R1的阻值和MAX6126的基准电压应尽量小；选择R1时，应根据所选模拟开关的特性确定R1的值。例如，模拟开关MAX4066所承受的电流为30mA，当MAX6126基准电压为2．048V时，应保证阻值不小于70Ω；模拟开关的选择应根据具体的LED的数据来选择模拟开关的通道数，应尽量选择导通电阻小、电流大的模拟开关，但对于驱动一般的LED光源，MAX4066能够满足要求。
4结语
MAX6126所特有的曲率矫正功能，以及超低噪声、高、低压差等特点，使基于MAX6126的恒流源无论是在稳定性，还是功耗上都取得了比较理想的效果。针对物质分析仪器所开发的恒流源，具有电路简单、稳定性高的优点，对提高仪器的起到了很重要的作用。

采用串联型电压基准器件实现恒流源电路的应用设计

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