用LM317制作一个100mA的恒流源

xjw01

abbey_tom 发表于 2022-3-2 08:22
我说的是6V供电后的带载能力，
负载电阻＝0
与负载电阻＝20

我顺便测了一下手上的3W的“铜脚金属膜电阻”，温度系数大约是160ppm/度，是我现在的用的100欧电阻的20倍
估计不是金属膜电阻，但淘宝卖家说是金属膜的。
说不定你的电阻也与我的类似。

abbey_tom

xjw01 发表于 2022-3-2 15:40
我顺便测了一下手上的3W的“铜脚金属膜电阻”，温度系数大约是160ppm/度，是我现在的用的100欧电阻的20 ...

估计如您所说，
可能是电阻的事儿，
我换用超大的散热器测试了一下，
开机后10分钟内，
能漂出0.1mA去。

washu

xjw01 发表于 2022-3-1 15:21
...顺便说一下，34401电流档的温飘也是很大的，估计可达10ppm/℃以上

这个问题我说过很多次，高位表的大电流档不容易做好，惠普的尤其不好 而 34401A 的电流档在惠普的高位表中，又尤其不好，特别是 100mA 档更是稀烂（34460 系列部分改进了这个问题）。

所以测大电流，普遍的做法是用标准电阻代替，或者用磁平衡电流传感器（很大电流）。

washu

abbey_tom 发表于 2022-3-2 17:10
估计如您所说，
可能是电阻的事儿，
我换用超大的散热器测试了一下，

所以我一开始就提醒你和楼主，基准器件远离热源

原理都是一样的，我们做 6 位半电压（电流电阻）源的经验，你用在 317 和 4 位半表上也一样，只是能否到可分辨的尺度而已：显然你已经触及到这个尺度

washu

abbey_tom 发表于 2022-3-1 16:34
这个东西确实比较奇怪，
明明那天我已经调整到100mA了
今天开机只有99.75mA,

重复性是科学研究中的重要课题，具体到这里，暂时不涉及到 A 类不确定度问题，那么重复性的问题主要是

1、317 自身基准电压变化

a、PN 结的老化，317 并非亚表齐纳，会较大（但不至于到被你分辨的程度）
b、应力变化，给 PN 结施加了一个压力导致电压变化，轮胎在 6655 还是啥器件的 AN 里说过这个，对精密应用而言，PCB 焊接的应力都很显著，当然你这里主要是 317 自身是一个 Regulator 而非 Reference 且是一个 TO220 的器件，封装和设计上都不考虑这种因素，因此在发热后又冷却，这种变化是很大的

2、基准电阻自身变化，和 1 差不多，材料自身老化的尺度很小，主要问题还是应力（导致电阻材料长度、截面变化）。

所以为何说基准器件远离热源

xjw01

washu 发表于 2022-3-3 11:54
所以我一开始就提醒你和楼主，基准器件远离热源  

原理都是一样的，我们做 6 位半电压（电流电阻 ...

LM317与电阻放在一起，没有太大的影响。只要电功率小且是稳定热源就可以了。
如果有影响，做一下隔热就可以了。
关建是要防止ADJ脚和IN脚直接注入热量，以免上电期有几百ppm的偏移。你制作、设计了就会明白。不想设计，就直接用我没计的那个电路也可以。
最大的热源是在稳压的那个LM317，那个才是真正的不稳定的热源，必须远离。

我本来的设计是要把电阻也焊接在热器上的，减小电阻温升。但后来孔位打错了，于就将就使用。也就是说，不但不想远离，还要把他们捆邦在一起，用同一个散热器降温(因为我的散热器足够大，而且还有更大的)，以降低电阻的漂移。事实上，现在电阻的温漂占比大于LM317

起步温升，不但来自于基准，还来自于检流电阻。电阻没有散热器，起步漂移太严重了。按7ppm/度计算，10度升温计算，那么就会出现70ppm起步漂移，需要数分钟的等待才能稳定。只要你愿意做实验，会看到这一切的

因为他现在没有做续流，也就没有稳定热源，做“远离热源”的操作，杯水车薪。当然，要做优于0.1%的，用我实际做的“自带稳压”的电流，那是有天然隔热的。电源LM317与基准LM317是各自独立工作的，不要做在同一个散热器上就可以了。


他现是电阻自身发热的温漂问题。Ro与LM317拆开后，问题依旧。

事实上，LM317+Ro做恒流源很简单：
1.电阻使用低温漂的，电阻总功率要求达到2W以上
2.防止ADJ和IN引脚直接注入热量
3.Ro与LM317建议做几毫米的隔热就可以了
4.LM317+Ro的自热是稳定的，必须与电源的热量远离(2cm以上)，电源热是不稳定的热源，且热量高。
注意以上操作，我这边实测，只有 17ppm/度的温漂，稍做补偿后，温漂几乎是0ppm/度，比34401电流档小得多。


