电流放大器

电流放大器作用就是根据电流指令向感性电流负载提供电流，本质上就是受控电流源。电流放大器一般是由电源、电力电子电路、感性负载、控制器等四个部分构成，采用输出电流闭环控制。

设备介绍

工业生产中存在一些感性电流型负载（如发电机励磁绕组、电磁作动器等），他们共同的特点就是对负载电流有着严格的动态和稳态要求，在满足输出电流平稳的同时要求输出电流快速跟随电流指令。电流放大器作用就是根据电流指令向感性电流负载提供电流，本质上就是受控电流源。

图1.电流放大器基本结构

其基本结构如图1所示。理想电流放大器要求输出电流i(t)完全复现电流指令i(t)，即i(t)=i(t)。由于感性负载电流不能突变的特性，感性负载对电流表现为惯性环节，这种惯性往往会导致负载电流变化滞后于电流指令变化，对于电流响应要求较高的系统这是不利的。增大负载电感有利于减小电流放大器输出电流纹波，但同时会增加负载的惯性，减小系统的动态响应速度。

可见，电流稳态输出品质和电流响应速度是一对矛盾。解决这种矛盾的最有效措施就是在控制系统采用适当的补偿环节，提高电流响应速度。

放大器

放大器是增加信号幅度或功率的装置，它是自动化技术工具中处理信号的重要元件。放大器的放大作用是用输入信号控制能源来实现的，放大所需功耗由能源提供。对于线性放大器，输出就是输入信号的复现和增强。对于非线性放大器，输出则与输入信号成一定函数关系。放大器按所处理信号物理量分为机械放大器、机电放大器、电子放大器、液动放大器和气动放大器等，其中用得最广泛的是电子放大器。随着射流技术的推广，液动或气动放大器的应用也逐渐增多。电子放大器又按所用有源器件分为真空管放大器、晶体管放大器、固体放大器和磁放大器，其中又以晶体管放大器应用最广。在自动化仪表中晶体管放大器常用于信号的电压放大和电流放大，主要形式有单端放大和推挽放大。此外，还常用于阻抗匹配、隔离、电流-电压转换、电荷-电压转换（如电荷放大器）以及利用放大器实现输出与输入之间的一定函数关系（如运算放大器）。

结构及原理

电路结构

图2.电流放大器电路结构

电流放大器电路拓扑结构可以为电压、电流在第一象限的Buck电路，也可以采用电流单向流动、电压双象限的H桥式电路，也可以采用四象限H桥式电路，其拓扑电路结构如图2(a)～图2(c)所示。这三种电路结构针对不同应用场合灵活选取。

基本原理

电流放大器采用输出电流闭环控制，其控制原理图如图3所示。从图3可以看出影响电流输出响应速度的主要因素是阻感性负载的时间常数T=L/R，当此时间常数较大时，输出电流响应难以提高。因此，提高电流放大器响应速度的主要措施就是减小被控对象的等效时间常数。

图3.电流放大器控制原理图

举例

吉时利428-PROG可编程电流放大器能够放大快速的低电流。428电流放大器快速转换小电流为一电压信号，然后就可以使用示波器、波形分析仪或者数据采集系统来显示或测量。

主要特点及优点:

1、2μs的上升时间；

2、1.2fArms的噪声；

3、增益高达1011V/A；

图4.428电流放大器

4、兼容IEEE-488接口/5、428采用先进的“反馈电流”电路来达到快速上升时间和低于皮安的噪音。428的增益从103V/A到1011V/A可调，步长为10倍，上升时间可以从2μs到300ms可选。

应用范围:

生物化学测量：穿越细胞壁和细胞膜的离子通道电流。

束流方向监测：用于电子存储环和同步加速器。

表面科学研究：扫描隧道电子显微镜系统的放大器。

观察次级电子发射（例如X射线和电子束线电流中）、激光与光测量与PMT（光电倍增管）和光电二极管联合使用的快速敏感放大器、快速光电导材料的分析、IR检波放大器。