同时，我测算了一下，用LM317，在成本几乎不变(5元)的情况下做1A，几乎可以做出与100mA档相同的性能。同样可以做到低于10ppm/度的温漂。

你还是做一个测试吧。你的条件比我好，很容易实现。现在总是说不到要点，交流困难。

再次说一次，LM317与Ro放在一起，实测温漂时，不会有太大变化。也没有过热现象，他们的体积都很大，是有“天然距离”的，不要故意挤在一起就可以了。

IRF540

个人看法，我一般431作为基准，独立三极管作为调整管，如果需要更大功率，再加一级三极管或者光耦驱动。这样，基准和热源分开，各种功率都能做，成本可以做得比较低 也更灵活。维修调试得时候也方便检查。

xjw01

washu 发表于 2022-3-3 12:07
重复性是科学研究中的重要课题，具体到这里，暂时不涉及到 A 类不确定度问题，那么重复性的问题主要是

...

b、应力变化，给 PN 结施加了一个压力导致电压变化，轮胎在 6655 还是啥器件的 AN 里说过这个，对精密应用而言，PCB 焊接的应力都很显著，当然你这里主要是 317 自身是一个 Regulator 而非 Reference 且是一个 TO220 的器件，封装和设计上都不考虑这种因素，因此在发热后又冷却，这种变化是很大的

====================================

是必须考虑这些因素的。否则LM317做不了稳压电源。

LM317可以在高热量的情况下稳定工作，可见他的性能！

专用的基准芯片，与普通的半导体芯片，工艺上是接近的。不太可能为了生产种种基准，分别创建专门的生产线。那样的话，成本太高。

只是设计时的关注点有所不同，但作为基准部分的设计与封装，一般性的规范肯定是有的，放心使用吧。我做的这个LM317，这几天，反复升温加热，也没见老化什么的。以我现的在34401，1ppm也看不到，34401真的无法看到，他自己稳定度不够。不必担心LM317的热稳定或老化问题，短期内是够用的。

比如，基准电路，工作电流小，那么我们也让LM317工作于小电流，那他们就会有相似的性能。
有的基准有做补偿，LM317没有补偿，那我们做人工补偿就可以了。甚至可以用单片机补偿。你的可偏程电源也是用了算法补偿的。用了算法补偿，对基准的特性要求就降低了很多！但结构变复杂了一些。
再比如现在的单片机表，用低精度的电阻，但可以校准一个，准一个。算法的结果。不足3字，就加3字，不足5字，就加5字。小学生也会的。成本降低了。

何况，那些专用的进口基准，也很贵，大家也不爱买。都去买二手的。即然如此，何不偿试LM317

还记得上次争论过7805的纹波问题吧。我的观点很明确，纹波很小，分立元件或运放组合，很难写之比拼。顶多来两级，前级用低压差的，后级再来个7805，也就两三个元件。运放组和的，要如何与之比拼纹波，真心不容易。

我这次设计也用了这个技巧，用了两级LM317，实现稳定的恒流。也没有用上几个元件。

不必轻视常见的稳压芯片，他们实际上是久经考验，广泛应用的。

xjw01

IRF540 发表于 2022-3-3 13:50
个人看法，我一般431作为基准，独立三极管作为调整管，如果需要更大功率，再加一级三极管或者光耦驱动。这 ...

我本来也想用AZ431来制作，但设计时发现，AZ431的性能不一定能超过LM317
LM317也是热源分离的。设计时，把LM317的功率设计到0.1W或0.025W，它是当作基准使用的。

TL431的工作电流一般在2mA以上，也会有0.006W的功耗的。但他的散热器很小。

TL431的基准端的不确定电流也挺大的，按比例来看，与LM317相差不多。我只是简单的估算，按小于1uA不确定估计。手册上看，温度升高后，TL431的基准端电流是很大的。

还有一些内部运放增益等问题，TL431的增益太小了。说不定最后还是要考虑两级处理，于是我想，还不如直接用两个LM317解决问题，电路更简洁。

abbey_tom

washu 发表于 2022-3-3 11:54
所以我一开始就提醒你和楼主，基准器件远离热源  

原理都是一样的，我们做 6 位半电压（电流电阻 ...

看我的图，我已经把LM317和电阻彻底分开了。
您说的基准源LM317我已经用了硕大无比的散热器，
基本排除了您所说的热源靠近基准器件问题，
并且可以肯定，LM317基本做到与环境温度相近，
现在我已经确定，是电阻的温漂造成的。

虽然我用的是3W的电阻器，
但还是会有温升，
很明显的，当我用手捏电阻体时，
电流会有缓慢上升，
放开手后又缓慢下降。

xjw01

washu 发表于 2022-3-3 11:52
这个问题我说过很多次，高位表的大电流档不容易做好，惠普的尤其不好  而 34401A 的电流档在惠普的 ...

你总说34401A这不好，那不好。在我看来，能用就行。都是二手表，有些表还不能用。
你的3458也一样的，能用就行。如果是二手的，都不好意思说出去。
此外，我估计， 3458的电流档精度也好不到哪里去。都是34开头的，名字都差不多，同祖宗的。
比如说，我看到3458的参数表，不做算法改正的话，照样几十ppm飘走。
对于我们来说，好用就行。
非要关注温漂，测定一下温度系数，改正一下就可以了。

红河310

做3个并联，每个只过33毫安，这样不是更好的减少发热影响了吗？

电阻的温漂有正有负，找不同种的电阻并联用是不是也能减少一点温漂影响？

都是意想，我没精密仪表来玩

xjw01

红河310 发表于 2022-3-3 19:51
做3个并联，每个只过33毫安，这样不是更好的减少发热影响了吗？

电阻的温漂有正有负，找不同种的电阻并 ...

1个就可以的，做10mA电流，但可以输出100mA，其中90mA由电源LM317直接供给。
同理要做1A的，LM317输入50mA至100mA，另外900mA由电源LM317输出。

xjw01

washu 发表于 2022-3-3 12:07
重复性是科学研究中的重要课题，具体到这里，暂时不涉及到 A 类不确定度问题，那么重复性的问题主要是

...

讨论齐纳还是带隙，真的有点远了。当前制作的一堆问题，远比齐纳还是带隙的严重。
上图是你提供制作图，电路我也顺便附上了

    以前跟你说过了，那个电源变压器不要这么安装。他对人身安全有很大的影响，会影响你的测试工作。要分离出来，或者用带有导线引出的那种变压器，然后固定在PCB板上。这些基础工作不解决，对你的调试工作会产生负面影响。何况，变压器本身也是个大热源，调试时，何必放在那里，变压器升温太慢了，对调试工作很不利。那个东西，最好放远一点，免得干扰调试工作。

从你的电流源制作图来看，温漂测定工作做得不够细仔。因为那样的制作结构，不利于温漂的反复测试。

现在要做一个100mA的恒流源，从电路上看，有不少问题的：
    1.电路不总是工作在恒流状态。检流电阻是有温漂的，会有0.1W的热功率。你的电路，热功率时有时无，没有稳定态。那么0.1W的热功率引起的温漂时有时无。就算你的电阻功率足够大，但也要安装一个散热器，否则如何应对这时有时无的热功率。  
    2.运放功耗高达200mW，本身是巨大的热源，对稳定工作不利。此时，运放失调不可忽略，也是需要等待稳定。那么运放一般也会有5ppm甚至15ppm以上的上电起步漂移，30V的总供电，电压实在太高了，会有许多不必要的热源存在，对电路没有好处。
    3.配对电阻自身的温度系数配对问题，也很麻烦。
    4.基准的温度系数问题

    这些温度引起的不确定性，最好一次性做温度补偿，或者用单片机做温度校准，否则的话，你的电流源无法做得很稳定。如果只是在温度校准时，显示出准确的电流读数，那你的恒流源就不是严格的恒流源，使用起来不太方便。如果计算出校准值，并做电流补偿，电路变得更复杂了。如果你的检流电阻热响应足够快，也可以用算法计算出温升，然后利用“温度－阻值”表换算电流。

    在我看来，你的电路中，关键元件太多了，调试复杂化。难怪你自己说“电流源精度很难做到很高，电流表精度也一样”
    这里要说明一点，100mA电流源与电流表，制作时要考虑的要点并不完全一样！
    当然，你的电路，是一个测量电阻的辅助恒流源，也没有那么多细节需要考虑。反正你要用比例法。这里只是讨论恒流源问题。

xjw01

xjw01 发表于 2022-3-4 09:14
讨论齐纳还是带隙，真的有点远了。当前制作的一堆问题，远比齐纳还是带隙的严重。
上图是你提供 ...

图中的2N7000与10欧电阻，又是如何做隔热处理的？
PCB也是会传热的。
我采用架空处理，我目前还未看出你在图中的处理方法，不做处理，是否有影响，或影响可以忽略。


顺便说一下那个自校准电压表。
我认为不需要搞得那么复杂，可以采用更简洁一些的方案。因为，即然要用算法控制精度，何不尽量用算法控制，不必再来ADC自校准。
要是我去做，我会这么思考：
1.选一个相对稳定的，合适的基准
2.用相对稳定的DAC芯片，或直接用PWM，更简单一些。
到此，所剩下的误差已经不大，再做两步，把误差变小10倍
1.利用你的高位表，测一下全程非线性，然后建表，并做插值改正。
2.常温范围内的多点测量温漂，建表做软件改正。
我估计，可以直接进入几个ppm的精度(以你的高位表为参考)。